CN103093092B - 河流突发性cod污染的事故源定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种河流突发性COD污染的事故源定位方法。针对现有技术中缺少对流域突发COD污染事故污染源进行迅速定位的方法而导致事故排查周期长、效率低的缺陷,本发明提供一种河流突发性COD污染的事故源定位方法。该方法在污染发生后首先经现场调查确定控制河段位置及对照断面、控制断面、污染断面的本底数据,再以COD污染物在自然水体中的降解理化规律为基础,测算控制断面上污染物浓度变化预测数值,最后将该数值与控制河段控制断面上的污染物浓度监测数值对比,由此确定超标排污口位置,确定事故源位置。本发明方法能够尽快确定事故源在河道中的位点,或锁定疑似事故源,很大程度缩短污染事故排查周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种河流污染事故源定位方法,特别是涉及一种河流突发性COD污染事故的事故污染源的定位方法。
背景技术
COD(Chemical Oxygen Demand,化学需氧量)污染是指由COD污染物引发的河流污染。COD污染物是用化学方法监测有机污染物的代称,主要是含氮、磷的有机物。这类有机污染物可以被微生物分解吸收,但微生物分解吸收并繁殖增长过程需要大量消耗水中溶解的氧,因此会造成水中生物因缺氧窒息死亡,水质恶化。COD污染物是自然水体中最常见的污染物,由COD污染物引发的河流污染事故,是我国河流,特别是城市河流最常见的污染事故。
流域突发污染事件时,事故污染源(简称事故源)位点通常是未知的,必须及时查找确定事故源位点。但未知事故源的识别定位耗时长、易反复,往往不能及时确定。事故源不能及时查处控制,既导致流域污染加剧,又引起群众对政府不信任等次生矛盾日渐突出。
理论上,确定事故源位置的一种理想方法,也最直接有效的方法,是对各排污口与流域水质进行日常在线监测,当事故发生后,能够及时从在线监测的各排污口数据变化确定事故排放口。但是受技术水平与经济条件等因素的限制,我国仅部分省级重点污染源的排污口进行了规范化整治,绝大多数企业(尤其是中小型企业、亏损企业、乡镇个体企业)依然处于不规则排放状态。而我国标准化环境监测站建设的目标是确保环境质量状况,在建和已建成的水质自动监测站仅设置在重要行政区进出境处,相距百余公里,只能作为水质预警的“哨兵”,同时水环境监测基本还停留在以人工监测为主的常规监测阶段,无法实现大面积、全天候的动态监测。因此对所有排污口的在线监测实为空谈。确定事故源的另一种理想方法是,当事故发生后能够迅速确定污染河段所在,建立控制河段范围,并结合当地环保部门的资料对控制河段内每一个排污口进行取样实测,以确定事故源。但在实际工作中,由于大部分水质自动监测站仅设置在重要行政区流域进出界线的对照断面处,两者相距百余公里。当事故发生后,能够最先确定的污染河段范围也往往长达百余公里,而在这段范围内,排污口的数量可能不计其数。若对每一个排污口水样取样分析,即便应急监测仪器设备能够随船使用并且每个排污口仅取一次样,由于现有的便携式COD应急监测仪器完成一次样品分析需耗时2h,且一次只能分析一个样品,也需要较长时间。并且由于便携式COD应急监测仪器价格昂贵,多数环保部门不愿意大量重复配置,因此造成了实践工作中沿河道逐个排查的方法需要花费很长时间才能完成对所有排污口的检测,无法达到迅速排查的要求。
整体上,我国当前的流域突发污染事件中,事故源的查找定位效率均较低。在近年全国发生的流域突发性污染事件中,事故污染源的查找定位时间少则4~7日,多则3~4星期,更长达到2个月(如2008年云南阳宗海砷污染事件)。事故源排查周期长延长了污染持续时间,加重了污染程度,更大大增加了后期恢复治理的难度与成本。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足,提供一种河流突发性COD污染的事故源定位方法。该方法以COD污染物在自然水体中的降解规律为基础,测算控制断面上污染物浓度在不同条件下的变化数值,再将该数值与控制河段控制断面上的污染物浓度监测数值对比,由此确定超标排污口位置,能够较快速地确定事故源位置。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种河流突发性COD污染的事故源定位方法,其特征在于:依如下步骤进行:
步骤S1、确定控制河段基本数据
河流污染发生后,根据水质监测数据确定控制河段T范围,确定控制河段长度L,以控制河段的入口断面为对照断面,出口断面为控制断面,确定对照断面COD浓度值CCOD0与控制断面COD浓度监测值CCOD;
依据当地环保部门资料确定控制河段T内各排污断面αi,i=1,2,…,n位置,以及αi与控制断面间的距离li,i=1,2,…,n;
步骤S2、测算控制断面COD浓度预测值CCODi′
依次假设控制河段T内每一个排污断面αi为事故源断面,依式1计算在假设条件下污染断面αi对应的控制断面COD浓度预测值CCODi′,i=1,2,…,n:
式1
式中,CCODi′—污染断面αi对应的控制断面COD浓度预测值,mg/l;
QCOD0—对照断面输入的COD的量,kg/d,由步骤S1所得CCOD0值依照常规公式CCOD=QCOD/(86.4×u)计算确定;
L—控制河段长度,km,由步骤S1确定;
k*—COD综合衰减系数,1/km,由《全国水环境容量核定技术指南》确定经验值,或依常规试验测量获得精确值;
QCODi—当i=m,m=1,2,…,n,QCODi取该断面污染源的COD产生量,kg/d,从当地环保部门获取;当i≠m,m=1,2,…,n,QCODi取该断面污染源的COD排放量,kg/d,从当地环保部门获取;
Lj—排污断面αi与沿河流流动方向的下一个排污断面αi+1间的距离,j=i,km,由步骤S1确定;
q—控制河段单位河长单位时间内河流面源输入的COD量,kg/km·d,从当地环保部门获取;
u—河流流量,m3/s,现场测量确定;
步骤S3、确定真实事故源断面位置
将步骤S2计算所得各CCODi′值与步骤S1所得控制河段控制断面监测值CCOD比较,与CCOD值最接近的CCODi′值所对应的排污断面αi即为真实事故源断面,由此确定事故源位置。
上述方法中,当步骤S2计算所得存在多个CCODi′值与步骤S1所得CCOD接近时,可以对各接近的CCODi′值对应的排污断面排放情况进行现场检测以确定具体事故源断面。
本发明方法的基本技术原理在于:第一、当流域突发污染事件后,水质突变指标会首先被沿河布置的日常水质监测站点所捕获。各监测站点数据中,最先发现水质污染的站点所在的河流断面位置确定为本方法中的控制断面;由控制断面逆流而上,找到第一个未发生水质污染的站点所在的河流断面位置确定为本方法中的对照断面,控制断面与对照断面之间的河段确定为控制河段(即生活中观测到的污染河段)。在控制河段中分布着诸多排放口,也就对应诸多排污断面。超标排放并引发流域突发污染事件的事故源排污口必然位于控制河段之内,即位于控制断面与对照断面之间。第二、由于排入河流的工业废水或城市生活污水中的污染物主要呈溶解状态或胶体状态存在,它们形成微小的水团随水流一起迁移和扩散混合。污染物从事故源排污口排入河流后,随水流向下迁移的同时还不断地与周围的水体相互混合,很快得到稀释,使污染物浓度降低,水质发生变化。因此,在控制河段中,由不同位置的排污口超标排放的污染物进入河流后引发的河流污染事件,在控制断面监测到的水质指标均不相同。通过对控制断面水质指标的分析,便能确定事故源排污口在控制河段中的位置。第三、我国工业企业多沿河布置,且布局分散,除城区企业可依托城市污水处理厂处理,多数工业企业产生的废水均是自行处理达标后排放。各排污单位(排污型工业企业)生产过程中产生的生产废水含大量COD,进入其污水处理设施前的COD的量(即未处理污水的COD的量),称为产生量;排污单位须将自身产生的污水治理达标后再向河流排放,此达标排放情况下污水的COD的量,称为排放量。各排污单位的污染物产生量数据与排放量数据均可从当地环保部门的污染源信息数据库获取。在正常情况下,河段中每一个排污口排放的污水均为排放量,而在流域突发污染事件时,事故源排污口的生产废水未经污水处理直接排放,排放的污水为产生量,但其余未出现事故的排污口排放的污水依然为排放量。这样,当控制河段中不同位置的排污口为事故源排污口时,即控制河段中不同位置的某一排污口依照产生量排放COD,而其余排污口依照排放量排放COD时,水体中的COD经自然衰减后会在控制断面监测到不同的COD浓度。在实际生产中,河流突发性COD污染都是单一事故源,即污染事故是由控制河段内一个排污品的超标排放引发,只有极小概率情况下才会出现控制河段内一个以上排污口同时发生事故并超标排放的情况。
在上述理论基础之上,污染事故源位置确定需要进一步解决的技术问题是依次假设不同排污断面为事故源位置,预测控制河段水体中COD值变化情况以及对应的控制断面COD预测值。具体在假设条件下,若控制河段中存在n个排污断面,则首先假设断面1为事故源断面,断面2,…,n为正常排放断面,对应到式1中,断面1的QCODi取断面上污染源的COD产生量,断面2,…,n的QCODi取各断面上污染源的COD排放量。式1中,QCODi取值条件的更具体含义是:假设第m(m=1,2,…,n)个排污断面为污染源断面,则第m个排污断面的QCODi取值为该断面污染源的COD产生量,而其余排污断面的QCODi取值为该断面污染源的COD排放量。
基于以上技术原理,对于不同假设条件下控制断面COD值的预测,主要考虑COD污染物进入自然水体后的变化特征。COD污染物自事故源排污口进入河流水体后便开始发生化学、生物与物理特征的变化:一方面在好氧微生物的新陈代谢作用下发生降解与转化,同时也不断消耗水中的溶解氧。COD污染物排入河流后,在微生物的新陈代谢作用下发生分解和转化,遵循一级反应动力学规律:式中k为降解速度常数。另一方面非持久型污染物随河水流动发生物理特征的综合变化,但河水推流迁移只推动污染物沿河流流动方向的迁移,不改变其在河流断面上的扩散分布特征;河水分散作用改变污染物位置与分布,但不改变其总量;衰减作用改变污染物的总量。因此控制断面COD预测方法需要综合考虑以上两方面因素。
控制河段水体中COD衡算具体方法采用如下技术原理:
1)COD输入来源包括4方面,包括上游来水输入的COD、河段内次级河流输入COD、河段内点源COD(即各工业污染源输入和集中式生活污水排放口输入)、河段内面源的COD输入(包括农村生活污染源、农田径流污染源、城市径流等,在河段内视为均匀输入);
2)COD输出是进入下游河段COD,即控制断面上的COD指标;
3)COD衰减过程为:
在2个相邻污染点源(以下简称点源)间截取一个河段A。点源1所在的断面为Ⅰ,点源2所在的断面为Ⅱ。在断面Ⅰ处有污染源1的COD日排放量为QCOD1,在断面Ⅱ处的COD日排放量为QCOD2,河段长L(km),河段内面源输入为q·L,其中q为单位河段长的面源输入(kg/km·d),QCOD0是河段上游背景输入。设在断面Ⅰ处污染物的输入总量为QCODⅠ,则其值表示为式2:
QCODⅠ=QCOD0+QCOD1 (式2)
COD是非持久性物质,在环境因素的作用下由于化学或生物反应而不断衰减,降解遵循一级反应动力学规律,且其衰减量沿河水流动进行,并取决于流经距离以及物质本身的衰减速率。忽略离散作用,河段任意x处断面上COD的量,可表示为式3:
边界条件:x=0时,QCOD=QCODⅠ,将式3沿x距离取积分得式4:
若x刚好等于河段长L,则河段末端断面输出的COD量表示为式5:
将式2代入式5,则断面Ⅱ处污染物输出量表示为式6:
由于点源2是在河段A的出口处进入河流,对该河段的污染没有贡献,仅对下游河段产生影响,故视为下游河段起始断面的输入量。
如果在断面Ⅱ的顺河方向还存在一个与上述河段A类似的河段B(即点源2下游还有点源3),则其起始断面为断面Ⅱ,终止断面为断面Ⅲ,单位河段长上的面源输入负荷仍为q,断面Ⅱ处的旁侧点源2的COD日排放量为QCOD2,则可以仿照式6写出河段B终止断面(即断面Ⅲ)的输出负荷QCODⅢ,这时只需将河段A的QCODⅡ作为河段B的背景值即可;如果在断面Ⅲ的顺河方向还存在一个与河段A、河段B类似的河段C,其起始断面为断面Ⅲ,终止断面为断面Ⅳ,单位河段长上面源输入负荷为q,断面Ⅲ处的旁侧点源输入为QCOD3,则仍可仿照式6写出河段C终止断面(即断面D)的输出负荷QCODⅣ,这时将河段B的QCODⅢ作为河段C的背景值。这样依次下去,在河段L上,可以根据点源的位置,将河段L细分为若干个分河段L1、L2、L3…Lm,每个上河段的输出当作下河段的输入,再在河段的起始处把指定的点源负荷加进去,这样利用模型可以写出每个次级河段的输出负荷量。在实际的控制河段中,如果控制河段上有n个排污口作为污染点源在不同位置输入河流,根据以上描述,可将河段分成n个下河段,第n个断面输出的污染负荷计算通式为式7:
(式7)
由式7可知,只要预先获取某河段上游的背景输入QA、河段内各点源大型排污口或次级河口的污染负荷Qi,以及各点源至控制断面的距离Lj,单位河段单位时间内面污染源的污染负荷q,污染物的衰减速率k等数据,便可由式6直接计算出控制河段终止端即控制断面的污染负荷量再代入COD浓度(CCOD)与COD量(QCOD)间的换算公式CCOD=QCOD/(86.4×u),则可得出控制河段控制断面COD的浓度CCODi′计算式如式1所示:
以上述事故源定位方法为基础,可能的第一种特殊情况是,控制河段中某一河道断面存在1个以上的排污口,即依排污口位置建立的排污断面会出现在一个排污断面中存在1个以上排污口的情况,此时,依上述方法计算控制断面CCODi′需进行调整,具体是:
当某一排污断面αi存在r个排污口,r>1时,该断面COD的量为各排污口COD量的和,即则在计算该排污断面事故状态下污水可能的COD量时,需逐个假设每一排污口为产生量而其余排污口为排放量情况下的排污断面的COD量。即上述方法中,在所述步骤S2中,当i=m时,应依次假设第y个排污口为事故源,y=1,2,…,r,则QCODi对应有r个数据QCODi(y):
式中,QCODiy—排污断面αi上的第y个排污口的COD产生量QCODiy,kg/d,从当地环保部门获取;
QCODi(y)—排污断面αi上的第y个排污口为事故源时对应的QCODi值;
QCODix—排污断面αi上的其余排污口的COD排放量,kg/d,从当地环保部门获取。
另一种特殊情况是控制河段中排污口分布较密集,此时若在每一个排污均建立排污断面会出现控制河段中建立的排污断面过多,而断面间距很小的情况,由此会延长排查周期,并影响预测值精度。此时可首先根据《环境影响评价技术导则—地面水环境》(HJ/T2.3)规定的技术导则,将控制河段内的各排污口合并为不同的排污断面,再确定控制河段T内各排污断面αi,i=1,2,…,n位置,以及αi与控制断面间的距离li,i=1,2,…,n。当合并后的某排污断面上分布有1个以上排污口时,则依照上述第一种特殊情况下的处理方法完成预测值的计算。
本发明方法中,COD综合衰减系数k*是影响本发明方法定位精度的重要参数。依《全国水环境容量核定技术指南》规定,河流COD衰减系数k值取0.2,由公式可计算COD综合衰减系数。在优化条件下,可以采用现场取样实测的试验法确定k*值,以提高预测精度。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:当流域突发污染事件时,采用本发明方法可以利用控制河段所在当地环保机构提供的本底数据与控制河段对照断面与控制断面的现场监测数据为基础,通过计算尽快确定事故源在河道中的位点,无需依赖技术监测人员沿河排查取样分析以确定事故源位置。特别是针对在实际工作中,由于河流的水质监测站点通常仅设置在一个行政区流域的入境处与出境处,两个邻的水质监测站点相距数十上百公里,因此当污染事件发生时,能够确定的控制河段位置长达数十上百公里,其内的排污口数量众多,每一个排污断面都可能是事故源所在的情况,则本发明方法更能尽快确定污染事故源位置或锁定疑似事故源范围,很大程度缩短了排查周期,或者减小可能的现场排查工作量,既降低的污染程度又减少了环境恢复的周期与投入。
附图说明
图1是控制河段范围及各断面位置示意图。
附图中的标记分别是:
T控制河段 CK对照断面 CL控制断面 αi排污断面liαi与CL的间距
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的优选实施例作进一步的描述。
实施例一
用本发明方法处理XX市2010年XX段流域发生的突发COD污染事件,排查确定事故源位置。本次突发性COD污染事件是选取某排污企业停排检修时机以其停排检修无废水入河视为正常情况,其检修结束进行正常排污视为突发COD污染事件。
图1为控制河段范围及各断面位置示意图。根据现场监测数据,确定控制河段T范围,确定对照断面CK与控制断面CL位置。从当地环保部门调取污染源信息本底资料(见表1),获取控制河段中各排污口分布情况,并依照《环境影响评价技术导则—地面水环境》(HJ/T2.3)规定的技术导则将过于集中的排污口进行合并。经分析处理后确定控制河段中共计15个排污断面α1、α2、α3…,α15。控制河段基本数据见表2。
表1 控制河段CL污染源分布及排污断面αi数据
表2 控制河段基本数据
依次假设排污断面α1、α2、α3…,α15为事故源断面,对于排污断面α1、α2、α3、α11、α15依次假设各排污口Qn为事故源排污口,分别依式1、式8计算对应的控制断面COD浓度预测值CCODi′,i=1,2,…,n。计算结果见表3。
表3 控制断面COD浓度预测值CCODi′计算结果
将表3计算结果与控制断面CCOD(11.88mg/L)比较,结果显示断面α6事故排放时对控制断面的影响CCOD6′(11.87mg/L)最接近。经现场排查,预测结果与实际情况吻合。
从本具体实施方式预测结果可以看出,在实际工作中可能出现多个预测值与控制断面观测值接近的情况,即根据计算结果出现多个疑似事故源的情况,这时则需要监测人员现场采样分析,但其花费的总体时间与工作强度依然远小于沿河排查所耗费的时间与工作强度。
Claims (5)
1.河流突发性COD污染的事故源定位方法,其特征在于:依如下步骤进行:
步骤S1、确定控制河段基本数据
河流污染发生后,根据水质监测数据确定控制河段T范围,确定控制河段长度L,以控制河段的入口断面为对照断面,出口断面为控制断面,测量确定对照断面COD浓度值CCOD0与控制断面COD浓度监测值CCOD;
依据当地环保部门资料确定控制河段T内各排污断面αi,i=1,2,…n位置,以及αi与控制断面间的距离li,i=1,2,…,n;
步骤S2、测算控制断面COD浓度预测值CCODi′
依次假设控制河段T内每一个排污断面αi为事故源断面,依式1计算在假设条件下排污断面αi对应的控制断面COD浓度预测值CCODi′,i=1,2,…,n:
式1
式中,CCODi′—排污断面αi对应的控制断面COD浓度预测值,mg/l;
QCOD0—对照断面输入的COD的量,kg/d,由步骤S1所得CCOD0值依照常规公式CCOD=QCOD/(86.4×u)计算确定;
L—控制河段长度,km,由步骤S1确定;
k*—COD综合衰减系数,1/km,由《全国水环境容量核定技术指南》确定经验值,或依常规试验测量获得精确值;
QCODi—当i=m,m=1,2,…,n,QCODi取该断面污染源的COD产生量,kg/d,从当地环保部门获取;当i≠m,m=1,2,…,n,QCODi取该断面污染源的COD排放量,kg/d,从当地环保部门获取;
Lj—排污断面αi与沿河流流动方向的下一个排污断面αi+1间的距离,j=i,km,由步骤S1确定;
q—控制河段单位河长单位时间内河流面源输入的COD量,kg/km·d,从当地环保部门获取;
u—河流流量,m3/s,现场测量确定;
步骤S3、确定真实事故源断面位置
将步骤S2计算所得各CCODi′值与步骤S1所得CCOD比较,与CCOD值最接近的CCODi′值对应的排污断面αi即为真实事故源断面,由此确定污染事故源位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:当步骤S2计算所得存在多个CCODi′值与步骤S1所得控制断面COD浓度监测值CCOD接近时,对各接近的CCODi′值对应的排污断面排放情况进行现场检测确定具体事故源断面。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:步骤S1中,首先根据《环境影响评价技术导则—地面水环境HJ/T2.3》将控制河段T内的各排污口合并为不同的排污断面αi,再确定控制河段T内各排污断面αi,i=1,2,…,n位置,以及αi与控制断面间的距离li,i=1,2,…,n。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:当某一排污断面αi存在r个排污口,r>1时,所述步骤S2中,当i=m时,依次假设第y个排污口为事故源,y=1,2,…,r,则QCODi对应有r个数据QCODi(y),式中,QCODi(y)—排污断面αi上的第y个排污口为事故源时对应的QCODi值,QCODiy—排污断面αi上的第y个排污口的COD产生量,kg/d,从当地环保部门获取,QCODix—排污断面αi上的其余排污口的COD排放量,kg/d,从当地环保部门获取。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤S1中,首先根据《环境影响评价技术导则—地面水环境HJ/T2.3》将控制河段T内的各排污口合并为不同的排污断面αi,再确定控制河段T内各排污断面αi,i=1,2,…,n位置,以及αi与控制断面间的距离li,i=1,2,…,n。
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CN102201034A (zh) * | 2011-04-26 | 2011-09-28 | 北京师范大学 | 一种临河村落非点源污染负荷的估算方法 |
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2013
- 2013-01-14 CN CN201310011938.9A patent/CN103093092B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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