[发明专利]一种利用水质模型模拟优选水质改善方案的方法

权利要求书

1.一种利用水质模型模拟优选水质改善方案的方法，其步骤为：(1)应用QUAL2K模型模拟河流水动力与水质，对模型参数进行校准与验证；(2)在河流岸边采用挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳三种水处理技术分别处理河水；(3)通过水处理现场实验数据，计算得出挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳三种水处理技术的降解系数；(4)由挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳三种技术排列组合为六种水质改善方案，采用现场实验得到的降解系数，通过QUAL2K模型模拟六种不同的水处理技术组合方案；(5)计算各种方案末端出水的负荷削减率，采用层次分析法综合评价选取最优组合方案。

2.根据权利要求1所述的一种利用水质模型模拟优选水质改善方案的方法，其特征在于将水处理技术现场实验得到的降解系数输入水质模型，采用QUAL2K模型模拟水质改善方案。

3.根据权利要求1所述的一种利用水质模型模拟优选水质改善方案的方法，其特征在于沉水植物沉床、挺水植物浮床、生物绳三种水处理技术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所述的一种利用水质模型模拟优选水质改善方案的方法，其特征在于通过水质模型模拟方法对水质改善方案进行优化选择。

5.根据权利要求1所述的一种利用水质模型模拟优选水质改善方案的方法，其特征在于通过该方法的运用，能在多种水处理技术的众多组合方案中优选出效果最优方案，有效解决水质改善方案优化选择的问题，为环境管理部门提供决策支持。

6.一种利用水质模型模拟优选水质改善方案的方法，其步骤为：(1)应用QUAL2K模型模拟河流水动力与水质，对模型参数进行校准与验证；(2)在河流岸边采用挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳三种水处理技术分别处理河水；(3)通过水处理现场实验数据，计算得出挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳三种水处理技术的降解系数；(4)由挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳三种技术排列组合为六种水质改善方案，采用现场实验得到的降解系数，通过QUAL2K模型模拟六种不同的水处理技术组合方案；(5)计算各种方案末端出水的负荷削减率，采用层次分析法综合评价选取最优组合方案；

上述步骤(1)-(5)具体优选步骤如下：

1)通过实地调查与资料收集，获取河流模拟所需的水动力水质数据，包括流量、流速、河宽、河深、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH₃-N)、硝氮(NO₃-N)、总氮(TN)、无机磷、总磷(TP)。应用QUAL2K模型对河流的水动力与水质进行模拟，并与实测数据进行对比分析，进行河流水质模型参数的校准与验证；

2)在河流岸边采用挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳三种水处理技术分别处理河水。实验装置采用有机玻璃水箱，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。挺水植物采用真空塑料水面浮床种植于有机玻璃水箱，沉水植物使用塑料筛固定于水箱中，生物绳横纵间隔一定距离悬挂并固定在水箱中。通过恒流泵控制实验装置中的水流流量，使流速与河流平均流速相同，采样后现场对每个技术单元进、出水水质进行监测；

3)通过水处理现场实验，得到3种技术对BOD、NH₃-N、NO₃-N、有机氮、有机磷、无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水处理技术对污水处理厂尾水中主要水质指标的降解系数，包括BOD氧化速率、氨氮硝化速率、硝氮反消化速率、有机氮水解速率、有机磷水解速率、无机磷吸收速率。由于实验用水为河流现场取水，实验设计流速与河流流速一致，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流水处理技术模拟是合理可靠的；

一级动力学反应方程，即C＝C₀e^-Kt，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。由式可得降解系数K＝t^-1lnC₀/C。根据初始浓度与测定结果浓度比值的自然对数与时间(天)线性回归，得到降解方程，斜率为降解系数；

4)在不同河段设置不同技术的降解系数，代表模拟不同的水处理技术。将河流划分为3个河段，把各水处理技术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组合方案。挺水植物浮床、沉水植物沉床、生物绳可排列组合为6种水质改善方案。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6种水质改善方案分别在河流中的实施；

QUAL2K模型是美国环保局研发的QUAL系列水质模型的最新版本，是一个综合性、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。该模型可用于模拟流域枝状河网，它既可以用作为稳态模型，也可以用作为时变的动态模型。

5)由模拟结果计算得出各种方案对主要水质指标的负荷削减率，选取BOD、NH₃-N、NO₃-N、有机氮、有机磷、无机磷主要水质指标建立水质改善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价选取最优水质改善方案。