煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)

吳愛菊

（江蘇開放大學(xué)，江蘇南京 210036）

1 生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 建立煤化工企業(yè)水域空間分布模型

本文設(shè)計(jì)的煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)中，首先，對(duì)煤化工企業(yè)周邊環(huán)境進(jìn)行全方位分析，獲取周邊生態(tài)環(huán)境的實(shí)際情況與特征，在此基礎(chǔ)上，建立煤化工企業(yè)生態(tài)環(huán)境水域空間模型。采用關(guān)聯(lián)數(shù)值分析原理，設(shè)置生態(tài)環(huán)境水域污染同位素指標(biāo)，對(duì)煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水域進(jìn)行實(shí)際測(cè)定，根據(jù)線型函數(shù)，對(duì)測(cè)定到的水域數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定水域污染嚴(yán)重的時(shí)間。將以上數(shù)據(jù)作為水域空間模型的輸入層，輸入到模型中，通過模型處理對(duì)應(yīng)的元素?cái)?shù)值，建立正交矩陣，根據(jù)矩陣的不斷交錯(cuò)運(yùn)行，選定水域污染中的一個(gè)主成分作為處理的參數(shù)，計(jì)算生態(tài)環(huán)境水域污染元素的近似數(shù)值，計(jì)算公式為：

其中：Am表示煤化工企業(yè)生態(tài)環(huán)境水域污染元素的近似數(shù)值；r(bi)表示污染元素濃度函數(shù)；Xm表示煤化工企業(yè)生態(tài)環(huán)境正交函數(shù)。

將水域污染元素的近似數(shù)值結(jié)果輸入到模型中，作為模型的邊界條件，為模型的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。然后，采用一致性分析方法，對(duì)煤化工周邊生態(tài)環(huán)境水污染時(shí)間及模型元素間的參數(shù)進(jìn)行分解處理，獲取二者之間存在的關(guān)聯(lián)，表達(dá)式為：

其中：a表示煤化工周邊生態(tài)環(huán)境水污染參數(shù)；i、j分別表示模型運(yùn)行中污染元素對(duì)應(yīng)的估算因子；tc、tj分別表示不同污染時(shí)間下，污染元素對(duì)應(yīng)估算因子的因子偏差。

基于關(guān)聯(lián)數(shù)值分析原理，將計(jì)算得出的生態(tài)環(huán)境水污染參數(shù)作為模型的控制條件，完成煤化工企業(yè)生態(tài)環(huán)境水域空間模型的建立，為后續(xù)水污染檢測(cè)提供水域空間分布數(shù)據(jù)。

1.2 多源異構(gòu)檢測(cè)水污染溯源

煤化工企業(yè)水域空間分布模型建立結(jié)束后，獲取到生態(tài)環(huán)境水域污染元素的近似數(shù)值與水污染參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，采用多源異構(gòu)的檢測(cè)方法對(duì)水污染進(jìn)行溯源檢測(cè)。首先，定義煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水污染元素之間存在的實(shí)體關(guān)系，建立相應(yīng)的模式層，結(jié)合水域空間分布模型，將各個(gè)模式層進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，公式為：

其中，L表示生態(tài)環(huán)境水污染中化學(xué)物質(zhì)的量子參數(shù)；Y0表示煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水污染元素之間的實(shí)體參數(shù)；V表示模型中模式層參數(shù)；β表示水污染中化學(xué)物質(zhì)激發(fā)速率。

通過格式轉(zhuǎn)換，獲取到生態(tài)環(huán)境水污染中化學(xué)物質(zhì)的量子參數(shù)，結(jié)合污水知識(shí)圖譜，計(jì)算污水中化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)換速率，公式為：

其中：P表示污水中化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)換速率；C表示水污染涵蓋水域范圍；α表示污水溯源標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比點(diǎn)參數(shù)；e表示知識(shí)圖譜函數(shù)關(guān)系。

在獲取污水中化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)換速率的基礎(chǔ)上，在不同環(huán)境下，對(duì)污水進(jìn)行分解，分解過程中，融入水體解混參數(shù)，生成煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水域水污染匹配數(shù)據(jù)。在煤化工企業(yè)中，采用多介質(zhì)濾池與氧化池組合的工藝，處理煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境污染水。根據(jù)污水中溶解性有機(jī)污染物的濃度變化，控制COD濃度含量。在污水氨氮、總氮、石油類溯源檢測(cè)方面，利用生物接觸氧化池與多介質(zhì)濾池組合的方式，增加處理工藝，在濾池中布設(shè)小粒徑多孔填料，將水體中的微生物吸附在多孔填料上，根據(jù)微生物生成溶解氧的含量，檢測(cè)污水中所含化學(xué)物質(zhì)的溯源?？刂扑廴舅菰粗笖?shù)的變化，根據(jù)溯源標(biāo)定點(diǎn)參數(shù)，實(shí)時(shí)記錄水污染溯源指數(shù)的變化情況，完成水污染溯源檢測(cè)的目標(biāo)[1]。

1.3 深度檢測(cè)煤化工企業(yè)污水

在多源異構(gòu)水污染溯源檢測(cè)完畢后，采用深度處理的方法對(duì)煤化工企業(yè)污水進(jìn)行深度檢測(cè)。深度處理方法的種類較多，包括絮凝法、催化式氧化法、吸附法、膜分離法等。每種方法的優(yōu)勢(shì)不同，為此，應(yīng)根據(jù)待檢測(cè)水體的實(shí)際情況與特征，選擇適用于煤化工企業(yè)污水檢測(cè)的深度處理方法。若待檢測(cè)水體特征不夠明顯，通常情況下，采用膜分離法，通過滲透性較高的濾膜，將污水中含有的化學(xué)離子分離出來(lái)，脫除污水中大量懸浮物，整體操作相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的能耗較小，適用范圍較為廣泛。煤化工企業(yè)污水深度處理的流程如圖1所示。

圖1 煤化工企業(yè)污水深度處理流程

如圖1所示，分別從進(jìn)水與出水兩個(gè)層面對(duì)煤化工企業(yè)污水進(jìn)行深度處理。首先，在調(diào)節(jié)池中，布設(shè)砂濾器設(shè)備，過濾調(diào)節(jié)池中含有的大粒徑懸浮物，在中間水箱底部，布設(shè)超濾設(shè)備，負(fù)責(zé)過濾中間水箱底部包含的化學(xué)污染物；針對(duì)出水層面來(lái)說，在產(chǎn)水箱中布設(shè)過濾器，在回用水箱中布設(shè)納濾設(shè)備，分別過濾煤化工企業(yè)出水結(jié)構(gòu)中水體包含的污染物。在煤化工企業(yè)污水膜分離深度處理過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)記錄水質(zhì)的濁度變化情況，控制設(shè)備的壓降，避免對(duì)設(shè)備造成損壞。對(duì)煤化工企業(yè)進(jìn)出水的濁度進(jìn)行分析，計(jì)算污水中懸浮物的平均去除率，判斷懸浮物的平均去除率是否符合納濾要求。當(dāng)懸浮物平均去除率不斷下降時(shí)，向水體中加入絮凝劑，獲取水質(zhì)的波動(dòng)狀況，避免污水中出現(xiàn)沉淀單元。

結(jié)合超濾膜的分離作用，檢測(cè)污水有機(jī)物、含鹽量、濁度與色度的變化，根據(jù)上述檢測(cè)到的水污染溯源結(jié)果，確定污水取樣點(diǎn)，基于65%的回收率條件下，保持納濾膜產(chǎn)水量不變，在使用超濾膜預(yù)處理后，獲取納濾膜污堵狀況。利用活性污泥，吸附生態(tài)環(huán)境水污染中的雜質(zhì)。為了提高吸附質(zhì)量，采用以微生物、菌膠團(tuán)為主的活性污泥，通過活性污泥中微生物的新陳代謝作用，對(duì)水體中的污染物進(jìn)行降解處理，將水體中的碳氧轉(zhuǎn)化為二氧化碳，將氫氧逐漸轉(zhuǎn)化為水，釋放到空氣中。水體中剩余的污染物可逐漸降解為微生物的細(xì)胞物質(zhì)，最終通過分裂增殖變成可排放污泥排出煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境?；钚晕勰嗟闹饕到鈭?chǎng)所為化工曝氣池，在吸附檢測(cè)化工污水時(shí)，先增加厭氧池，提高煤化工污水的可生化性。根據(jù)污水存儲(chǔ)的溝渠形式，布設(shè)曝氣轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)水流的充氧作用。根據(jù)水污染溝渠的長(zhǎng)度，分階段進(jìn)行水體污染物脫氮除磷處理，減少水體中剩余污泥產(chǎn)量。污水存儲(chǔ)時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)增加其抗沖擊能力，在檢測(cè)過程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行曝氣、沉淀處理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行反硝化操作，以改善污水檢測(cè)中脫氮與除磷能力的不足。結(jié)合紫外線的光催化活性作用，提高水污染檢測(cè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率。至此，完成煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)的設(shè)計(jì)[2]。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為了對(duì)上述提出的煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)的可行性進(jìn)行客觀分析，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。選取某地區(qū)X煤化工企業(yè)為本次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，該企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境主要包括備煤、煉焦、精制、提純等過程中產(chǎn)生的污水，污水中包含的污染組分較多，如煤屑、固體懸浮物、焦炭、二氧化硫、氨氮、Na2S、NaCN等。煤化工污水處理場(chǎng)為該企業(yè)的配套項(xiàng)目，能夠?qū)ε欧诺奈鬯M(jìn)行回收利用。首先，對(duì)X煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境污水來(lái)源進(jìn)行分析，如圖2所示。

掌握周邊生態(tài)環(huán)境污水來(lái)源后，對(duì)煤化工企業(yè)不同氣化爐運(yùn)行過程中排放的污染物進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 X煤化工企業(yè)不同氣化爐污染物排放情況

將設(shè)計(jì)的生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到X煤化工企業(yè)中。首先，在水體中安裝占地面積較小、處理量較大的多介質(zhì)過濾器，設(shè)定過濾器的過濾速度，去除水體中的大分子有機(jī)物及細(xì)菌，降低反洗耗水量。選取特效過濾器，將其布置在需要深度處理的水體中，檢測(cè)污水中含有的COD濃度。為了提高特效過濾器過濾的效率，本次實(shí)驗(yàn)在特效過濾器中安裝氣動(dòng)蝶閥，設(shè)置一定的污水檢測(cè)周期，分別檢測(cè)污水中各個(gè)元素離子濃度的變化情況。利用污水清洗方法，恢復(fù)污水透水量，采用超濾膜絲，去除污水中存在的金屬離子污染，并通過超濾膜絲拉伸度的變化情況，測(cè)定污水中含有特定污染物的濃度。由于超濾膜絲在未使用時(shí)，其拉伸度為35%，當(dāng)浸入污水后，其拉伸度會(huì)大幅上升，根據(jù)污水內(nèi)化學(xué)物質(zhì)含量的不同，膜絲對(duì)應(yīng)的拉伸度變化也不同。

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的水污染檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，本次實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比分析的方法，將本文設(shè)計(jì)的水污染檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的基于熒光光譜的水污染檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，分別對(duì)比兩種檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)處理后，污水中水質(zhì)指標(biāo)的變化及檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率，如表2所示。

表2 兩種檢測(cè)技術(shù)水質(zhì)指標(biāo)變化及準(zhǔn)確率對(duì)比

根據(jù)表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在兩種水污染檢測(cè)技術(shù)中，利用本文設(shè)計(jì)的煤化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)處理后，污水水質(zhì)指標(biāo)較傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)處理后的水質(zhì)指標(biāo)更高，能夠有效地檢測(cè)出污水中含有的化學(xué)物質(zhì)，且檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率均在96.12%以上，較傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

生態(tài)環(huán)境水污染檢測(cè)技術(shù)對(duì)保護(hù)化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定至關(guān)重要。為了改善傳統(tǒng)水污染檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)結(jié)果精度不足，解決在復(fù)雜的化工企業(yè)環(huán)境下，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)出水污染實(shí)際情況與特征的問題，以煤化工企業(yè)為例，提出了一種新的水污染檢測(cè)技術(shù)。通過本文的研究，以期為有效提高水污染檢測(cè)結(jié)果的精度，拓展檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的范圍，改善化工企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境，提升水體質(zhì)量提供一定幫助。