一種黑臭河流水污染控制與治理的方法技術

本發明專利技術公開了一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，包括如下步驟：S1：劃分重點河段或控制單元；S2：計算水環境特征，確定控制單元的水質目標；S3：根據水質目標計算出水環境容量和污染負荷核算；S4：根據將污染負荷削減量分配到各控制單元；S5：進行治理整體布局，建立河流水質過程模型，將治理信息代入模型中，檢驗水質目標是否達標，如果水質尚未達標則重復上述S1?S5步驟直至水質達標，如果水質達標則將其應用于實際黑臭河流的水污染治理中。本發明專利技術將黑臭水體治理問題精確量化，提取出造成水體黑臭的關鍵化學指標，并通過量化計算用于指導各治理工程的落位與具體工程量；本發明專利技術將使得工程治理更加精準、經濟。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及河流水污染控制與治理
，具體來說，涉及一種黑臭河流水污染控制與治理的方法。
技術介紹
2015年9月，住房和城鄉建設部對外發布《城市黑臭水體整治工作指南》；《城市黑臭水體整治工作指南》適用范圍為城市建成區的水體，為指導性的技術手冊。目前，我國黑臭水體治理屬于起步階段，在實際操作過程中黑臭水體的覆蓋范圍不僅僅為城市建成區，也包括了城市未建成區、城中村、城市周邊的農村及其他廣大農村區域；適用范圍較為欠缺。此外，其對黑臭水體的約束性指標為透明度、溶解氧、氧化還原電位及氨氮。而由于我國河流污染問題的復雜性，造成河流水體黑臭的原因也同樣比較多元。因此，在黑臭水體的治理過程中適用性、針對性、系統性對河流問題的解決尤為關鍵。2016年3月，環境保護部印發《水體達標方案編制技術指南》正式版，《水體達標方案編制技術指南》為總綱性文件，缺乏具體思路流程和技術方法，尤其是黑臭河流水質改善方案設計。此外，在水環境問題、治理工程的規模及落位等量化關系的建立上缺乏相關的指導。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，以克服目前現有技術存在的上述不足。為實現上述技術目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，包括如下步驟：S1：根據黑臭河流流域管理主體、水系結構、污染源分布、產流匯流過程劃分重點河段或控制單元；S2：計算黑臭河流每個河段的區域水環境特征，確定控制單元的水質治理目標；S3：根據控制單元的水質目標計算出該目標下的水環境容量和污染負荷；S4：根據水環境容量和污染負荷確定污染負荷削減方案，并將污染負荷削減量分配到各控制單元；S5：針對控制單元進行治理工程措施整體布局，并建立河流水質過程模型，將治理信息代入河流水質過程模型中，檢驗水質目標是否達標，如果水質尚未達標則重復上述S1-S5步驟直至水質達標，如果水質達標則將其應用于實際黑臭河流的水污染治理中。進一步的，所述的步驟S2中區域水環境包括耗氧污染嚴重程度、河流富營養化程度和河流沉積物毒害污染程度。優選的，其中：耗氧污染嚴重程度的確定進一步包括：S2.1：對各個河段進行水體采樣，獲取帶有耗氧污染物濃度屬性的監測點文件和河段文件；S2.2：然后將獲取的帶有耗氧污染物濃度屬性的監測點文件和河段文件導入ARCGIS，通過spatialjoin空間分析模塊，將監測點耗氧物質CODCr、CODMn和NH3-N的濃度屬性賦予河段，以《地表水環境質量標準》III類水體規定的CODCr，CODMn和NH3-N限值作為標準計算得到河流耗氧污染綜合超標指數；S2.3：根據計算得到的河流耗氧污染綜合超標指數進行定性分級，得到河流耗氧污染嚴重程度。優選的，其中：以耗氧污染為例，確定了以溶解氧為核心指標，并明確6mg/L為河流黑臭問題解決的閾值；通過確定化學需氧量和氨氮為控制指標，并采用上述指標進行了氧虧量計算。耗氧污染物通過消耗河流水體中溶解氧，對河流水生態系統產生影響，是河流水污染治理必須考慮的問題。以耗氧污染治理為目標，選取COD與NH3-N為主要耗氧物質，綜合考慮COD的耗氧降解、氨氮向硝酸鹽轉換過程對DO的消耗，以及河流大氣復氧等水體氧平衡過程，分析流域河流氧虧現狀和區域分布狀況，并結合耗氧污染物自身特點，最終確定流域河流污染控制的特征水質目標。采用氧虧計算法確定流域河流耗氧污染控制的水質治理目標具體包括如下步驟：S2.2.1：計算出COD耗氧過程的耗氧量：COD即化學需氧量，是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量，COD的降解過程符合反應式：假定CODCr的衰減過程、大氣復氧過程符合一級反應動力學，且CODCr的降解過程所需要的DO全部來自大氣復氧，則有：式中，為水體中COD濃度（mol/L），為大氣復氧DO濃度（mol/L），為COD衰減速率，為大氣復氧速率，根據公式得，則COD耗氧過程的耗氧量為：S2.2.2：計算出NH3-N耗氧過程的耗氧量：氨氮是指水中以游離氨（NH3）和銨離子（NH4+）形式存在的氮。在水體中處于平衡狀態，NH4+水解反應產生非離子氨NH3和H+，反應速率是溫度和pH值的函數，NH4+=NH3+H+水體中的NH4+的硝化過程，即向亞硝酸鹽和硝酸鹽轉化過程中需要消耗氧，降解過程為反應式，假定NH3-N的衰減過程、大氣復氧過程符合一級反應動力學，且NH3-N的降解過程所需要的DO全部來自大氣復氧，則有：式中，為水體NH3濃度（mol/L），為大氣復氧DO濃度（mol/L），為NH3衰減速率，為大氣復氧速率，根據公式得，則：綜上所述，則河流水體中CODcr與NH3-N總耗氧量。S2.2.3:根據S2.2.1和S2.2.2可以計算出河流水體中CODcr與NH3-N總耗氧量，總的耗氧量為：；S2.2.4：根據總的耗氧量確定流域河流耗氧污染控制的水質治理目標：為核心指標需求。優選的，其中：河流富營養化程度的確定進一步包括：S2.11：對各個河段進行水體采樣，獲取帶有富營養化綜合指數EI屬性的采樣點文件與河段文件；S2.12：然后將獲取的帶有富營養化綜合指數屬性的采樣點文件與河段文件導入ARCGIS，通過spatialjoin空間分析模塊，利用spatialjoin功能將磷含量屬性賦予河段，通過河段富營養狀態的各級分級標準計算得到河流富營養化綜合超標指數；S2.13：根據計算得到的河流富營養化綜合超標指數進行定性評價，得到河流富營養化的程度。優選的，其中，河流沉積物毒害污染程度的確定進一步包括：S2.111：對各個河段進行水體采樣，獲取采樣點沉積物重金屬含量和重金屬背景濃度；S2.112：根據采樣點沉積物重金屬含量和重金屬背景濃度計算得到重金屬富集系數；S2.113：根據重金屬富集系數和重金屬風險權重計算得到采樣點沉積物重金屬毒害風險指數，進而得到采樣點沉積物重金屬毒害風險指數文件；S2.114：將采樣點沉積物重金屬毒害風險指數文件與河段文件導入ARCGIS得到河段重金屬毒害風險指數；S2.115：根據河段重金屬毒害風險指數進行定性評價，得到河流沉積物毒害污染程度。進一步的，所述的步驟S3中水環境容量的計算公式為：式中：W為計算河段的水環境容量，Cs為水質目標，C0為斷面起始濃度，Q0為河流流量，u為平均流速，K為綜合降解系數，x為第m個污染源距控制斷面的距離，qm為第m個污染源的流量；其中河流流量Q0的計算采用環境流量選擇-水文法中的7Q10法。進一步的，所述的步驟S3中污染負荷核算包括陸域入河點源污染負荷估算及面源負荷污染估算；進一步包括：所述的陸域入河點源污染負荷估算進一步包括通過調研得到各河段排污口數據，然后對得到的各河段排污口排污量進行求和統計，求和統計的結果即為排污口點源負荷；所述的面源負荷污染是根據河段水系土地利用類型結合污染負荷輸出系數估算得出。進一步的，所述的步驟S4中污染負荷削減方案包括向控制單元分配削減任務和向污染源分配削減任務；其中，向控制單元分配削減任務采用基于水環境容量總量的分配方法，向污染源分配削減任務采用初次分配結合定額達標分配的方法進行。采用上述技術方案后，本專利技術具有如下的有益效果：本專利技術將黑臭水體治理問題精確量化，提取出造本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：根據黑臭河流流域管理主體、水系結構、污染源分布、產流匯流過程劃分重點河段或控制單元；S2：計算黑臭河流每個河段的區域水環境特征，確定控制單元的水質治理目標；S3：根據控制單元的水質目標計算出該目標下的水環境容量和污染負荷；S4：根據水環境容量和污染負荷確定污染負荷削減方案，并將污染負荷削減量分配到各控制單元；S5：針對控制單元進行治理工程措施整體布局，并建立河流水質過程模型，將治理信息代入河流水質過程模型中，檢驗水質目標是否達標，如果水質尚未達標則重復上述S1?S5步驟直至水質達標，如果水質達標則將其應用于實際黑臭河流的水污染治理中。

【技術特征摘要】
1.一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：根據黑臭河流流域管理主體、水系結構、污染源分布、產流匯流過程劃分重點河段或控制單元；S2：計算黑臭河流每個河段的區域水環境特征，確定控制單元的水質治理目標；S3：根據控制單元的水質目標計算出該目標下的水環境容量和污染負荷；S4：根據水環境容量和污染負荷確定污染負荷削減方案，并將污染負荷削減量分配到各控制單元；S5：針對控制單元進行治理工程措施整體布局，并建立河流水質過程模型，將治理信息代入河流水質過程模型中，檢驗水質目標是否達標，如果水質尚未達標則重復上述S1-S5步驟直至水質達標，如果水質達標則將其應用于實際黑臭河流的水污染治理中。2.根據權利要求1所述的一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，其特征在于，所述的步驟S2中區域水環境包括耗氧污染嚴重程度、河流富營養化程度和河流沉積物毒害污染程度。3.根據權利要求2所述的一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，其特征在于，其中：耗氧污染嚴重程度的確定進一步包括：S2.1：對各個河段進行水體采樣，獲取帶有耗氧污染物濃度屬性的監測點文件和河段文件；S2.2：然后將獲取的帶有耗氧污染物濃度屬性的監測點文件和河段文件導入ARCGIS，通過spatialjoin空間分析模塊，將監測點耗氧物質CODCr、CODMn和NH3-N的濃度屬性賦予河段，以《地表水環境質量標準》III類水體規定的CODCr，CODMn和NH3-N限值作為標準計算得到河流耗氧污染綜合超標指數；S2.3：根據計算得到的河流耗氧污染綜合超標指數進行定性分級，得到河流耗氧污染嚴重程度。4.根據權利要求3所述的一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，其特征在于，其中：以耗氧污染嚴重程度確定的水質治理目標具體包括如下步驟：以溶解氧為核心指標，并明確6mg/L為河流黑臭問題解決的閾值；通過選取COD與NH3-N為主要耗氧物質，綜合考慮COD的耗氧降解、氨氮向硝酸鹽轉換過程對DO的消耗，以及河流大氣復氧等水體氧平衡過程，分析流域河流氧虧現狀和區域分布狀況，并結合耗氧污染物自身特點，最終采用氧虧計算法確定流域河流耗氧污染控制的水質目標。5.根據權利要求4所述的一種黑臭河流水污染控制與治理的方法，其特征在于，采用氧虧計算法確定流域河流耗氧污染控制的水質治理目標具體包括如下步驟：S2.2.1：計算出COD耗氧過程的耗氧量：COD即化學需氧量，是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量，COD的降解過程符合反應式：假定CODCr的衰減過程、大氣復氧過程符合一級反應動力學，且CODCr的降解過程所需要的DO全部來自大氣復氧，則有：式中，為水體中COD濃度（mol/L），為大氣復氧DO濃度（mol/L），為COD衰減速率，為大氣復氧速率，根據公式得，則COD耗氧過程的耗氧量為：S2.2.2：計算出NH3-N耗氧過程的耗氧量：氨氮是指水中以游離氨（NH3）和銨離子（NH4+）形式存在的氮，在水體中處于平衡狀態，NH4+水解反應產生非離子氨NH3和H+，反應速率是溫度和pH值的函數：NH4+=NH3+H+水體中的NH4+的硝化過程，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：單保慶，唐文忠，趙鈺，張文強，孔學紅，
申請(專利權)人：中國科學院生態環境研究中心，
類型：發明
國別省市：北京;11