第四部分 水环境保护及知识产权相关知识.doc

第四部分 水环境保护及知识产权相关知识一、污染源及其评价1、熟悉污染源与污染物分类及其调查方法；熟悉污染源凡排除或释放出的污染物能引起水如染的污染源成为水体污染源。从其形成原因，将水体污染源分为两大类：一类是自然污染，另一类是认为污染，而后者是主要的。自然污染源：如特殊的地质条件、森林地带、爆发的火山等；人为污染源：工业污染源、农业污染源和城市污染源。工业污染源：在人类活动造成的水体污染重，工业引起的水体污染最严重、最复杂，问题也最多。工业污染源主要有以下几个方面：工业废水（是工业污染源引起水体污染的最重要、最普遍的原因，它占工业污染源排除的污染物的大部分，化工、印染、石油等工业排放的污染物对水体的污染非常严重。）、废气和固体废弃物（如加工过的残渣和废料直接弃置河流中，或者将它们在厂区露天堆放，被雨水淋溶冲洗，一部分随水进入河流，特别是食品工业等有机残渣多的工厂，这种情况更为严重）。农业污染源：引起农业的水体污染主要有两个方面：间接污染源、直接污染源。城市污染源：城市生活污水、垃圾和废气已成为引起水体污染的一个重要污染源。城市污染源对水体的污染主要是生活污水。污染物分类：污染水体的物质很多，成分极其复杂，概括起来可分为下面几类。有毒物质：包括有机有毒物质和无机有毒物质。如挥发酚、氰化物、重金属等。需氧污染物：在分解过程中要消耗大量氧气的有机物为需氧有机物，如皮革、制糖、印染、石油化工、生活污水等污染源排放的废水，其COD和BOD5浓度高达几百到几千mg/L，甚至上万mg/L。这些废水会严重的恶化水体，耗尽水中的溶解氧。植物营养物：主要指氮、磷、钾、硫等一些物质。这些物质进入水体会造成水体的富营养化，影响渔业生产和危害人体健康。无机污染物：包括酸、碱、无机盐类和无机悬浮物等。油类：是目前海洋污染重最普遍、最严重的污染物。病原微生物：水体中的病原微生物主要来自生活污水和医院废水，制革、屠宰、洗毛等工业废水以及畜牧污水。病原微生物有病菌、病毒和寄生虫等病原微生物，是水体的主要污染物，会传播各种疾病。热污染：发电厂和其他工业的冷却水是热污染的主要污染源。大量的热能排入水体，会使水温增高。水体水温增高，一方面使水中溶解氧减少，另一方面促使水生物大量繁殖，使鱼类生存条件变坏。放射性污染：主要来源于核电站。污染水体的最危险的放射性物质是锶90，铯137等。这些物质半衰期长，化学性能与人体的主要元素钙、钾相似，进入人体后，在一定部位累积，增加对人体的放射性辐射，会引起遗传性变异或癌症。污染源调查方法所谓污染源调查就是指获得污染源资料的过程。污染源调查的工作阶段：普查、详查和建立档案三个阶段。污染物排放量的确定。污染物排放量的确定是污染源调查的核心问题。确定污染物排放量的方法有三种：物料衡算法、经验计算法（排放系数或排污系数法）和实测法。物料衡算法：根据物质不灭定律，在生产过程中，投入的物料量等于产品所含这种无聊的量与这种物料流失量的总和。如果物料的流失量全部由烟囱排放或排水排放，则污染物排放量（或称源强）就等于物料流失量，则由下式计算。QG2GG1Q污染物排放量（g/s）；G2单位时间内物料总流失量（g/s）；G单位时间内投入物料总量（g/s）；G1单位时间内生产的产品中所含这种物料的量（g/s）。如果物料流失量的一部分由烟囱或排水排放，其他部分进入渣中，则排放量就由物料流失量乘以修正系数得到，即QG2修正系数，等于排污口排放的物料量与物料流失量的比值。经验计算法（排放系数或排污系数法）。根据生产过程中，单位产品的经验排污系数进行计算，求得污染物排放量的计算方法成为经验计算法。计算公式为：QKWK单位产品的经验排放系数（kg/t）；W某种产品的单位时间产量（t/h）。实测法：通过对某个污染源现场测定，得到污染物的排放浓度和流量（废水或烟气），然后计算出排放量。计算公式为：QCLC实测的污染物算术平均浓度；L烟气或废水的流量。该法只适用于已投产的污染源。2、掌握污染源评价的方法。污染源评价是在污染源和污染物调查的基础上进行的。污染源评价的目的是要确定主要污染物和主要污染源，为污染源治理和区域治理规划提供依据。各种污染物具有不同的特性和不同环境效应，为了使不同的污染物和污染源能够在同一个尺度上加以比较，要采用特征数来表示评价的结果，或者说要对污染物和污染源进行标准化比较。污染源评价首先要确定三个特征数：等标污染指数、等标污染负荷和污染负荷比。然后在此基础上确定主要污染物和主要污染源。等标污染指数是指所排放的某种污染物的浓度超过该种物质的排放标准的倍数，简称超标倍数。它所反映的是污染物的排放浓度与评价所采用的排放标准之间的关系。等标污染指数可以用下式计算NijCij/CoiCij第j个污染源中第i种污染物的排放浓度；Coj第i种污染物的排放标准。根据监测的污染物浓度和排放标准，可以计算等标污染指数Nij。等标污染指数只反映浓度关系，并不涉及排放总量。而污染物对环境的影响是由浓度和总量两者决定的。为了描述总量的影响，引入等标污染负荷的概念。等标污染负荷用下式计算PijQij第j个污染源中含有第i种污染物的介质排放流量（m3/s）；Cij第j个污染源中第i种污染物的排放浓度；Coj第i种污染物的排放标准。若第j个污染源共有n种污染物参与评价，则该污染源的总等标污染负荷为若评价区内共有m个污染源含有第i种污染物，则该污染物在评价区内的总等标污染负荷为：要注意的是，等标污染负荷是有量纲数，它的量纲与计算流量所用的量纲一致；等标污染指数则是量纲为一的数。为了确定污染物和污染源对环境的贡献，还要引入污染负荷比的概念。在第j个污染源内，第i种污染物的污染负荷比Kij由下式确定Kij是一个量纲为一的数，可以用来确定污染源内部各种污染物的排序。Kij最大者就是最主要的污染物。评价区内第j个污染源的污染负荷比Kj可以用下式计算Kj是一个量纲为一的数，它可以用来确定污评价区内的主要污染源及污染的排序。Kj值最大者为最主要的污染源。评价区内第i个污染物的污染负荷比Ki可以用下式计算Ki是一个量纲为一的数，可以用来确定评价区内的主要污染物及其排序。Ki最大者为最主要的污染物。二、 水环境质量及其评价1、熟悉水环境质量的相关标准2、掌握水环境质量评价的方法水环境质量评价的关键是选择或构建正确的评价方法，以及评价模型中所涉及的关键参数序列。利用评价模型和参数对水体的环境质量作出有效评判，确定其水环境质量状况和应用价值，从而为防治水体污染及合理开发利用、保护水资源提供科学依据。目前，用于水质评价的方法种类繁多，大体上可分为一般统计法、综合指数法、数理统计法、模糊数学综合评判法、浓度级数模式法、Hamming贴近度法等。各种方法的适用范围及其主要优缺点简要列于下表。名称基本原理适用范围优、缺点一般统计法以监测点的检出值与背景值或饮用水标准比较，统计其检出数、检出率、超标率及其分布规律适用于水环境条件简单、污染物质单一的地区，适用于水质初步评价简单明了，氮应用有局限性，不能反映总体水质情况综合指数法将有量纲的实测值变为量纲为一的污染指数进行水质评价适用于对某一水井、某一地段的时段水体质量评价便于纵向、横向对比，但不能真实反映各污染物对环境影响的大小，分级存在绝对化，不尽合理数理统计法在大量水质资料分析的基础上，建立各种数学模型，经数理统计的定量运算，评价水质水质资料准确，长期观测资料丰富，水质监测和分析基础工作扎实直观明了，便于研究水化学类型成因，有可比性。但数据的收集整理困难模糊数学综合评判法应用模糊数学理论，运用隶属函数对各单项指标分别进行评价，再用模糊矩阵复合运算法进行水质评价区域现状评价和趋势评价考虑了界限的模糊性，各指标在总体中污染程度清晰化、定量化。但可比性差浓度级数模式法基于矩阵指数模式原理连续性区域水质评价克服了水质分级和边界数值衔接的不合理Hamming贴近度法应用泛函分析中Hamming距离概念，定量分析任意两模糊子集间的靠近程度适用于需自定水质级别的情况。评价具有连续性，适用于区域性评价便于根据实际情况定出shzuihi分析标准，评价结果表达信息丰富3、熟悉水体自净的机理；自然环境包括水环境对污染物质都具有一定的承受能力，即所谓环境容量。水体能够在其环境容量的范围以内，经过水体的物理、化学和生物的作用，使排入的污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低，称之为水体的自净作用。也可简单地说，水体受到废水污染后，逐渐从不洁变清的过程称为水体自净。水体自净的过程很复杂，按其机理可分为：物理过程，其中包括稀释、混合、扩散、挥发、沉淀等过程，水体中的污染物质在这一系列的作用下，其浓度得以降低，稀释和混合作用是水环境中极普遍的现象，又是比较复杂的一项过程，它在水体自净中起着重要的作用；化学及物理化学过程，污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低；生物化学过程，污染物质中的有机物，由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转化为无害、稳定的无机物，从而使其浓度降低。4、了解常用河流水质模型；常用河流水质模型有以下几种：单一河段水质模型、多河段水质模型、其它河流水质模型及河口水质模型。单一河段水质模型定义：在所研究的河段内只有一个排放口时称该河段为单一河段坐标：在研究单一河段时，一般把排放口置于河段的起点，即定义排放口处的纵向坐标x0。S-P模型描述河流水质的第一个模型，由斯特里特（H Streeter）和菲而普斯（E Phelps）在1925年建立。基本假设：河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应，反应速度为常数；河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。S-P氧垂公式O河流中的溶解氧值Os 饱和溶解氧值L0河流起始点的BOD值D0河流起始点的氧亏值Dc临界点的氧亏值tc由起始点到临界点的流经时间溶解氧氧垂曲线图详见下页。临界点氧亏值：S-P模型的修正型卡普修正式上游来量及旁侧入流叠加 托马斯修正式考虑泥沙、悬浮固体对有机物的吸附沉降，化学絮凝沉降及水流冲刷再悬浮。托曼修正式考虑断面流速和浓度分布不均匀而引起的剪切流纵向分散。杜宾斯修正式考虑底泥释放或沿程地表径流加入的BOD浓度沃康纳修正式认为BOD5不能反映有机污染物BOD的总量多河段水质模型多河段水质模型的概化水质模型的解析解是在均匀和稳定的水流条件下取得的，划分断面的原则：a）河流断面形状发生剧烈变化处b）支流或污水的输入处c）河流取水口处d）其他需要设立断面的地方多河段BOD模型及DO模型的建立a）BOD模型河流水质的特点之一是上游每一个排放口排放的污染物对下游每一断面的水质都会产生一个增量，而下游的水质对下游不会产生影响。因此，河流每一个断面的水质状态都可以视为上游每一个断面排放污染物和本断面排放污染物的影响的总和。b）DO模型其它河流水质模型综合水质模型BOD和DO只反映河流中最简单的水质关系。为了较详尽的描述河流的水质状态，需要引进更多的变量。综合水质模型就是在BODDO耦合模型的基础上发展起来的多组分水质模型。QUAL-II模型是美国EPA1973年组织开发的，可以描述河流的动态和稳态特征。重金属水质模型进入河流的重金属，除了前面提到的基本运动过程外，还存在悬浮物的吸附和解吸附作用，重金属的存在形态还与水流的PH值有关。河口水质模型河口的水质特征河口：入海河流受到潮汐作用的一段水体。受到潮汐的影响，水质显示出明显的时空特征河口水质特征：由海潮带来大量的溶解氧，与上游下泄的水流相汇，形成强烈的混合作用，使污染物分布更趋近均匀。由于潮汐的顶托作用，延长了污染物在河口的停留时间，有机物的降解会进一步降低水中的溶解氧，使水质下降。潮汐使河口含盐量增加。河口一维解析模型比之河流水质模型，河口水质模型则更为复杂，求解也困难。潮汐作用使得水流在涨潮时向上游流动，尽管在整个潮周期里净水流是向下游流动的。三、 水污染控制1、了解水污染控制系统的组成、分类。水污染控制系统是由污染物的产生、排出、输送、处理到水体中迁移转化等各种过程和影响因素所组成的水质污染及其控制系统。该系统的性能与功效主要表现为水质状况及其社会影响，同时也表现在控制污染措施的技术经济效应上。各个过程及其影响因素对该系统的总体功能效应都产生其一定影响。