水污染控制体系中污染物cod和nh3-n的排放限流研究

水污染控制体系中污染物cod和nh3-n的排放限流研究

水资源是影响人类社会、经济、人口和环境的最重要资源之一。同时，水污染和水资源保护也是人们最担心的问题之一。我国的水污染管理正在从目标总量控制过渡到容量总量控制,从单一的污染物排放控制过渡到水生态系统控制,因此亟需完善创新出我国的水污染控制体系。首先,水资源的运用与治理应在宏观角度满足一定区域内人们的正常社会活动,明确水资源利用的合理途径和方法。其次,针对每条河流的各段的水环境情况,结合相应的土地使用情况,制定出该河流的水环境管理分区体系。在此基础上,针对某一具体水分区体系进行污染物排放限值的设定,分别从技术及水质排放限值两个方面考虑。其中,技术排放限值分别为第一、第二和第三类污染,即农业污染、工业污染及生活污染。通过上述双重排放限值的规定,可确保“清洁水”在整个大尺度、中尺度、小尺度的良性循环。水污染物排放限值控制体系如图1所示。采用总量控制的水污染控制和管理方法已得到人们的共识,许多学者从不同角度建立了污染物排放控制模型,如人均累积污染物排放量模型、二维水权耦合模型、非点源一维水质模型等,为最终制定水污染物排放标准提供了一定的理论依据。本文运用二维水质模型对金沙江、滦河以及大凌河中的典型污染物COD和NH3-N的排放限值进行解析计算,以期为上述河流污染物排放限值的制定提供一定的理论依据。1水体污染物扩散输移规律分析本水环境数学模型以地表水为研究对象,重点考虑了水体中典型水质要素(COD、NH3-N),采用数学物理方程为主的确定性稳定模型,为研究污染物在水体中的扩散输移规律及其应用奠定一定的理论基础。1.1污染物点和水体皮质的特性假设污染物能够与水体相互融合,分布稳定,且污染物质点与水体质点具有相同的流体力学特征,在某一空间位置的浓度不随时间变化;污染物在进入水体以后能够均匀地分散开,不产生凝聚、沉淀和挥发。1.2污染物降解系数一般来说,排入水体的污染物质的浓度经过物理、化学和生物的作用,在流动过程中随着时间的推移自然降低。这种过程可通过污染物降解系数进行描述,污染物降解系数是模型中的一个重要参数。水体自净过程十分复杂,受许多因素的影响,它与污水、河段及水文的特征、温度等影响因素有关。降解系数的计算公式如下。式中,k为降解系数,s-1;u为平均流速,m/s;m为监测点的个数;Xi为监测点至排污点的距离,m;Ci为监测点水质的质量浓度,mg/L。(2)污染物与水体的相互作用弥散系数是表征流动水体中污染物在沿水流方向(或纵向)弥散的速率系数。该系数受河流的断面形状、纵向坡度、平面形态、河床糙率以及污染物与水体的混合过程等因素的影响。可以根据下式进行计算。式中,C(xi,yi)为水体中某点水体中污染物的质量浓度,mg/L;Q为单位时间内排放的污染物的质量,t/h;ux为河流纵向的流速分量,m/s;A为河流横断面面积,m2;Dy为横向弥散系数,m2/s;x为纵向截距,m。1.3稳态条件下的环境质量模型当水体深度相对于宽度较浅时,即只考虑水体纵向及宽度方向的质量浓度变化,稳态条件下的二维环境质量模型的基本形式如下。式中,C为污染物的质量浓度,是时间t和空间位置x的函数,mg/L;Dx为纵向弥散系数,m2/s;uy为横向流速分量,m/s;u*为污染物的衰减速度常数。1.4参考点污染物浓度如果污染源在水体的边界上,根据二维水质模型可以求得其允许排放量,边界排放的二维水质模型如下。式中,C0为参考点的污染物的质量浓度,mg/L。假定混合区的宽度为河宽的二分之一,设为y,那么在y处应满足水质标准的要求。为了求混合区边界处达到水质目标值时的纵向距离,对上式进行化简得:解方程,结果应取正值,得:将结果代入允许排放量计算式,可以得到:2标准、综合对比分析鉴于国内河流的污染以有机污染为主,且COD和氨氮的质量浓度是衡量有机污染物污染程度的主要指标,本文主要选取金沙江、滦河以及大凌河的水质为研究对象,其水质基本参数见表1。利用上述模型进行计算,得到了三种水质下COD和NH3-N的质量浓度排放限值。由于涉及污染物排放的行业标准及综合排放标准较多,因此仅选取部分该河流沿岸的主要行业标准和综合标准进行对比分析,详见表2。由表2可知:基于总量控制的定量计算上述三个河流水质的COD排放限值均满足现行的若干行业和综合标准;大凌河的COD排放限值不足污水综合排放标准GB8978—1996、制浆造纸工业污染物排放标准GB3544—2008标准的25%,而滦河的COD排放限值已接近上述排放标准的70%(钢铁工业水污染物排放标准GB123456—2012的35%),而金沙江的COD排放限值已接近上述标准的90%,说明金沙江以及滦河的水质均承受着较大的COD污染压力;三个河流水质的NH3-N排放限值均接近或超过现行的行业标准和综合标准,且金沙江的NH3-N排放限值已经达到行业或综合标准的2.2~3.4倍,说明金沙江和滦河的水质均承受着较大的NH3-N污染压力。基于此,在上述三条河流尤其是金沙江进行污水排放的企业,亟需进一步改善生产工艺,提高其技术水平,以满足行业标准。鉴于国家污水综合排放的现行标准是于1996年所制定的,而“十一五”的环保目标是将全国主要污染物排放总量减少10%,建议将上述河流的COD以及NH3-N的排放限值分别控制在60、15mg/L以内。3计算结论与建议从污染物总量控制的角度出发,建立了污染物排放限值的二维解析模型,并以金沙江、滦河以及大凌河三条河流的水质情况为例进行了计算,得到的结论与建议如下:(1)三条河流的COD排放限值均低于国家现行的行业标准和综合标准,但NH3-N排