申请日2015.05.20
公开(公告)日2015.08.26
IPC分类号G06F19/00
摘要
本发明公开了一种化工废水中生态风险评价方法，属于生态风险识别领域。其步骤为：先确定化工废水中存在的有害物质的种类及其暴露浓度，筛选该水体中水生态系统代表性生物物种并确定所筛选物种的效应浓度，然后制作化工废水中各种有害物质浓度关于时空变化规律的数学模型，并进行废水中各种有害物质风险商值的计算，再利用概率风险估计法计算识别区域内有害物质生态风险总体水平最后根据两次评估结果进行总体分析、识别。本发明将现有的熵值法进行改进，并且结合概率风险估计法，定量对生态风险进行评估，实现了化工废水中生态风险总体水平的量化，通过两种方法有机结合，减少了评估误差，为水生态系统的保护提供更为精准的决策依据。
权利要求书
1.一种化工废水中生态风险评价方法，其步骤包括：
(1)采集水样进行分析，确定化工废水中存在的有害物质的种类及其暴露浓度 ERV1;
(2)筛选该水体中水生态系统代表性生物物种并确定所筛选物种的效应浓度 TRV;
(3)通过数据模拟法，得到化工废水中各种有害物质浓度关于时空变化规律的数 学模型，并对模型进行验证和改进;
(4)根据数学模型找到本评价中所选定的区域各种有害物质所对应的暴露浓度 之和ERV2，并取ERV1和ERV2的平均值，获得水样中各有害物质的平均暴露 浓度ERV，并利用此评价中改进的熵值法计算出风险熵Q，从而对选定区域化 工废水中生态风险进行第一次评估;
(5)利用概率风险估计法，将多种有害物质的联合风险性关系置于同一坐标系 下，采用等效系数概念，得到联合概率曲线，从而对选定区域化工废水中生态风 险进行第二次评估;
(6)根据步骤4)和5)两次评估结果，综合分析化工废水中的生态风险。
2.根据权利要求1所述的一种化工废水中生态风险评价方法，其特征在于：所 述的数据模拟法，一方面是通过探查不同地区化工废水中各有害物质的含量，另 一方面是通过长期跟踪研究或环境历史资料，得到其随时间的变化规律。
3.根据权利要求1所述的一种化工废水中生态风险评价方法，其特征在于：所 述的改进的熵值法与传统的熵值法的不同之处在于，传统的熵值法中暴露浓度 ERV仅仅为水样中有害物质的实际监测值，但由于生态系统的不确定性，得到 的数值仅仅表示当前的浓度值，误差比较大，而本评价方法中ERV是取模型和 实际监测值平均数，使数据更具精确性。
4.根据权利要求1所述的一种化工废水中生态风险评价方法，其特征在于：所 述的概率风险估计法，将表征有害物质暴露浓度和效应浓度的概率密度曲线分别 置于同一坐标系下，位于最大环境暴露浓度和对该有害物质最敏感生物的效应浓 度TRV之间曲线的重叠部分即表现了以概率表示的环境风险，且生态风险与等 效系数成正比。
说明书
一种化工废水中生态风险评价方法
技术领域
本发明涉及生态风险识别领域，具体涉及一种化工废水中生态风险评价方法。
背景技术
生态环境是由生物及非生物组成的各种生态系统的综合体，是区域内所有生命有机体生存和发展的载体以及物质和能量的供应者。因此，维护生态环境良性循环是实现人类社会可持续发展的基本保障。然而自工业革命以来，工业化所导致的化工废水的种类和数量与日俱增，这些化工废水在生产、运输及使用过程中将不可避免地进入环境，对全球生态环境构成潜在的威胁。普遍采用的实验室监测方法已经越来越不适应生态环境管理的需要，加之许多环境污染物在生物体内存在长期积累现象，其有害效应需要很长时间才能显示出来。这就需要人们使用一种有效的方法体系对已发生的或是潜在的生态风险源进行评估，以提高应对警惕,生态风险评价就在这样的背景下逐渐兴起并得到重视。
生态风险评价是评估由于一种或多种外界因素导致可能发生或正在发生的不利生态影响的过程，其目的是帮助环境管理部门了解和预测外界生态影响因素和生态后果之间的关系，有利于环境决策的制定。生态风险评价被认为能够用来预测未来的生态不利影响或评估因过去某种因素导致生态变化的可能性。中国生态风险评价的调查研究中国的风险评价工作起步较晚，在化工项目，易燃、易爆、有毒化学品等方面作过大量的工作，但是还没有导则参照执行。生态风险评价中国已经作过一些研究工作，但是还难于系统的应用与环境影响评价当中，原因是生态风险评价不同于化学物质和物理变化能够直观的评价对环境的破坏。生态风险评价需要大量的基础数据和生态调查，以及评价方法的研究，根据中国目前的环境影响评价现状，生态项目是中国环境影响评价的重点拓展领域。
美国EPA1998年通过了生态风险评价及识别准则，将生态风险识别过程分为3个主要阶段，即问题表述、分析、风险表征。目前，许多国家和地区都用该准则来指导化学品及化工废水的生态风险识别。根据这一准则，化学物质风险 识别相关的模型、方法不断涌现，比如熵值法、概率风险估计法等，但都没能很好的考虑到生态环境的不确定因素，因此评价误差较大。
发明内容
本发明针对生态风险评价结果不精准的问题，提出了采用改进的熵值法和概率风险估计法相结合的方法，解决了生态风险评价过程中由于环境生态的不确定因素而导致的误差较大问题，适用于化工废水中有害物质生态风险的识别，可分析水生态风险水平，确定区域内高风险有害物质，为水环境管理服务。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
(1)确定化工废水中存在的有害物质的种类及其暴露浓度ERV1;
(2)筛选该水体中水生态系统代表性生物物种并确定所筛选物种的效应浓度TRV;
(3)通过数据模拟法，得到化工废水中各有害物质浓度关于时空变化规律的数学模型，并对模型进行验证和改进;
(4)根据数学模型找到本评价中所选定的区域各种有害物质所对应的暴露浓度之和ERV2，并取ERV1和ERV2的平均值，获得水样中各种有害物质的平均暴露浓度ERV，并利用此评价中改进的熵值法计算出风险熵Q，从而对选定区域化工废水中生态风险进行第一次评估;
(5)利用概率风险估计法，将多种有害物质的联合风险性关系置于同一坐标系下，采用等效系数概念，得到联合概率曲线，从而对选定区域化工废水中生态风险进行第二次评估;
(6)根据步骤4)和5)两次评估结果，综合分析化工废水中的生态风险。
所述的数据模拟法，一方面是通过探查不同地区化工废水中各有害物质的含量，另一方面是通过长期跟踪研究或环境历史资料，得到其随时间的变化规律。
所述的改进的熵值法与传统的熵值法的不同之处在于，传统的熵值法中暴露浓度ERV仅仅为水样中有害物质的实际监测值，但由于生态系统的不确定性，得到的数值仅仅表示当前的浓度值，误差比较大，而本评价方法中ERV是取模型和实际监测值平均数，使数据更具精确性。
所述的概率风险估计法，将表征有害物质暴露浓度和效应浓度的概率密度曲线分别置于同一坐标系下，位于最大环境暴露浓度和对该有害物质最敏感生物 的效应浓度TRV之间曲线的重叠部分即表现了以概率表示的环境风险，且生态风险与等效系数成正比。
本发明与其它方法相比，有益之处在于：
本发明提供了一种化工废水中生态风险评价方法，融合了现有的风险熵值法和概率风险估计法的优点，并且对传统熵值法进行改进，形成了易于操作和适合为水环境管理服务的化工废水风险识别程序。通过筛选废水中代表性生物，并利用数据模拟法，得到化工废水中各种有害物质浓度关于时空变化规律的数学模型，实现了化工废水中生态风险总体水平的量化，基于改进的熵值法和概率风险估计法相结合而分析得到的生态风险结果，从而判断化工废水中生态风险总体水平是否应进行管理和削减，同时分析化工废水在各种有害物质所引发的潜在风险是否可接受，进而明确应控制排放的化工废水种类，为水生态系统的保护提供决策依据。
具体实施方式
一种化工废水中生态风险评价方法，其步骤包括：
(1)采集水样进行分析，确定化工废水中存在的有害物质的种类及其暴露浓度ERV1;
(2)筛选该水体中水生态系统代表性生物物种并确定所筛选物种的效应浓度TRV;
(3)通过数据模拟法，得到化工废水中各种有害物质浓度关于时空变化规律的数学模型，并对模型进行验证和改进;
(4)根据数学模型找到本评价中所选定的区域各有害物质所对应的暴露浓度之和ERV2，并取ERV1和ERV2的平均值，获得水样中各有害物质的平均暴露浓度ERV，并利用此评价中改进的熵值法计算出风险熵Q，从而对选定区域化工废水中生态风险进行第一次评估;
(5)利用概率风险估计法，将多种有害物质的联合风险性关系置于同一坐标系下，采用等效系数概念，得到联合概率曲线。从而对选定区域化工废水中生态风险进行第二次评估;
(6)根据步骤4)和5)两次评估结果，综合分析化工废水中的生态风险。
所述的数据模拟法，一方面是通过探查不同地区化工废水中各有害物质的含量，另一方面是通过长期跟踪研究或环境历史资料，得到其随时间的变化规律。
所述的改进的熵值法与传统的熵值法的不同之处在于，传统的熵值法中暴露浓度ERV仅仅为水样中有害物质的实际监测值，但由于生态系统的不确定性，得到的数值仅仅表示当前的浓度值，误差比较大，而本评价方法中ERV是取模型和实际监测值平均数，使数据更具精确性。
所述的概率风险估计法，将表征有害物质暴露浓度和效应浓度的概率密度曲线分别置于同一坐标系下，位于最大环境暴露浓度和对该有害物质最敏感生物的效应浓度TRV之间曲线的重叠部分即表现了以概率表示的环境风险，且生态风险与等效系数成正比。
下面通过三个具体事例来加以说明
实施例1
从北京地区选取水样，算得其暴露浓度ERV1为0.3ppm;筛选该水体中7水生态系统代表性生物物种，包括代表浮游植物的藻类，代表浮游动物的鞭毛虫、对虾，代表昆虫的蜗牛和摇蚊，代表鱼类的鲤鱼、斑马鱼，并检测到此7种物种的效应浓度TRV为0.25ppm;根据数学模型，获得北京地区化工废水暴露浓度ERV2为0.31ppm;取ERV1和ERV2的平均值，获得化工废水平均暴露浓度ERV为0.305ppm，并利用此评价中改进的熵值法计算出风险熵Q为1.22，因Q>1,表明北京地区化工废水危害程度不可接受;利用概率风险估计法，算出从化工废水中生态风险为27.6%，即北京地区水生态系统中27.6%的物种受到了化工废水的损害。综合两次评估结果得出：北京地区化工废水生态风险级别为中。
实施例2
从山西太原地区选取水样，算得其暴露浓度ERV1为0.45ppm;筛选该水体中7水生态系统代表性生物物种，包括代表浮游植物的藻类，代表浮游动物的鞭毛虫、对虾，代表昆虫的蜗牛和摇蚊，代表鱼类的鲤鱼、斑马鱼，并检测到此7种物种的效应浓度TRV为0.32ppm;根据数学模型，获得太原地区化工废水暴露浓度ERV2为0.41ppm;取ERV1和ERV2的平均值，获得化工废水平均暴露浓度ERV为0.43ppm，并利用此评价中改进的熵值法计算出风险熵Q为1.34，Q>1,表明太原地区化工废水危害程度不可接受;利用概率风险估计法，算出从化工废水中生态风险为36.9%，即太原地区水生态系统中36.9%的物种受到了化工废水 的损害。综合两次评估结果得出：山西太原地区化工废水生态风险级别为高。
实施例3
从山东威海地区选取水样，算得其暴露浓度ERV1为0.16ppm;筛选该水体中7水生态系统代表性生物物种，包括代表浮游植物的藻类，代表浮游动物的鞭毛虫、对虾，代表昆虫的蜗牛和摇蚊，代表鱼类的鲤鱼、斑马鱼，并检测到此7种物种的效应浓度TRV为0.21ppm;根据数学模型，获得威海地区化工废水暴露浓度ERV2为0.14ppm;取ERV1和ERV2的平均值，获得化工废水平均暴露浓度ERV为0.15ppm，并利用此评价中改进的熵值法计算出风险熵Q为0.71，因Q<1,表明威海地区化工废水危害程度可接受;利用概率风险估计法，算出从化工废水中生态风险为6.16%，即威海地区水生态系统6.16%的物种受到了化工废水的损害。综合两次评估结果得出：山东威海地区化工废水生态风险级别为低。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明的设计精神的前提下，本领域普通工程的技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。