水环境保护课程设计报告

Matlab课程设计学院：城市建设学院专业：环境工程学生：学号：指导老师：朱长军2023年12月目录1．设计背景及规定………22．污染源评价……………82．1评价过程………82．2评价结论………10水环境现状评价 ………103．1单因子评价法…………………103．1．1计算方法…………………103．1．2评价过程和结果…………113．2模糊综合评价法………………143．2．1计算方法与环节…………143．2．2评价过程和结论…………15 4．水环境影响评价………184．1计算方法………18 4．2计算结果………19 4．3水质指标沿程变化图 …………204．4评价结论………235．水环境保护对策与建议…………………23 5．1区域未来规划……………………23 5.2保护对策与建议…………………236.心得体会…………………241．设计背景及规定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。3.2km3.2km3.2km2.8km30.8km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IIIIIIIVV连河鱼塘乡镇图1化工厂位置示意图通过工程分析，取得如下资料：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（m3/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5000DO3.0BOD5120COD250pH7.8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。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：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6000COD200BOD580DO4.0水环境现状河流名称为连河，全长40km，数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10C。表3连河枯水期水质情况断面污染物浓度（mg/L）DOBOD5COD氰挥发酚氨氮pHI7.03.0150.040.0030.47II6.53.3170.0450.0040.67III5.03.6220.0550.0061.26.8IV4.05.0290.0500.0050.77.8V5.53.7170.0440.0040.87.5河流断面面积、流量、各断面特性值如表4所示。表4连河各断面特性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)I19.53.8000.953.890.150.0210.10.03II19.53.8拟建化工厂废水3.23.170.150.1III37.23.86806.42.300.150.1IV37.23.868生活污水9.25.690.170.1V37.23.9370404.020.190.2其它情况(1)城市周边是农田和树林，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断面处设立取水口，供应鱼塘养殖用水。评价标准地表水环境质量执行《地面水环境质量标准》（GB3838-2023）（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重要污染物排放标准（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）100GB8978-19962五日生化需氧量（BOD5）303挥发酚0.54氨氮155氰化物0.5环境目的连河水质在V断面处达成渔业用水规定，满足地面水环境质量标准的III类标准。课程设计内容污染源评价三股工业废水和城市生活污水拟定重要污染源、重要污染物排序（DO和pH不考虑），列表计算，并画图表达。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：拟定重要污染物和重要污染断面排序，列表计算，并画图表达。2）模糊综合评价法（不做PH）表6水质分级标准项目级别IIIIIIIVV指标值（mg/L）DO7.56532BOD5234610COD1015203040氰0.0050.050.10.150.2挥发酚0.0010.0020.0050.010.1氨氮0.150.51.01.52.0拟定每一个评价因子的从属函数和从属度；拟定权重向量；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。水环境影响评价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。I断面各污染物的浓度作为起始断面的污染物浓度。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、画图表达。计算结果x/kmBOD5/mg/LDO/mg/LD/mg/LCOD/mg/L氰/mg/L氨氮/mg/L挥发酚/mg/L0370.6150.040.40.00312345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940作图每一个评价因子浓度沿程变化曲线。（7个）评价结论污染源评价结论水环境质量现状评价结论水环境影响评价结论化工厂能否建设，是否满足环境保护目的？水环境保护对策与建议2．污染源评价2．1评价过程 采用等标污染负荷法来进行污染源和污染物的评价。等标污染负荷法：指某种污染物的绝对排放量与排放标准的比值。表达式为：1）（1）式中：为某种污染物的等标负荷，t/a；为某种污染物的实测排放浓度，mg/L；为某种污染物的排放标准浓度，mg/L；为含某种污染物的介质排放量，t/a；为某污染源的等标负荷，t/a。2）污染源j（工厂）的等标污染负荷Pi，是其所有污染物的等标污染负荷之和。3）区域的等标污染负荷P为该区域（或流域）内所有污染源的等标污染负荷之和。4）整个评价范围内的多个污染源都具有第i种污染物，则该污染物在整个评价范围内的等标污染负荷等于区域内所有污染源对该污染物等标污染负荷之和。5）污染物i占工厂j的等标污染负荷比Kij6）污染源j占区域（或流域）的等标污染负荷比Kj。7）整个区域中，所有污染源排放的同一种污染物的等标污染负荷之和，占该区域内总的等标污染负荷之比，称为该污染物占这个评价范围的污染负荷比。记做Ki表1：化工厂排放工业废水污染计算表污染物名称Cimg/lCoimg/lCi/CoiQ0m3/dQit/dPit/dPi/Pn挥发酚300.5605000.0150.90.0890329氨氮10150.6675000.0050.003330.0003297氰化物0.60.51.24000.000240.000282.849E-05BOD512030450000.62.40.2374211COD2501002.550001.253.1250.3091420sum6.4286表2：生活污水排放污染计算表污染物名称Cimg/lCoimg/lCi/CoiQ0m3/dQit/dPit/dpi/pn挥发酚0000000氨氮0000000氰化物0000000BOD580302.666660000.481.280.126624COD200100260001.22.40.237421sum3.68Pn=6.4286+3.68=10.1086Pn(工业)=6.4286/10.1086=0.6360Pn(生活)=3.68/10.1086=0.3640由于Pn(工业)>Pn(生活)所以重要污染源化工厂排放的工业废水表3：区域污染物计算表污染物名称工业Pi/Pn生活pi/pnKi挥发酚0.08902300.089023氨氮0.0003297500.00032975氰化物2.8490E-0502.8490E-05BOD50.23742110.126624580.36404568COD0.309142050.23742110.54656315 表4：污染物排序表污染物名称KiCOD0.BOD50.挥发酚0.089023氨氮0.氰化物2.84905E-05图1：区域重要污染物柱状图评价结论在全区域中污染源有工业废水和生活污水两种，其中它们的等标污染负荷所占的比重分别是0.6360和0.3640。所以重要污染源为工业废水。在全区域中有挥发酚、氨氮、氰、BOD5和COD五种污染物。它们的等标污染负荷所占的比重分别为0.08903、0.00033、0.00002849、0.364046和0.546563。所以重要污染物从大到小排序为：COD、BOD5、挥发酚、氨氮、氰。3．水环境现状评价3．1单因子评价法3．1．1计算方法 采用环境质量标准绝对值为评价标准的评价指数，且执行《地表水环境质量标准》（GB3838—2023）的三级标准。（2）式中：为单因子评价指数，为某一污染物浓度的实测值，mg/L，为某一污染物浓度的标准值，mg/L。（2）式不能计算DO和PH的评价指数。对于计算DO评价指数时：（3）（4）式中：为实测溶解氧，mg/L，为标准溶解氧，mg/L，为饱和溶解氧，mg/L。为温度，。对于计算PH评价指数时：（5）式中：为实测，=6，=9。其中当>1时环境质量已不能满足评价标准的规定；=1时环境质量处在临界状态；<1时环境质量较评价标准的规定为好。越大则环境质量相对于评价标准偏离越大。3．1．2评价过程和结果由式（2）（3）（4）（5）式计算各断面各污染物的单因子评价指数。其中此处的=10，所以=11.25mg/L。表5：各断面各污染物的计算结果断面DOBOD5COD氰挥发酚氨氮pHI0.680.750.750.20.60.40II0.760.8250.850.2250.80.60III10.91.10.2751.21.20.2IV2.81.251.450.2510.70.4V0.920.9250.850.220.80.80.25 图2:断面I计算结果表图3:断面II计算结果表图4:断面III计算结果表图5：断面IV计算结果表图6:断面V计算结果表图7:各断面综合计算结果表1、由计算结果可得出各断面重要污染物的排序：断面I：BOD5（0.75）、COD（0.75）、DO（0.68）、挥发酚（0.6）、氨氮（0.4）、氰（0.2）、（0）断面II：COD（0.85）、BOD5（0.825）、挥发酚（0.8）、DO（0.7588）、氨氮（0.6）、氰（0.225）、（0）断面III：挥发酚（1.2）、氨氮（1.2）、COD（1.1）、DO（1）、BOD5（0.9）、氰（0.275）、（0.2）断面IV：DO（2.8）、COD（1.45）、BOD5（1.25）、挥发酚（1）、氨氮（0.7）、（0.4）、氰（0.25）断面V：BOD5（0.925）、DO（0.92）、COD（0.85）、挥发酚（0.8）、氨氮（0.8）、（0.25）、氰（0.22）2、重要污染断面排序:断面IV(7.85)、断面III（5.875）、断面V（4.765）、断面II（4.0588）、断面I（3.38）3．2模糊综合评价法 3．2．1计算方法与环节 1.建立评价因素（指标）集因素集，这是指评价指标的集合。2.建立（决策）评语集。评语集，这是指分级评语的集合。3.建立单因子评价矩阵其从属度数学表达式：（6）综合各指标的评价结果得单因素评价矩阵为：(7)4.用层次分析法拟定各因素（指标）的权重（1）拟定评价因素集。（2）两两比较构造判断矩阵。(8)表达指标与比较，比重要的限度。(3)计算总要性顺序：求得判断矩阵的最大特性根所相应的特性向量，即为所求的各指标的权重。其中(9)(4)一致性检查：计算判断矩阵的最大特性根。(10)其中，表达向量的第个元素。则判断矩阵的一致性检查指标CR为,其中,此处则。当时，一般认为判断矩阵满意一致性，说明拟定的各指标的权重是合理的，否则需对判断矩阵进行调整，直至具有满意的一致性。5.模糊层次综合评价(11)上述模糊合成采用模糊加权线性变换，即相乘相加法。表达式为(12)对所得结果进行归一化，使,取,即得相应的综合评价结果“”。3．2．2评价过程 和结论表4：连河枯水期水质情况断面污染物浓度（mg/L）DOBOD5COD氰挥发酚氨氮pHI7.03.0150.040.0030.47II6.53.3170.0450.0040.67III5.03.6220.0550.0061.26.8IV4.05.0290.0500.0050.77.8V5.53.7170.0440.0040.87.5根据附表可得表4中各指标水质质量标准值。单指标评价如下。1.根据各指标的特性。按Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级与地表水质量标准相相应，拟定各从属函数为线性函数。2.建立各水质指标相对的从属函数，将实测的各指标代入相应的从属函数单因素评判矩阵。计算结果如下：3.拟定各因素的权重。评价因素为。经两两比较判断矩阵，即计算判断矩阵的最大特性根所相应的特性向量即指标的权重。=0.15，=0.1，=0.1,=0.25,=0.2，=0.2。得到进行一致性检查，根据式（9）（10）计算；QUOTE，则所以，判断矩阵QUOTE具有满意一致性。4.综合评价各断面，由式（11）(12）得断面Ⅰ的综合评价结果为据此判断断面Ⅰ的水质为Ⅱ级。同理断面Ⅱ水质为Ⅲ级。断面Ⅲ水质为Ⅲ级。断面Ⅳ水质为Ⅲ级。断面Ⅱ水质为Ⅱ级。所以，判断矩阵具有满意一致性。相对于以上两种方法，断面Ⅳ和断面Ⅴ结果存在一定的差异。断面Ⅳ用单因子评价法时水质达不到Ⅲ级，但用模糊综合评价法时水质达成了Ⅲ级。断面Ⅴ用模糊综合评价法时水质达成了Ⅱ级，用单因子评价法时水质达成了Ⅲ级但是否达成Ⅱ级要进一步计算。总之用模糊综合评价法计算得到的水质要好于用单因子评价法得到的水质。4．水环境影响评价4．1计算方法表达式：(13)式中：为某物质的计算浓度，mg/L；为某物质的初始浓度，mg/L；为某物质的降解系数或耗氧系数，；为流速，Km/；为则点相对于初始断面的距离，Km。(14)(15)式中：QUOTE为氧亏量，mg/L；QUOTE为初始氧亏量，mg/L；QUOTE分别为耗氧系数和复氧系数，QUOTE；QUOTE为水体初始溶解氧，mg/L；QUOTE为溶解氧，mg/L；QUOTE为饱和溶解氧，mg/L。QUOTE同上。其中、COD、氰、氨氮、挥发酚沿程变法用式（13），DO、D用式（14）(15)4．2计算结果表5：连河各断面特性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)I19.53.8000.953.890.150.0210.10.03II19.53.8拟建化工厂废水3.23.170.150.1III37.23.86806.42.300.150.1IV37.23.868生活污水9.25.690.170.1V37.23.9370404.020.190.2注意:以两个断面间参数的平均值代替两个断面间任一点的数值。断面Ⅰ各污染物的浓度作为起始断面的污染物浓度。表6：各物质沿程变化情况x/kmBOD5/mg/LDO/mg/LD/mg/LCOD/mg/L氰/mg/L氨氮/mg/L挥发酚/mg/L0370.6150.040.40.00312.8355216.9651710.63482914.867050.0399290.3976330.00299622.680066.9450540.65494614.735270.0398580.395280.00299332.5331236.9364210.66357914.604660.0397870.3929410.00298944.012556.6136610.98633917.894360.0397150.3980330.04775453.7280286.3891861.21081417.687750.0396230.3949640.04767663.4636816.236811.3631917.483540.0395310.3919180.04759973.1565446.1883651.41163517.217580.0394150.3881060.04750182.8398566.226151.3738516.913710.0392840.3838110.0473992.5549396.2974151.30258516.615210.0391530.3795630.04728103.5574566.3300011.26999919.479860.0383350.3671510.046338113.2037696.4186481.18135219.097160.0382080.361130.046231122.8852466.5144711.08552918.721980.0380820.3552080.046124132.5983916.6099640.99003618.354180.0379570.3493830.046018142.3400556.7012510.89874917.99360.0378310.3436540.045911152.1074046.7865030.81349717.64010.0377060.3380180.045805161.8978836.8650260.73497417.293550.0375820.3324750.045699171.7091926.9367460.66325416.95380.0374580.3270230.045593181.5392627.0019110.59808916.620730.0373340.3216610.045488191.3862277.0609290.53907116.294210.0372110.3163860.045383201.2484067.1142690.48573115.974090.0370880.3111980.045278211.1242887.1624150.43758515.660270.0369660.3060950.045173221.012517.2058360.39416415.352610.0368440.3010750.045069230.9118447.2449770.35502315.0510.0367220.2961380.044965240.8211887.2802460.31975414.755310.0366010.2912820.044861250.7395447.3120230.28797914.465430.036480.2865050.044757260.6660187.3406430.25935714.181250.0363590.2818070.044653270.5998017.3664230.23357713.902650.0362390.2771860.04455280.5401687.3896430.21035713.629520.036120.272640.044447290.4864647.4105550.18944513.361760.0360.2681690.044344300.4380997.4293890.17061113.099260.0358820.2637720.044242310.3945437.4463510.15364912.841910.0357630.2594460.04414320.3553177.4616270.13837312.589620.0356450.2551920.044037330.319997.4753840.12461612.342290.0355270.2510070.043936340.2881777.4877730.11222712.099820.035410.2468910.043834350.2595267.4989310.10106911.862110.0352930.2428420.043733360.2337237.5089790.09102111.629070.0351770.238860.043632370.2104867.5180290.08197111.400610.0350610.2349430.043531380.1895597.5261780.07382211.176630.0349450.2310910.04343390.1707137.5335180.06648210.957060.0348290.2273010.04333400.1537417.5401280.05987210.74180.0347140.2235740.0432294．3水质指标沿程变化图 图9:沿程变化情况图10:DO沿程变化情况图11:D沿程变化情况图12:COD沿程变化情况图13:氰沿程变化情况图14:氨氮沿程变化情况图15:挥发酚沿程变化情况图16:各物质沿程变化情况4．4评价结论由计算结果可知到断面Ⅴ时、COD、DO、氨氮、挥发酚的浓度都达成Ⅲ级水质标准，但氰浓度为0.034714mg/L>0.02mg/L没达成Ⅲ级水质标准，虽然其他评价因子均达成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。所以断面Ⅲ水质没达成Ⅲ级，不能建设化工厂。水环境保护对策与建议5．1区域未来规划 （1）城市中建议修建人工湖，可以把生活污水先通过人工湖中水生植物的降解在排入连河中。湖中分区域种植一些景观植物如荷花和可吸取水中氨氮的植物。（2）化工厂建成后拟建一条公路通向城市区，随着化工厂的建设，附近将有不少配套工厂建设起来。（3）在连河V断面处设立取水口，供应小镇和鱼塘养殖用水。5.2保护对策与建议（1）在工厂中建设废水解决设施，使工业废水在排放前通过进一步解决，从而达成排放规定。（2）在工厂附近建设废水收集与解决装置（如氧化塘），从而解决职工产生的生活污水。（3）因工厂的河边有很多芦苇、小鱼塘。可运用它们建立人工湿地，让工业废水和生活污水流过人工湿地，从而进一步降解污染物。