[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

说明书

技术领域

本发明涉及污染河流水质改善方案的优化选择方法，具体地说是一种利用水质模型模拟方法对水质改善方案进行优化选择的方法。

背景技术

污水处理技术根据处理原理的不同，分为物理方法、化学方法和生态方法三大类。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，处理效果明显，但往往治标不治本；化学方法虽然操作简单，用量少，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。

生态处理方法是国内外近年来发展很快的一种新技术，它利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化，具有处理效果好、工程造价相对较低、能耗低、运行成本低廉的优点。生态处理法主要包括投加菌种法、曝气复氧法、生物膜法、水生植物净化法、人工湿地技术、生态浮床。

20世纪末，国内外学者开始研究污水处理技术的综合评价，其方法主要包括：灰色系统评价、层次分析法评价、效益评价指数模型评价、模糊综合评价及多种方法耦合应用。近几年，国外学者就生态环境问题进行了多方面、多角度、全方位、定量化的评价研究。学者一般从经济、社会、环境三个方面选择具有代表性的多项综合评估指标，根据层次分析法确定各项指标的权重，再采用灰色评估法建立了城市污水处理工程综合评估模型。国内针对污水处理效果的综合评价和应用大多是采用层次分析法和模糊综合评价，而且均是针对污水处理工程实施后的效果评价，忽略了污水处理工程实施前的优选评估，在环境管理实践中缺乏实用性与前瞻性。

目前的水处理效果评价方法主要是针对单项技术或者某项方案处理效果的评价，或者多种技术处理效果的比较，忽略了污水处理工程实施前的优选评估，而且对于多种技术不同排列组合方案的优选评估方法目前尚未有报道。因此，亟需发明出实用有效的多种技术不同组合方案的定量优选评估方法，为河流水质改善技术组合方案的优选评估提供依据。

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，QUAL2K模型能够较全面的反映污水中氮、磷、藻类、微生物的迁移转化，用于模拟低污染水的水动力水质变化过程是准确可靠的。因此，本发明采用QUAL2K模型，对河流水质改善方案进行模拟优选，为环境管理部门水污染治理方案的选择提供一种新的方法。

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水质模型优化选择河流水质改善方案的方法。采用水质模型模拟多种水处理技术排列组合的各种水质改善方案，通过层析分析法综合评价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水质改善方案优化选择的问题。

2.技术方案

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。通过本发明的运用，可以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。

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。