申请日2014.11.15
公开(公告)日2015.01.28
IPC分类号G06Q50/06; G06Q10/04
摘要
本发明公开了一种优化评估河道污水生态净化方案的方法，属于水污染控制领域。其步骤为：(1)应用QUAL2K模型模拟河道水动力与水质，对模型参数进行校准与验证;(2)设计现场实验，采用挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元分别处理河水;(3)通过生态处理现场实验数据，计算得出挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元的降解系数;(4)由挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个单元排列组合为24种生态净化方案，采用现场实验得到的降解系数，通过QUAL2K模型模拟24种不同的生态净化方案;(5)计算各种方案末端出水的污染物去除率，采用层次分析法综合评估得到最优生态净化方案。通过本发明的运用，可以有效解决生态净化方案优化选择的问题，为环境管理部门提供决策支持。
权利要求书
1.一种优化评估河道污水生态净化方案的方法，其步骤为：(1)应用QUAL2K模型模 拟河道水动力与水质，对模型参数进行校准与验证;(2)设计现场实验，采用挺水植物、浮 叶植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元分别处理河水;(3)通过生态处理现场实验 数据，计算得出挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元的降解系数; (4)由挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个单元排列组合为24种生态净化方案， 采用现场实验得到的降解系数，通过QUAL2K模型模拟24种不同的生态净化方案;(5)计 算各种方案末端出水的污染物去除率，采用层次分析法综合评估得到最优生态净化方案。
2.根据权利要求1所述的一种优化评估河道污水生态净化方案的方法，其特征在于将生 态处理单元现场实验得到的降解系数输入水质模型，采用QUAL2K模型模拟各单元组合的生 态净化方案。
3.根据权利要求1所述的一种优化评估河道污水生态净化方案的方法，其特征在于挺水 植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元的降解系数通过现场实验实测数据 计算获得。
4.根据权利要求1所述的一种优化评估河道污水生态净化方案的方法，其特征在于通过 水质模型模拟方法对生态净化方案进行优化评估。
5.根据权利要求1所述的一种优化评估河道污水生态净化方案的方法，其特征在于通过 该方法的运用，能在多种生态净化技术的众多组合方案中得到效果最优方案，有效解决生态 净化方案优化选择的问题，为环境管理部门提供决策支持。
说明书
一种优化评估河道污水生态净化方案的方法
技术领域
本发明涉及河道污水生态净化方案的优化评估方法，具体地说是一种利用模型模拟法对 河道污水生态净化方案进行优化评估的方法。
背景技术
污水处理技术主要分为物理、化学和生态三类。过去几十年，物理、化学方法在国内外 应用广泛，取得了较好的水质净化效果。物理方法虽然工艺设备简单、易于操作，处理效果 十分明显，但往往治标不治本;化学方法虽然具有操作简单，用量少的优点，治理见效快， 一般作为应急方案，但成本较高，容易引起二次污染。因此，近年来生态处理方法得到极大 关注与广泛应用。
污水的生态处理是依赖水、土壤、细菌、高等植物和阳光基本的自然要素，利用土壤- 微生物-植物系统的自我调控机制和综合自净能力，完成污水的深度处理，同时通过对污水中 水分和营养物的综合利用，实现尾水无害化和资源化再利用。污水生态处理广泛应用于原污 水、河道污水，或尾水深度二级处理甚至三级处理的研究和实践。污水的生态处理技术是近 年发展起来的一种废水处理技术，具有出水水质好、投资少、结构简单、操作管理便利及运 行费用低的特点。
20世纪末，国内外学者开始研究污水处理技术的综合评估，其方法主要包括层次分析 法评价、灰色系统评价、模糊综合评价、效益评价指数模型评价。近几年，国外学者就生态 环境问题进行了全方位、多角度、多方面、定量化的评价研究。国内针对污水处理效果的综 合评价理论和应用研究大多是采用层次分析法和模糊综合评价。这些研究均是针对污水处理 效果的后评价，忽略了污水处理工程实施前的评估，在环境管理实践中缺乏实用性与前瞻性。
目前的生态处理技术评估主要是针对单项处理技术或者某项处理方案效果的评估，忽略 了污水处理工程实施前的优化评估，而且对于污水生态净化方案的定量优化评估研究目前尚 未有报道。因此，亟需发明出实用可靠的污水生态净化技术方案定量优化评估方法，为污水 生态净化方案的优化选择与效果评估提供依据。近年来，美国环保局研发的一维河流水质模 型QUAL2K模型在河流、流域水质模拟预测中应用广泛，该模型能够较全面的反映污水中氮、 磷、微生物、藻类的迁移转化，可以准确反映污水的水质水动力过程。因此，本发明采用 QUAL2K模型，对河道污水生态净化技术方案进行优化评估，为环境管理部门水污染防治的 提供一种新的思路和评估方法。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种利用模型模拟法对河道污水生态净化方案进行优化评估的方 法。采用水质模型模拟多个生态处理单元排列组合的各种生态净化方案，通过层析分析法综 合评估筛选出效果最优方案，为环境管理部门提供决策支持，该方法可以有效解决生态江湖 方案优化选择的问题。
2.技术方案
一种优化评估河道污水生态净化方案的方法，其步骤为：(1)应用QUAL2K模型模拟 河道水动力与水质，对模型参数进行校准与验证;(2)设计现场实验，采用挺水植物、浮叶 植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元分别处理河水;(3)通过生态处理现场实验数 据，计算得出挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元的降解系数;(4) 由挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个单元排列组合为24种生态净化方案，采用 现场实验得到的降解系数，通过QUAL2K模型模拟24种不同的生态净化方案;(5)计算各 种方案末端出水的污染物去除率，采用层次分析法综合评估得到最优生态净化方案。通过本 发明的运用，可以有效解决生态净化方案优化选择的问题，为环境管理部门提供决策支持。
1)通过实地调查与资料收集，完成河道模拟所需的数据，包括河道宽度、河道深度、 流速、流量水动力水文数据，化学需氧量(COD)、硝氮(NO3-N)、氨氮(NH3-N)、总 氮(TN)、总磷(TP)水质数据，点源、面源污染源数据，应用QUAL2K模型模拟尾水 河道的水动力与水质数据，并与实测数据进行对比分析，进行河道模型参数的校准与验证。
2)设计现场实验，采用挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物四个生态处理单元 分别处理河水。实验安排在气温变化不大、植物生长旺盛、微生物增殖较快的春夏季节。 控制实验装置中的水流流量、流速与河道相同，采样后现场对每个单元进、出水水质进行 监测。
3)通过生态处理现场实验，得到4个单元对COD、NO3-N、NH3-N、无机磷、有机 氮、有机磷的处理结果数据，采用一级动力学反应方程计算得出各生态处理单元对污水中 主要水质指标的降解系数，包括COD氧化速率、硝氮反消化速率、氨氮硝化速率、无机 磷吸收速率、有机氮水解速率、有机磷水解速率。由于实验用水为污染河道现场取水，实 验设计流速与河道流速一致，因此水质状况相同、水动力状况相似，计算得到的参数应用于 河道生态净化技术模拟是合理可靠的。
一级动力学反应方程，即C=C0e-Kt，由式可得降解系数K=t-1lnC0/C，式中：t为反应 时间，d;K为氨氮降解系数，1/d;c为t时刻测定的污染物浓度，mg/L;C0为污染物的 初始浓度，mg/L。
4)在不同河段设置不同单元的降解系数，能够模拟不同的生态处理单元对污水的净 化过程。将河道划分为4个河段，把各生态处理单元的降解系数输入水质模型中对应河段， 代表模拟各种不同的方案。挺水植物、浮叶植物、沉水植物、漂浮植物可排列组合为24种 生态净化方案。根据现场实验得到的降解系数设定各河段主要水质参数，采用QUAL2K 模型模拟24种生态净化方案分别在河道中的实施。QUAL2K模型是美国环保局研发的一 个综合性、多样化的河流水质模型，适用于模拟完全混合的枝状河流水质。
5)由模拟结果计算得出各种方案对主要水质指标的去除率，采用COD、NO3-N、 NH3-N、无机磷、有机氮、有机磷主要水质指标建立生态净化方案效果评估指标体系，然 后采用比率标度法计算得出各水质因子的权重系数，最后通过层次分析法综合评估得到最 优生态净化方案。
层次分析法是指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标 或准则，进而分解为多指标的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序(权 数)和总排序，以作为目标(多指标)、多方案优化决策的系统方法。比率标度法主要用 于人们估计事物的质量区别，一般可以用5种判别很好地表示出来，当需要更高的精度时， 还可以在相临判别之间做出比较，从而形成9种判别，用数量表示就是9个标度。
根据比率标度法，得到各种指标的成对比较判断优选矩阵，计算得到初始权重系数， 然后归一化权重系数。将归一化权重系数代入综合评价公式Ai=W1R1+W2R2+…+WmRm(i=1，2......24，m=1，2......)，得到各方案污染物去除效果的综合评价指数值。其中：Ai为第i个方案污染物去除效果综合评价指数值，m为水质因子个数，R为子各水质因子去 除率，W为各水质因子权重系数。
3.本发明的有益效果
通过本发明的运用，能在多种生态净化技术的众多组合方案中得到效果最优方案，有效 解决生态净化方案优化选择的问题，提供环境管理部门决策参考，避免效果不佳或不能达到 预期目标的设计方案得以实施，节约人力、物力、财力，使社会、经济、环境效益最大化。