基于水功能区的纳污能力评价方法及应用

污染源评价是将调查所得到的大量数据进行处理,以确定各行业、各地区或各流域中的主要污染物和主要污染源。评价过程的实质,就是将污染源调查的数据进行“标准化”处理,将其转换成相互可比较的量,据此确认污染源和污染物的相对重要性,为环境质量评价、环境质量水平成因分析以及提出环境综合防治目标提供基础数据。

1.超标评价法

污染源超标评价法是以污染物是否达标排放作为判定依据,评价标准可采用《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)标准或地方标准。在环境管理中,往往要求对污染源实行限期治理,使其达到规定的排放标准以保证环境质量。为此,常常根据污染源是否达到排放标准进行评价与统计。在这一方法中,常使用工业废水排放标准或行业的废水排放标准来度量废水是否超标,其所排污染物中有一项超标即列为超标排放污染源。超标排放污染源占调查区域中污染源总数的比值便是污染源超标排放率。

2.排污量评价法

排污量评价法是指简单地统计各污染源的排污量,然后由大到小依次排序。评价中所用的排污量可以使用废水量,也可以使用污染物总量。采用排污量法的最大优点是简便易行,当采用废水量为排污量指标时,其缺点是未考虑废水中污染物的浓度,因为即使等量的废水所含污染物量也可能相差极大,选用污染物量作为排污量指标时便可克服这一缺点。然而,这一方法仍不能克服不同浓度或量的污染物所引起污染毒害的程度。尽管排污量评价法简单、粗糙,但正由于其简单易行,至今仍应用于流域或区域各城市污染状况评价中。

3.污径比评价法

污径比即为污染源所排放的废水、污水流量与纳污水体径流量之比,实际上是排污量法的一种。其优点是考虑了纳污水体流量的大小,排污量相同的污染源在排入流量大的水体的重要性显然要小于流量小的纳污水体。但这一方法也有其固有的弱点:①只考虑了纳污水体的流量,而未考虑纳污水体的本底水质浓度,较大污染源排入十分清洁的水体与较小污染源排入已污染水体的情况无法区别;②未考虑废污水的浓度及污染物质类别不同而引起环境效应的差异。例如,排污体积虽然相同,但废水中所含的污染物浓度不一定相同,并且污染物是否能降解等特征均无法反映出来。目前,污径比评价法仍被采用,用以比较污染源排污情况在当地环境问题中的重要程度,同时也被用来度量纳污水体的污染程度。

4.排污系数评价法

污染物和污染源对环境潜在污染能力的评价以及污染源的污染程度的比较,除了上述介绍的几种评价方法之外,还可以用单位产量排污系数和单位产值排污系数来评价和比较。这种方法不但可以掌握污染物和污染源对环境污染的潜在影响程度,同时,也可以衡量企业的管理水平和技术水平。

单位产量或产值的污染物排放量为

式中 Mi——每吨产品某污染物的排放量,kg/t;

Ni——每万元产值的某污染物排放量,kg/万元;

Qi——某污染物的排放量,kg/a;

P——产品的年产量,t/a;

V——产品的年产值,万元/a。

5.等标污染负荷评价法

在对入河排污口废污水入河量、污染物入河量进行调查分析的基础上,通过对排入水体污染源的污染负荷评价,确定需重点控制的主要污染源和污染物。目前常采用等标污染负荷、等标污染负荷比法进行污染源评价,评价标准可采用《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水标准或地方标准。计算公式如下。

(1)等标污染负荷。假设某地区共有m个污染源(入河排污口)、n种主要污染物。第j个污染源第i种污染物的等标污染负荷用下式计算,即

其中,第j个污染源、第i种污染物的等标污染负荷分别用下式计算,即

总等标污染负荷计算公式为

式中 Pij——第j个污染源第i种污染物的等标污染负荷指数;

Cij——第j个污染源第i种污染物的实测浓度,mg/L;

C0i——第i种污染物的标准值,mg/L;

Qj——第j个污染源排放废污水的流量,m3/d;

Pj——第j个污染源的等标污染负荷指数;

Pi——第i种污染物的等标污染负荷指数;

P——区域总等标污染负荷指数。

(2)等标污染负荷比。为判定某个污染源的主要污染物,第j个污染源第i种污染物的等标污染负荷比用下式计算,即

其中,第j个污染源、第i种污染物的等标污染负荷比分别可以判定区域主要污染源及主要污染物,计算公式为

式中 Kij——第j个污染源第i种污染物的等标污染负荷比;

Kj——第j个污染源的等标污染负荷比;

Ki——第i种污染物的等标污染负荷比。(www.xing528.com)

一般情况下,按调查区域或流域各污染物等标污染负荷比Ki(Kj)的大小排列,分别计算百分比及累计百分比,将累计百分比大于80%的污染物(污染源)列为该区域的主要污染物(污染源)。

6.排毒系数评价法

有些污染物排放量小,但毒性大,容易在环境中造成积累,而对这些污染物用等标负荷法评价易造成遗漏,但对这些污染物的控制是非常必要的。因此,可以采用排毒系数法评价污染源。污染物的排毒系数(Fi)表示各种污染物的排放量及其毒性对人群健康潜在危害程度的相对指标,计算公式为

式中 mi——污染物排放量,kg/d;

di——i污染物能导致人体出现毒性作用反应的污染物最小摄入量,mg/人;根据毒理学试验所得毒作用阈剂量值计算求得,其计算公式为:di=污染物毒作用阈剂量(mg/kg)×55(kg/人)。

Fi值完全是一个反映污染物排放水平的系数。它不反映任何外环境的影响,因此可以作为污染源评价的客观指标。各种不同性质的污染物,通过这种标准化计算后可比性增强。

依据上述公式,可以求出工矿企业、地区或流域的排毒系数,即

式中 Fn——某工矿企业污染源各污染物累积排毒系数,kg/d;

Fm——某区域(流域)各污染源累积排毒系数,kg/d。

排毒系数计算时所用的评价标准与等标污染负荷评价标准不同,根据计算式,排毒系数可解释为:假设每日排放的污染物数量长期内全部被人们吸入或摄入时,可引起呈现慢性中毒效应的人数。由于污染源评价的目的,仅在于比较各污染源和各种污染物的相对危害程度,故采用上述假设是允许的。采用排毒系数法同样可以计算区域内各污染源或各污染物的排毒系数及其占全区域总排毒系数的分担率,从而确定应列为环境污染治理重点对象的主要污染源和主要污染物。

排毒系数评价法的优点是形式简单,物理意义明确,能找出主要的污染物与污染源;缺点是对于没有毒性而排放量大的污染物往往容易忽略。

7.污染物当量评价法

当单位量的A污染物与一定量的B污染物排入相同区域环境中,对环境的有害程度、生物体的毒性以及处理的技术经济性相当,则A、B彼此之间相当的量称为污染当量。污染当量是有害当量、毒性当量和费用当量的一种综合关系的体现。用污染物当量法可确定区域重点水污染源及主要污染物,也可用在污染物总量控制指标的分配、排污许可证指标的核算等工作中,在排污权交易过程中,污染当量还可作为“价值尺度”。

污染当量值是以环境污染因素中指定单位量的主要污染物有害程度和对生物体的毒性以及处理费用为基准,其他污染物与之相比所相当的量值。污染当量值可依据2003年国家计划委员会、国家财政部、国家环境保护总局、国家经济贸易委员会等四部委第31号令《排污费征收标准管理办法》确定。例如,以污水中1kg化学需氧量为基准,对其他污染物的有害程度、对生物体的毒性以及处理的费用等进行测算,0.25kg总磷与1 kg化学需氧量的污染危害和相应处理费用基本相等,则总磷污染当量值是0.25kg。

基于污染当量值与污染物排放量,污染当量的计算公式为

式中 Epi——第i种污染物的污染当量数;

Qi——第i种污染物的排放量,kg/a;

ei——第i种污染物的污染当量值,kg;

Ci——第i种污染物的排放浓度,mg/L;

Vi——排放第i种污染物的介质体积,m3;

A——单位换算系数。

在实际工作中,通过逐一计算该区域各污染源的污染当量数(污染源的污染当量数为所排放各种污染物污染当量数之和),将污染源污染当量数由大到小进行排序后,确定主要污染源和主要污染物。污染物当量法实现了不同污染源、污染物相互之间的当量转换,评价具有很好的统一性,解决了等标污染负荷评价法在不同污染物之间评价标准不统一的问题。

8.层次分析评价法

层次分析评价法(AHP)是将与决策有关的元素分解成目标、准则、决策等层次,在此基础上进行定性和定量分析的决策方法,其实质是一种层次权重决策分析方法。这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上,利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化,从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。

AHP法是把所要研究的复杂问题看作一个大系统,通过对系统中多个因素的分析,划分出各因素间相互联系的有序层次;再请专家对每一层次的各因素进行客观判断后,相应给出相对重要性的定量表示;进而建立数学模型,计算出每一层次全部因素的相对重要性的权值,并加以排序,最后根据排序结果进行规划决策并选择解决问题的措施。从环境、经济和社会整体效益出发,设计出一种定性与定量相结合描述判断矩阵的多指标决策的层次分析法来评价污染源。

利用方根法计算判断矩阵的特征向量,把判断矩阵中的第n行元素连乘,再开n次方,即

标准化后即可得到W1、W2、…、Wn,即__

矩阵的最大特征根按下式计算,即

当判断矩阵满足3个条件,即Fij=1、Fij=1/Fji、Fij=Fik/Fjk时,说明判断矩阵具有完全一致性(λmax=n)。为检验一致性,需要计算一致性指标CI,CI=(λmax-n)/(n-1)。显然,当判断矩阵满足完全一致性条件时,CI=0。CI越大则判断矩阵的一致性越差。将CI与平均随机一致性指标进行比较,其比值称为判断矩阵的一致性比例,记做CR=CI/RI。当CR＜0.1时,认为判断矩阵具有满意的一致性;否则需要把判断矩阵表进行调整。

采用层次分析法评价区域污染源过程中,可将污染源的影响作为层次分析的目标层A,污染源评价因子作为层次分析的准则B、C,区域污染源作为决策层D,建立AHP系统结构模型,利用层次分析的组合权重结果,可以对各个层次的因子进行排序,确定区域污染源或主要污染物的重要程度。