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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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

表1 化工厂排放工业废水情况表

废水名称 排放量（m 3/d ）

污染物名称 排放浓度（mg/L ）

含酚废水 500

挥发酚

30

氨氮

10 含氰废水

400

氰 0.6 酸碱废水

5000

DO

3.0 BOD 5 120 COD 250 pH

7.8

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

3.2km

3.2km

2.8km

30.8km

北

市区（人口：40000）

拟建化工厂 公路

废水

排放管

生活污水排放管

取水口

I

II

III

IV

V

连河

鱼塘

乡镇

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：

表2 生活污水排放情况表

污水名称排放量（m3/d）污染物名称排放浓度（mg/L）

生活污水6000 COD 200 BOD580 DO 4.0

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。

表3 连河枯水期水质情况

断面

污染物浓度（mg/L）

DO BOD5COD 氰挥发酚氨氮pH

I 7.0 3.0 15 0.04 0.003 0.4 7

II 6.5 3.3 17 0.045 0.004 0.6 7

III 5.0 3.6 22 0.055 0.006 1.2 6.8

IV 4.0 5.0 29 0.050 0.005 0.7 7.8

V 5.5 3.7 17 0.044 0.004 0.8 7.5

（2）河流断面面积、流量、各断面特征值如表4所示。

表4 连河各断面特征值表

断面号断面面

积(m2)

流量

(m3/s)

旁侧

入流

距离

(km)

BOD5

耗氧系

数k1

（d-1）

复氧

系数k2

(d-1)

COD降

解系数

(d-1)

酚降解

系数

(d-1)

氨氮降

解系数

(d-1)

氰降解

系数

(d-1)

I 19.5 3.8 0 0

0.95 3.89 0.15

0.021

0.1

0.03

II 19.5 3.8

拟建

化工厂

废水

3.2 3.17 0.15 0.1

III 37.2 3.868 0 6.4 2.30 0.15 0.1

IV 37.2 3.868 生活

污水9.2 5.69

0.17 0.1

V 37.2 3.937 0 40 4.02 0.19 0.2

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）

序号 污染物名称 标准限值（mg/l ）

标准来源

1 化学需氧量（COD ） 100 GB8978-1996

2 五日生化需氧量（BOD 5）

30 3 挥发酚 0.5 4 氨氮 15 5

氰化物

0.5

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

2．1 评价过程

Pij Pj化工厂Pj生活污

水

∑Ki Pi Ki

P挥发酚328.5 0 328.5 0.08903291 COD

0.546563

158

P氨氮 1.216666667 0 1.216666667 0.00032975 BOD5 0.364045 687

P氰0.10512 0 0.10512 0.00002849 挥发酚0.089032 913

PBOD5 876 467.2 1343.2 0.36404569 氨氮0.000329 752

PCOD 1140.625 876 2016.625 0.54656316 氰2.84905E -05

∑2346.44679 1343.2 3689.646787 化工厂0.635954 313

K化工厂0.635954313

K生活污

水

0.364045687 生活污水

0.364045

687

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

以下是单因子评价执行三级标准的数值及已知条件

Dof(mg/L) 11.25 T(℃) 10

挥发酚

(mg/L) 0.005 Dos(mg/L) 5 BOD5(

mg/L)

4 氨氮(mg/L)

1 PH 上 9 COD(m

g/L) 20

PH 下 6 氰

(mg/L)

0.1

单因子评价指数的计算过程：

os of oi

of DO D D D D I --= ；os oi D D ≥ os

oi DO D D

I 9-10=；os oi D D ? 0.7≤PH 下

PH PHi

I PH --=

0.70.7 0.6=下PH ；0.7?PH 0.70.7--=上PH PH I i PH 0.9=上PH

i

i

i S C I =

;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准；

3．1．2 评价过程

用以上这些公式可计算得下表：

断面

单因子评价指数

断面污染和 DO

BOD5

COD

氰

挥发酚 氨氮

pH

∑

I 0.68 0.75 0.75 0.4 0.6 0.4 0 3.58 II 0.76 0.825 0.85 0.45 0.8 0.6 0 4.285 III 1 0.9 1.1 0.55 1.2 1.2 0.2 6.15 IV 2.8 1.25 1.45 0.5 1 0.7 0.4 8.1 V 0.92 0.925 0.85 0.44 0.8

0.8 0.25 4.985

对每个断面评价因子的单因子评价指数排序和对污染断面排序得下表： 断面 I 断面 II 断面 III 断面 IV 断面 V BOD 5 0.75 COD 0.85 挥发酚 1.2 DO 2.8 BOD

5

0.925

COD 0.75 BOD

5

0.825 氨氮 1.2 COD 1.45 DO 0.92

DO 0.68 挥发

酚

0.8 COD 1.1

BOD

5

1.25

COD 0.85

挥发

酚

0.6 DO 0.76 DO 1

挥发

酚

1

挥发

酚

0.8 氰0.4 氨氮0.6

BOD

5

0.9 氨氮0.7 氨氮0.8 氨氮0.4 氰0.45 氰0.55 氰0.5 氰0.44 pH 0 pH 0 pH 0.2 pH 0.4 pH 0.25

断面

单因子评价指

数和

IV 8.1

III 6.15

V 4.985

II 4.285

I 3.58

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1≤I ，则表示评价因子满足三级标准，若1?I ，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

测点1单因素评价矩阵1R ，即??

?

???

???

?

?????

?????=???????????????????

?=000286.0714.000667.0333.00000222.0778.00001000010000

667

.0333.01615141312111

R R R R R R R

测点2单因素评价矩阵2R ，即???

???

???

?

??

???

???

??=????????????????????=008.02.0000333.0667.00000111

.0889.0006.04.00007.03.00

000

333.0667.02625242322212

R R R R R R R 测点3单因素评价矩阵3

R ，即??

?

??

?

????

?

????

???

??=????????????????????=06.04.00008.02.000009.01.0008.02.000004.06.0000

10

03635343332313

R R R R R R R

测点4单因素评价矩阵4R ，即??

?

???

???

?

?????

???

??=????????????????????=006.04.00001000001001.09.00005.05.00005.05.0004645444342414

R R R R R R R

测点5单因素评价矩阵5R ，即???

???

???

?

?

????

???

??=????????????????????=004.06.0000333.0667.00000133

.0867.0006.04.00003.07.00

005

.05.005

655545352515

R R R R R R R （3）用层次分析法确定各因素的权重

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

??

?

???

???

?

?????

?????=12/14/1664

213/188********/18/19/1113/16/18/19/1113/14/15/16/1331A

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

即为所求的各指标的权重。其中：

∑

===∏∏=

n

i n

ij n

j ij

n

j i a a W 1

1

n

1

接上表矩阵A 进行连乘计算，再求开6次方，求和后，即可求得Wi

连乘 求开方 Wi 0.075 0.649396899 0.067921169

0.000771605 0.302853432 0.031675789 0.000771605 0.302853432 0.031675789 5832 4.242640687 0.443742669 213.3333333 2.444423517 0.255665067 18

1.618870407

0.169319518

∑ 9.561038374

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 。

∑

==n i i i

W AW n 1max )(1λ

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<0.1 所以，判断矩阵A 具有满意一致性。 （4）模糊层次综合评价 综合评价各测点，由式

()()5

2152

1

252221

15121121,,,,,,b b b r r r r r r

r r r W W W WR B n n n n =??

???

???????== 得测点1的

综合评价结果为

()()

00170.0341.0489.000

286

.0714

.000667.0333.00000222.0778.00001000

010000

667

.0333.0169.0,256.0,444.0,032.0,032.0068.01

1，，，，，=?????????

??????

?????==WR B {}154321*max b b b b b b b ==，，，， 据此判断连河测点1的水质为Ⅰ级，即清洁。 同理 (){}154321*2max 00262.0298.0440.0b b b b b b b B ===，，，，，，，，， 测点2水质为Ⅰ级，即清洁。

(){}354321*3max 0331.0605.0063.00b b b b b b b B ===，，，，，，，，， 测点3水质为Ⅲ级，即轻污染。

(){}254321*4max 0053.0436.0511

.00b b b b b b b B ===，，，，，，，，， 测点4水质为Ⅱ级，即清洁。

(){}254321*5max 00215.0400.0385

.0b b b b b b b B ===，，，，，，，，， 测点5水质为Ⅱ级，即清洁。

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u

x k e

L L 1

0-=，

()???

?????? ??--??? ??--+??? ??---=u x K u x K K K L K u x K O O O O s s 21210120exp exp exp ，O O D s -=，

6.70=+=D O O s 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u

x

k e

L L -=0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，用公式废

废

废Q Q C Q C Q C ++=

111。

4．2 计算结果

（1）计算两断面间参数的平均值 断面号 断面面积(m2) 平均面积（㎡） 流量(m3/s) 平均流

量（m 3/s) 平均流速（m/s ) 复氧系数k2(d-1) COD 降解系数(d-1) 氨氮降解系数(d-1) I 19.5

3.8

3.89

0.1

5

0.1

II 19.5 19.5 3.8 3.8

0.194

87179

5

3.17

3.53 0.1

5

0.1

5 0.1

0.1

II I 37.2 28.35

3.86

8

3.834

0.135

23809

5

2.3

2.73

5

0.1

5

0.1

5 0.1

0.1

IV 37.2 37.2 3.86

8

3.868

0.103

97849

5

5.69

3.99

5

0.1

7

0.1

6 0.1

0.1

V 37.2 37.2 3.93

7

3.9025

0.104

90591

4

4.02

4.85

5

0.1

9

0.1

8 0.2

0.1

5

（2）计算BOD浓度、DO浓度、氧亏、COD、挥发酚、氨氮、氰浓度沿程变化情况，计算结果见下表。

x km BOD5

mg/L

Do mg/L D mg/L COD mg/L 氰 mg/L

氨氮

mg/L

挥发酚

mg/L

0 3 7 0.6 15 0.04 0.4 0.003

1 2.83541

6

6.96515

4

0.6348

46

14.86695

9

0.03992

9

0.397631 0.002996

2 2.67986

1

6.94503

5

0.6549

65

14.73509

7

0.03985

8

0.395277 0.002993

3 2.53284

1

6.93641

4

0.6635

86

14.60440

5

0.03978

7

0.392936 0.002989

3.2 2.50441

9

6.93583

1

0.6641

69

14.57840

7

0.03977

3

0.392469 0.002988

3.2

4.26692

3

6.87679

1

0.7232

09

18.10987

2

0.04045

4

0.407079 0.048601

4 3.99822

3

6.75549

8

0.8445

02

17.92483

6

0.04037

1

0.404301 0.048531

5 3.68601

6

6.65382

1

0.9461

79

17.69619

8

0.04026

8

0.400856 0.048444

6 3.39818

8

6.59506

5

1.0049

35

17.47047

6

0.04016

5

0.397440 0.048357

6.4 3.28945

2

6.58111

1.0188

90

17.38099

5

0.04012

3

0.396081 0.048322

7 3.08722

6

6.64247

4

0.9575

26

17.19625

1

0.04004

3

0.393445 0.048255

8 2.77743

1

6.73709

9

0.8629

01

16.89269

8

0.03990

9

0.389090 0.048142

9 2.49872

3

6.82275

2

0.7772

48

16.59450

3

0.03977

6

0.384783 0.048030

9.2 2.44643

1

6.83886

9

0.7611

31

16.53549

9

0.03975

0.383927 0.048007

9.2 3.81423

9

6.78880

0.8112

00

19.77125

0.03904

9

0.377156 0.047161

10 3.50745

8

6.82275

3

0.7772

47

19.45962

1

0.03894

6

0.372195 0.047073

11 3.15844

5

6.87612

6

0.7238

74

19.07698

3

0.03881

7

0.366086 0.046964

12 2.84416

1

6.93412

7

0.6658

73

18.70186

9

0.03868

9

0.360078 0.046856

13 2.56115

6.99217

5

0.6078

25

18.33413

1

0.03856

1

0.354168 0.046747

14 2.30630

1

7.04785

2

0.5521

48

17.97362

4

0.03843

3

0.348355 0.046639

15 2.07681

7.09998

1

0.5000

19

17.62020

6

0.03830

6

0.342637 0.046531

16 1.87015

5

7.14809

0.4519

10

17.27373

6

0.03818

0.337014 0.046423

17 1.68406

3

7.19209

4

0.4079

06

16.93408

0.03805

4

0.331482 0.046316

18 1.51648

9

7.23211

9

0.3678

81

16.60110

2

0.03792

8

0.326042 0.046209

19 1.36558

9

7.26839

5

0.3316

05

16.27467

2

0.03780

3

0.320690 0.046102

20 1.22970

5

7.30119

9

0.2988

01

15.95466

0.03767

8

0.315427 0.045995

21 1.10734

2

7.33081

8

0.2691

82

15.64094

1

0.03755

3

0.310250 0.045889

22 0.99715

5

7.35753

7

0.2424

63

15.33339

0.03742

9

0.305157 0.045782

23 0.89793

2

7.38162

5

0.2183

75

15.03188

7

0.03730

5

0.300149 0.045676

24 0.80858

3

7.40333

2

0.1966

68

14.73631

3

0.03718

2

0.295223 0.045571

25 0.72812

4

7.42288

8

0.1771

12

14.44655

0.03705

9

0.290377 0.045465

26 0.65567

1

7.44050

4

0.1594

96

14.16248

5

0.03693

7

0.285611 0.045360

27 0.59042

8

7.45637

0.1436

30

13.88400

6

0.03681

5

0.280923 0.045255

28 0.53167

7

7.47066

0.1293

40

13.61100

2

0.03669

3

0.276313 0.045150

29 0.47877

2

7.48352

8

0.1164

72

13.34336

7

0.03657

2

0.271777 0.045046

30 0.43113

1

7.49511

7

0.1048

83

13.08099

4

0.03645

1

0.267317 0.044942

31 0.38823

1

7.50555

3

0.0944

47

12.82378

0.03633

0.262929 0.044838

32 0.34960

7.51495

1

0.0850

49

12.57162

4

0.03621

0.258614 0.044734

33 0.31481

2

7.52341

3

0.0765

87

12.32442

6

0.03609

1

0.254369 0.044630

34 0.28348

7

7.53103

4

0.0689

66

12.08208

8

0.03597

2

0.250194 0.044527

35 0.25527

8

7.53789

7

0.0621

03

11.84451

6

0.03585

3

0.246088 0.044424

36 0.22987

6

7.54407

6

0.0559

24

11.61161

5

0.03573

4

0.242049 0.044321

37 0.20700

2

7.54964

1

0.0503

59

11.38329

4

0.03561

6

0.238076 0.044219

38 0.18640

4

7.55465

2

0.0453

48

11.15946

3

0.03549

8

0.234168 0.044116

39 0.16785

6

7.55916

4

0.0408

36

10.94003

2

0.03538

1

0.230325 0.044014

40 0.15115

3

7.56322

8

0.0367

72

10.72491

6

0.03526

4

0.226545 0.043912

4．3 水质指标沿程变化图

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。

（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。