一种分析企业生产排放、模拟土壤污染累积全过程的方法

本发明涉及环境风险评估，特别涉及一种分析企业生产排放、模拟土壤污染累积全过程的方法。

背景技术：

1、土壤污染具有隐蔽性、潜在性、累积性和长期性的特点，不容易被直接感知。表层土壤对植物的生长发育有着重要的作用；表层土壤最容易受到人类活动的影响而受到污染。表层土壤污染不但影响人类健康，也影响植物的生产，表层土壤污染情况不容忽视。

2、近年来持续加强对企业用地的监管，出台了一系列管理办法，不断推进对重点行业企业用地的污染调查工作。但在调查过程中发现，即使在三废实现了达标排放的情况下，仍存在土壤污染的问题。企业从生产排放污染物，到土壤污染、累积的过程及形成机制不清。在产企业场地污染的监督工作仍处于起步阶段，仅部分行业存在污染防治方案与开展泄露排查的指导文件，技术未成体系、缺乏实际指导。亟需构建企业场地污染源生产排放污染累积全过程的分析方法。

3、国内外研究：目前污染通量的核算方法主要有排污系数法和调查监测法（生态环境部,2018）。国内外对于企业生产过程中污染物的排放分析主要采用被动方法，排放重金属污染物的企业多采用监测采样、隐患排查（肖剑飞等,2022）和大数据采集结合机器学习溯源（陆晓松等,2022）等方法，用以识别企业生产过程中的污染点；产生有机污染物的企业多采用泄漏检测与修复（ldar）技术（u.s.environ- mental protection agency,1995），以实现生产排放储存运输过程中的产污节点的识别分析。国内自2015年开始实施ldar计划（生态环境部,2015），目前该方法已经在大型企业中推广使用。在表层土壤和多介质环境中污染物累积情况分析方面，国内外学者主要采用逸度模型开展研究。但传统的逸度模型主要用于模拟地区和城市等较大尺度的环境问题（谷晓悦,2020）（wenting shi,2023）（xuezhao,2024），难以实现场地尺度的模拟研究。

4、总之，现有技术存在以下不足：(1)缺乏对企业生产过程中污染物排放负荷及产排污节点的系统性分析方法。(2)现有污染通量的核算方法需要在发现隐患点的基础上通过监测采样等方法实现源强的监测和核算，被动且不全面；排污系数法依靠正常情况下设备生产时应当排放的污染物量的统计平均值来估算污染通量，与实际相比误差较大。(3)污染源识别定位方法都为被动方法，难以于污染的第一时间发现问题及来源，影响污染控制和修复的时效性，且部分方法人工操作复杂、效率低下。(4)传统表层土壤和多介质环境中污染物累积的研究方法适用于大尺度，暂缺乏企业场地尺度的针对场地地表及地上部分污染源累积情况的分析计算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种分析企业生产排放、模拟土壤污染累积全过程的方法，以质量平衡原理为理论基础，建立物质流平衡分析方法，实现对企业生产排放过程中污染物的分析，实现污染现象实时识别、污染来源定位和污染负荷定量；采用逸度模型原理，以企业场地为研究边界，使用四级逸度模型，建立针对企业场地尺度的污染累积分析方法，实现对企业场地尺度地表及地上部分污染累积情况的研究；企业生产排放阶段定量分析得到的污染负荷作为污染源与企业三废排放的污染负荷一同添加至污染累积计算的过程中，实现企业生产排放到污染累积全过程分析的串联；将研究区域离散为若干子区域，对每个子区域建立配套的参数信息表格，实现高精度模拟预测；以风向为污染运动方向的基准，以上风向子区域作为起始区域，该区域模拟得到的大气污染物浓度乘以风向的矢量作为外来污染源输入其他相邻子区域，下一子区域以此类推，完成整个场地迭代模拟，实现更贴合企业场地情况的模拟预测；对于不同企业工况采用不同时间步长（天或月），更符合实际需求，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、一种分析企业生产排放、模拟土壤污染累积全过程的方法，包括生产-排放过程分析和污染-累积过程模拟；

3、所述的生产-排放过程分析包括如下步骤：

4、s1：收集企业生产排放信息并确认特征污染物类型：重金属类污染物以该种重金属为核算目标，有机类污染物以碳含量为核算目标；

5、s2：信息提取，整理为生产排放过程基础数据清单：通过确认企业生产排放过程中涉及的全部工艺环节及各个环节涉及的物质输入和输出过程，计算涉及的核算目标的物质的量，记录在excel表格中，整理为生产排放过程基础数据清单；

6、s3：基于质量守恒原理在matlab上运行分析：调用已经编好的程序在matlab上运行，得到各个环节和整个系统泄露的污染负荷；

7、s4：识别污染现象、污染源定位和污染负荷定量：通过对各个环节的污染负荷分析实现污染现象识别和污染来源定位，确认污染源所产生的特征污染物，该特征污染物作为污染-累积过程模拟的目标污染物；

8、所述的污染-累积过程模拟包括如下步骤：

9、s1：收集污染累积过程模拟参数，包括污染物理化性质参数、场地环境参数、气象参数和场地污染排放信息；

10、s2：以数据形式储存在excel；

11、s3：划分子区域，对每个子区域依次在表格中计算z值和d值；

12、s4：基于四级逸度模型原理在matlab上进行模拟并分析结果；

13、其中s4识别污染现象、污染源定位和污染负荷定量得出的污染组分作为污染-累积过程模拟的目标污染物，在s1中收集污染物理化性质参数；

14、s4识别污染现象、污染源定位和污染负荷定量得出的污染负荷作为污染源的数值作为s2的一部分以数据形式储存在excel中。

15、所述的生产-排放过程分析的s1收集企业生产排放信息包括企业平面图、企业工艺流程图、企业场地面积、企业原辅材料类型及用量、产品和中间产物类型及产生量、三废排放类型、排放位置及排放量（用量、产生量和排放量应为同段时间内情况）。

16、所述的s1中污染物理化性质参数根据特征污染物类型确定，可以通过查阅相关的化学手册、文献或者在网络上检索获取。

17、所述的s1中场地环境参数包括确认研究区域的环境受体相态，大气和土壤或大气、土壤和水体；

18、所述的大气为自然环境下场地上空的大气，土壤为场地硬化地层裂缝、破碎区域以下土壤和裸露的土壤，水体为场地内未加盖且与大气有较大接触面积的污水处理设施等中的水体。

19、所述的s1中气象参数包括：全年各时段风速、全年各时段温度和全年各时段降雨量，上述三种数据通过当地气象网站查询所得。

20、所述的s1中场地污染排放信息来自s1收集企业生产排放信息和s4的污染负荷、污染源定位。

21、所述的s3划分子区域，数据处理包括信息提取及逸度容量（z值）和迁移速率（d值）计算，采用如下方法：

22、将研究区离散为若干子区域，每个子区域为40 m×40 m的方格；

23、对于每个方格，应用得到的污染累积过程模拟参数，根据相应相态的逸度容量（z值）和迁移速率（d值）公式计算后将数值记录在excel表中；

24、所述的z值计算公式包括大气、土壤、水体三类环境受体的计算公式，且大气相包括气、颗粒相两个子环境受体，土相包括气相、水相和固相三个子环境受体，水相包括水、悬浮颗粒相两个子环境受体；其中，每个子环境受体对应一个z值计算公式，具体包括：

25、大气相中的气：；

26、大气相中的颗粒物:；

27、大气总相：；

28、土相中的气相：；

29、土相中的水相：；

30、土相中的固相：；

31、土壤总相：；

32、水相中的水：；

33、水相中的悬浮颗粒物：；

34、水体总相：；

35、所述的d值计算公式包括多介质迁移过程中的计算公式：

36、大气向土壤扩散：；

37、雨水溶解：；

38、湿沉降：；

39、干沉降：；

40、大气向土壤迁移总过程：；

41、土壤向大气迁移总过程：；

42、大气向水体扩散：；

43、雨水溶解：；

44、湿沉降：；

45、干沉降：；

46、大气向水体迁移总过程：；

47、水体向大气迁移总过程：；

48、相的平流：；

49、相内污染物降解：。

50、所述的污染累积过程模拟分析方法具体为：

51、（1）将研究区离散为若干子区域，每个子区域为40 m×40 m的方格；

52、（2）将场地污染排放信息添加到对应子区域的污染源参数中；

53、（3）建立场地区域的四级逸度模型，所述四级逸度模型公式包括：

54、每个子区域基于四级逸度模型的质量平衡方程、参数计算公式（z值和d值）；

55、将以上子区域方程联立整合成为整个场地区域的计算迭代公式，通过matlab编程平台进行程序化；

56、调用已经编好的程序在matlab上运行，得到不同子区域中污染物在多种环境受体中的浓度及迁移通量；

57、所述的基于四级逸度模型的质量平衡方程包括三类环境受体的计算公式：

58、大气：；

59、土壤：；

60、水体：；

61、其中脚标i=1，2，3分别代表大气、土壤和水体；

62、表示污染物在环境相中的逸度容量，单位为mol/(m3×pa)；表示污染物在环境相中的体积，单位为m3；表示污染物在环境相的逸度值，单位为pa；表示污染物向环境相的直接排放速率，单位为mol/h；表示污染物向环境相的平流流入速率，单位为m3/h；为环境相的平流流入浓度，单位为mol/m3；表示污染物从环境相向环境相的迁移速率，单位为mol/(pa×h)；表示环境相的平流输出速率，单位为mol/(pa×h)；表示污染物在环境相中的降解反应速率，单位为mol/(pa×h)

63、为平流输入通量，上风向的起始子区域的平流输入通量为场地外平流输入通量，该子区域模拟得到的大气污染物浓度乘以风向的矢量作为其他相邻子区域的平流输入通量，该通量随上风向子区域大气污染物浓度随时间的变化而变化，其他相邻子区域的下风向相邻子区域同理，迭代至场地下风向边界；

64、风向矢量计算式：v=ux+vy；

65、v表示风速矢量，u和v分别表示风速在x和y方向上的分量，x和y分别为x和y方向上的单位矢量。

66、所述的s4的模拟过程，对于正常运行企业以三个月为一个模拟阶段。

67、所述的s4模拟过程，对于非正常工况企业（爆炸、泄漏等）以一天为一个模拟阶段。

68、本发明的有益效果：

69、1、本发明以质量平衡原理为理论基础，建立了企业生产排放过程的物质流平衡分析方法，实现对企业生产排放过程中污染物的归趋分析，可同时达到污染现象实时识别、污染来源准确定位和污染负荷精准定量的目的，解决了目前企业污染现象难以实时、主动识别和污染负荷无法精确核算的技术难题。

70、2、本发明以逸度模型原理为理论基础，以企业场地为研究边界，使用四级逸度模型，建立针对企业场地尺度的污染累积分析方法，实现了对企业场地尺度地表及地上污染累积情况方面研究空缺的填补；将研究区域离散为若干子区域，对每个子区域建立配套的参数信息表格，实现高精度模拟；以风向为污染运动方向的基准，对整个场地迭代模拟，实现更贴合企业场地情况的模拟预测；对于不同企业工况采用不同时间步长（天或月），更符合实际需求。

71、3、本发明充分考虑了企业生产过程当中边生产边排放边污染边累积的全过程，基于该过程特征提出了企业生产排放过程定量分析方法和企业场地尺度的污染累积分析方法，并将生产排放过程定量分析方法得到的污染负荷作为污染源添加至污染累积计算的过程中，实现企业生产排放到污染累积全过程的串联和分析。