水环境保护课程设计报告

水环境保护

课程设计报告书

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年 月 日

马 鞍 山·河海大学文天学院

目 录

1.设计背景及其要求·····················································3 2.污染源评价·····························································6

2．1 评价过程·····················································6 2．2 评价结论·····················································7

3.水环境现状评价························································7

3．1 单因子评价法·················································7 3．1．1 计算方法··························································7 3．1．2 评价过程··························································7 3．1．3 评价结论·························································10 3．2 模糊综合评价法··············································10 3．2．1 计算步骤·························································10 3．2．2 评价过程·························································10 3．1．3 评价结论·························································13

4.水环境影响评价·······················································13

4．1 计算方法····················································13 4．2 计算结果····················································13 4．3 水质指标沿程变化图··········································16 4．4 评价结论及预期环保目标······································17

5.水环境保护对策与建议···············································17

5．1 区域现状及其未来规划········································17 5．2 保护对策及建议··············································18

1、设计背景及其要求

某地拟建一个化工厂，生产几种化工产品，其地理位置见下图。

图1 化工厂位置示意图

经过工程分析，取得如下资料： 1、 废水污染源

全厂共有三股废水，分别是含酚废水、含氰废水、酸碱废水，每股废水的水质、水量如下表1所示，废水通过工厂的废水排放管排入连河。 2、 生活污水污染源

市区4万人排放的生活污水直接进入连河，其水量、水质情况如表2所示：

3、 水环境现状

（1） 河流名称为连河，全长40km，多年来市环境监测站对河流进行了丰枯季水质监

测，其中，不利的枯水期水质情况如表3所示，水温10 C。

（2） 河流断面面积、流量、各断面特征值如表4所示。

4、 其它情况

（1） 城市周围是农田和树林，在拟建化工厂位置上是农田，这一带没有道路通向市

区，没有输电线和地下管线。

（2） 靠着拟建工厂的河边有很多芦苇，附近有不少小鱼塘，河内有各种常见家鱼、

水生植物和浮游生物。

（3） 化工厂建成后拟建一条公路通向城市区，工厂职工500人，随着化工厂的建设，

附近将有不少配套工厂建设起来。

（4） 在连河V断面处设置取水口，供应鱼塘养殖用水。 5、 评价标准

地表水环境质量执行《地面水环境质量标准》（GB3838-2002）（见附表），单因子评价执行三级标准；化工厂排放废水和城市生活污水执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的一级标准（见表5）。

表5 主要污染物排放标准（GB8978-1996）

6、 环境目标

连河水质在V断面处达到渔业用水要求，满足地面水环境质量标准的III类标准。

7、课程设计内容

（1） 污染源评价

三股工业废水和城市生活污水

确定主要污染源、主要污染物排序（DO和pH不考虑），列表计算，并画图表示。 （2） 水环境质量现状评价 采用两种方法进行评价：

1）单因子评价法：确定主要污染物和主要污染断面排序，列表计算，并画图表示。 2）模糊综合评价法（不做PH）

确定每一个评价因子的隶属函数和隶属度； 确定权重向量；

综合评价：对第IV断面和第V断面进行模糊综合评价，采用模型1和模型2，并进行比较。

（3）水环境影响评价

1） 以两个断面间参数的平均值代替两个断面间任一点的参数的数值。 2） I断面各污染物的浓度作为起始断面的污染物浓度。 3） 数学模型：

采用合适的数学模型，计算BOD浓度、DO浓度、氧亏、COD、挥发酚、氨氮、氰浓度沿程变化情况，编程计算，并列表、画图表示。

每一个评价因子浓度沿程变化曲线。（7个） （4）评价结论

1）污染源评价结论 2）水环境质量现状评价结论

3)水环境影响评价结论

4） 化工厂能否建设，是否满足环境保护目标？ 5） 水环境保护对策与建议

2．污染源评价

2．2 评价结论

主要污染源是化工厂，主要污染物是COD和BOD5（累计污染负荷比等于80％左右）。

3．水环境现状评价

3．1 单因子评价法 3．1．1 计算方法

Dof-Doi

IDO=D

Dof-Dos ；Doi≥Dos IDO=10-9oi；Doi〈Dos

Dos

PH≤7.0 IPH=

PHi-7.07.0-PHi

PH下=6.0；PH〉7.0 IPH= PH上=9.0

PH上-7.07.0-PH下

Ii=

Ci

;Ci为第i种评价因子在环境中的观测值，Si为第i种评价因子的评价标Si

准；

3．1．2 评价过程

3．1．3 评价结论

由于单因子评价执行三级标准，则所有评价因子的实测值都是与三级标准数值进行比较的。若I≤1，则表示评价因子满足三级标准，若I〉1，则表示评价因子不满足三级标准。由表格中数据可以看出，断面Ⅰ、断面Ⅱ和断面Ⅴ的单因子评价指数均小于1，即满足三级水质标准；断面Ⅲ和断面Ⅳ均有大于1和小于1的评价因子，但是断面Ⅲ的单因子评价指数和大于7，则可判断其不满足三级水质标准，断面Ⅳ的单因子评价指数和虽小于7，但其大于1的评价因子均是主要污染物，故也不满足三级水质标准。

3．2 模糊综合评价法 3．2．1 计算步骤

（1）建立评价因素集合及评语集合 （2）建立单因素评价矩阵R

（3）用层次分析法确定各因素的权重 （4）模糊层次综合评价 3．2．2 评价过程

（1）建立评价因子集合及等级集合 U={DO,BOD,COD,氰，挥发酚，氨氮} V={Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，Ⅴ级（2）建立单因子评价矩阵R

⎡⎢R11⎤⎡0.3330.667

00⎤

⎢R1⎥⎢21000⎥测点1单因素评价矩阵R1，即R1

=⎢⎥⎢0⎢R13⎥⎢01000⎥⎥

⎢R1⎥⎥=⎢

4⎢0.7780.222000⎥

⎢⎥R1⎢5⎥⎢00.3330.66700⎥

⎢⎣

R1⎥⎥⎢6⎦⎢⎣0.7140.286000⎥

⎥⎦

⎡⎢R21⎤⎡0.6670.33300⎤

⎢R⎥⎢

220.30.700⎥2⎥测点2单因素评价矩阵R2，即R2

=⎢⎥⎢0

⎢R3⎢00.40.600⎥⎥

⎢R2⎥=⎢

4⎥⎢0.8890.111

000⎥ ⎢⎥⎢R25⎥⎢00⎥

⎢⎣R⎢

00.6670.3332⎥6⎥⎦⎣⎢00.20.800⎥⎥⎦

⎡⎢R31⎤⎡00

10

0⎤

⎢R3⎥⎢

2⎥⎢00.60.400⎥3R3

=⎢⎢R3⎥⎢000.20.80⎥⎥

⎢R3⎥=⎢

4⎥⎢00.10.900⎥

⎢⎥0.20.80⎥

测点3单因素评价矩阵R3

，即⎢R35⎥⎢R⎥⎢00⎣3⎢6⎥⎦⎣⎢

000.40.60⎥

⎥⎦

}

⎡R14⎤⎡00⎢4⎥⎢

⎢R2⎥⎢00⎢R34⎥⎢0044

测点4单因素评价矩阵R，即R=⎢4⎥=⎢

⎢R4⎥⎢01⎢R4⎥⎢00⎢54⎥⎢⎢R6⎦⎥⎢⎣00.4⎣0.50.50⎤

0.50.50⎥⎥0.90.10⎥

⎥

000⎥100⎥

⎥

0.600⎥⎦

00⎤

00⎥⎥00⎥

⎥ 00⎥00⎥

⎥00⎥⎦

⎡R15⎤⎡00.50.5

⎢5⎥⎢

0.70.3⎢R2⎥⎢0

5⎥⎢R3⎢00.40.655

测点5单因素评价矩阵R，即R=⎢5⎥=⎢

0⎢R4⎥⎢0.8670.133

⎢R5⎥⎢00.6670.333⎢5⎥⎢5

0.60.4R⎢⎥⎣0⎣6⎦⎢

（3）用层次分析法确定各因素的权重

① 确定评价因素集 U={DO，BOD，COD，氰，挥发酚，氨氮} ② 两两比较构造判断矩阵A

⎡1⎢1/3⎢⎢1/3A=⎢

⎢6⎢5⎢⎢⎣4

331/61/51/4⎤

111/91/81/6⎥⎥111/91/81/6⎥

⎥

99134⎥881/312⎥

⎥

661/41/21⎥⎦

③ 计算重要性顺序

求得判断矩阵A的最大特征根对应的特征向量W，W=（W1，W2，…，Wn)T

∏aij

j=1n

Wi=

即为所求的各指标的权重。其中：

∑

i=1

n

∏aij

j=1

n

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W={0.068，0.032，0.032，0.444，0.256，0.169}

④ 一致性检验

计算判断矩阵A的最大特征根λmax。

λ=1n(AW)i

maxn∑

i=1Wi

AW=（0.425，0.195，0.195，2.866，1.589，1.060）T

λmax=6.256;CI=0.0512

查表n=6得,RI=1.24,则 CR=CI/RI=0.04

⎡⎢r11r12 r15⎤B=WR=(W ,Wr

r22 r⎥251,W2,n)⎢21

⎢⎥⎢ ⎥

=(b1,b2, ,b5

) 得测点1的

⎣rn1

rn2

r⎥n5⎦

综合评价结果为

⎡⎢0.3330.667

⎢010B1

，0.032,0.032,0.444,0.256,0.169)⎢⎢

0101=WR=(0.068⎢0.7780.2220⎢⎢00.3330.667⎢⎣0.714

0.286

=(0.489，0.341，0.170，0，0)

b*=max{b1，b2，b3，b4，b5}=b1 据此判断连河测点1的水质为Ⅰ级，即清洁。同理 B2=(0.440，0.298，0.262，0，0)，b*=max{b1，b2，b3，b4，b5}=b1 测点2水质为Ⅰ级，即清洁。

B3=(0，0.063，0.605，0.331，0)，b*=max{b1，b2，b3，b4，b5}=b3 测点3水质为Ⅲ级，即轻污染。

B4=(0，0.511

，0.436，0.053，0)，b*=max{b1，b2，b3，b4，b5}=b2 测点4水质为Ⅱ级，即清洁。

B5=(0.385

，0.400，0.215，0，0)，b*=max{b1，b2，b3，b4，b5}=b2 测点5水质为Ⅱ级，即清洁。

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000

00000000

0⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦

3．2．3 评价结论

对第Ⅳ断面和第Ⅴ断面进行模糊综合评价，可知，第Ⅳ断面和第Ⅴ断面水质均为Ⅱ级，即清洁。用单因子评价法评价得出断面Ⅳ不满足Ⅲ级水质，断面Ⅴ满足Ⅲ级水质，均为轻污染。两种模型得出不同的结论，使用模糊综合评价法得到的水质类别要优于单因子指数评价法得到的水质类别，这主要是两种评价方法出发点、评价原理不同造成的。单因子指数评价法，实际上只考虑了最突出的因子即污染状况最严重的评价因子对整个评价结果的影响，充分显示超标最严重的评价因子对整个评价结果的决定性作用，其他因子的作用被弱化，适用于个别评价参数超标过大，严重影响水环境质量的情况，评价出发点是为了体现单因子否决权。而模糊综合评价法则充分考虑了每个因子对综合评价结果的贡献，并把贡献按权重进行分配，其评价结果是各个参评指标综合作用的产物，主要适用于各个评价因子超标情况接近，即不存在单因子否决的情况，评价出发点是为了体现不同评价因子对水质的综合影响。单因子指数评价法采用某一项污染项目超标就断定整个水体超标的一票否决制，具有一定的片面性，但计算简单、方便，安全性高。模糊综合评价法避免了单因子指数评价的片面性，但计算复杂，不易操作，不能确定主要污染因子，有可能掩盖有毒有机物、重金属等对人体健康和生态环境威胁较大的污染物的影响。

4．水环境影响评价

4．1 计算方法

（1）以两个断面间参数的平均值代替两个断面间任一点的参数的数值。 （2）对BOD5、DO、D采用S-P模型公式L=L0e

-k1

xu

，

KL⎡⎛Kx⎫⎛Kx⎫⎛Kx⎫⎤

O=Os-(Os-O0)exp -2⎪+10⎢exp -1⎪-exp -2⎪⎥，D=Os-O，

⎝u⎭K1-K2⎣⎝u⎭⎝u⎭⎦Os=O0+D=7.6 计算浓度沿程变化情况，对COD、氰、氨氮、挥发酚采用一维稳态模型公式L=L0e

-kx

u

计算浓度沿程变化情况。

（3）对于断面Ⅱ和断面Ⅳ有废水排入连河，要计算废水进入河流完全混合后的浓度，用公式C=

Q1C1+Q废C废

。

Q1+Q废

4．2 计算结果

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（2）计算BOD浓度、DO浓度、氧亏、COD、挥发酚、氨氮、氰浓度沿程变化情

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4．3 水质指标沿程变化图

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4．4 评价结论及预期环保目标

化工厂排入的废水对连河的水质有很大影响，尤其是挥发酚的排入，使在断面Ⅴ处挥发酚未能达到Ⅲ级水质标准，虽然其他评价因子均达到Ⅲ级水质标准，但是化工厂废水与生活污水的排放对连河水质的影响不容忽视。综合各评价因子可得连河水质在Ⅴ断面处满足地面水环境质量标准的Ⅲ类标准，可以达到预期的环保目标。

5．水环境保护对策与建议

5．1 区域现状及其未来规划

（1） 城市周围是农田和树林，在拟建化工厂位置上是农田，这一带没有道

路通向市区，没有输电线和地下管线。

（2） 靠着拟建工厂的河边有很多芦苇，附近有不少小鱼塘，河内有各种常

见家鱼、水生植物和浮游生物。

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（3） 化工厂建成后拟建一条公路通向城市区，工厂职工500人，随着化工厂的建设，附近将有不少配套工厂建设起来。

（4） 在连河V断面处设置取水口，供应鱼塘养殖用水。 5．2 保护对策及建议

（1）由于在拟建化工厂的位置上是农田，化工厂在将废水排放前，要先进行废水处理，最好是建立一个完整的水处理工程，否则会使农田土壤受到污染。 （2）利用河边的芦苇，鱼塘等建立人工湿地，使其对污水有一定的容纳降解的作用，最终达到使河内常见家鱼、水生植物和浮游生物等能够正常生活的标准。 （3）现在这一带没有道路通向市区，也没有输电线和地下管线，但化工厂建成后拟建一条公路通向城市区，工厂职工500人，这会使这一带的空气污染加重，由于降雨亦会影响水环境质量，故要在道路两旁多植树造林，减少污染。 （4）将来的配套工厂建设都要建立废水处理工程，并且要预先计算并实践后合理排放废水，以使连河Ⅴ断面处的水质满足Ⅲ类水的要求。

（5）在连河Ⅴ断面处也要设置一个人工湿地，将可能超标的挥发酚等有害物质降解后，再引入鱼塘。

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