一種基于同位素的地表水污染源解析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于同位素的地表水污染源解析方法，步驟為：1)采樣，布設(shè)采樣點(diǎn)，依行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采樣；2)同位素檢測(cè)，指標(biāo)為：氫、氧、碳、氮同位素D、18O、13C、15N；采用同位素比率質(zhì)譜儀檢測(cè)樣品中氫、氧、碳、氮同位素D、18O、13C、15N的比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物比對(duì)，算出樣品的同位素比率值；3)數(shù)據(jù)分析，依源、匯樣品中的氫、氧同位素D、18O的比率值繪制氫氧同位素比率值示圖；選擇分析節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)的源匯同位素比率值計(jì)算污染源貢獻(xiàn)率，通過流出節(jié)點(diǎn)的源、匯同位素比率值是否平衡，確定新污染源；再利用碳、氮同位素13C、15N的分析驗(yàn)證上述結(jié)果準(zhǔn)確性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：提高準(zhǔn)確性，提高效率。
【專利說明】一種基于同位素的地表水污染源解析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境污染防治領(lǐng)域中污染源的解析方法，尤其涉及一種基于同位素的地表水污染源解析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市廢水、工業(yè)污水的產(chǎn)生量和排放量越來越大，地表水環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。對(duì)此，國(guó)家及地方制定了一系列法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)以對(duì)廢(污)水排放實(shí)行控制，并通過檢測(cè)和分析地表水污染成分來獲得污染源的污染貢獻(xiàn)率，并發(fā)現(xiàn)和定位新污染源。
[0003]目前，關(guān)于地表水環(huán)境污染源解析的研究較少，常規(guī)的方法和模型主要有主成分分析 / 因子分析法(Principal Component Analysis, PCA/FactorAna lysis, FA)、化學(xué)質(zhì)量平衡模型(Chemical-mass-balance, CMB)、成分和比值分析法等。由于污染物自身性質(zhì)和各地區(qū)環(huán)境條件差異的影響，使這些常規(guī)方法在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出不同程度的局限性，如PCA/FA方法主要針對(duì)數(shù)值偏差進(jìn)行分析，如果某重要排放源比較恒定，而其他非重要源具有較大的排放強(qiáng)度變異，結(jié)果可能會(huì)忽略排放強(qiáng)度較大的排放源，同時(shí)對(duì)樣品數(shù)量要求較高，一般超過50個(gè)；CMB模型要求要經(jīng)常監(jiān)測(cè)源樣品和受體樣品，列出排放清單，不斷更新研究區(qū)排放源成分譜，不僅工作量大，而且技術(shù)難度高，除此之外要求污染源成分譜從源到受體這段距離沒有顯著變化；成分和比值分析法則主要用于定性地描述PAHs (持久性有機(jī)污染物)的來源種類。由于水中污染物在遷移過程中易受溫度、光照及其他氧化物的影響，使其某些化學(xué)組分發(fā)生降解等變化，導(dǎo)致傳統(tǒng)的源解析方法不能滿足來源解析的精度要求。
[0004]而穩(wěn)定同位素是指半衰期大于1015年的元素的同位素，在環(huán)境中的成分很穩(wěn)定，不會(huì)受上述溫度、光照等因素的影響，因此基于穩(wěn)定同位素檢測(cè)進(jìn)行地表水的污染源解析可以獲得較高解析精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)上述問題，提供一種比現(xiàn)有污染源解析方法解析結(jié)果更準(zhǔn)確的基于同位素的地表水污染源解析方法，通過該方法獲得污染源的污染貢獻(xiàn)率，以對(duì)污染源實(shí)行重點(diǎn)治理；并發(fā)現(xiàn)和定位新污染源，以實(shí)施控制和管理。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種基于同位素的地表水污染源解析方法，其特征在于是依據(jù)不同環(huán)境條件下物質(zhì)中氫、氧、碳、氮的同位素組成不同，通過分析取自檢測(cè)的污水水域的多個(gè)水樣品中溶解態(tài)氫、氧、碳、氮同位素的組成比率，獲得污染貢獻(xiàn)率，并發(fā)現(xiàn)和定位新污染源。具體步驟如下:
[0008]I).采樣
[0009](I).布設(shè)采樣點(diǎn)[0010]根據(jù)檢測(cè)水域類型布設(shè)采樣點(diǎn):
[0011](1.1).對(duì)河流首先確定特征點(diǎn)，在特征點(diǎn)處布設(shè)采樣斷面，特征點(diǎn)包括定義為源的匯入河流干流的支流采樣點(diǎn)及排污源采樣點(diǎn)，定義為匯的河流干流采樣點(diǎn)；
[0012](1.2).對(duì)湖泊、水庫(kù)采取平均布設(shè)采樣點(diǎn)與確定特征點(diǎn)結(jié)合布設(shè)采樣斷面，包括定義為源的匯入湖泊、水庫(kù)中的排污源采樣點(diǎn)及定義為匯的湖泊、水庫(kù)水域內(nèi)采樣點(diǎn)；
[0013](2).依據(jù)國(guó)家水質(zhì)采樣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行采樣；
[0014]2).同位素檢測(cè)
[0015](I).檢測(cè)指標(biāo)為:氫、氧、碳、氮同位素D、180、13C、15N;
[0016](2).同位素檢測(cè)方法:采用同位素比率質(zhì)譜儀檢測(cè)各樣品中氫、氧、碳、氮同位素D、180、13C、15N的比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物比對(duì)，計(jì)算出樣品的同位素比率值。測(cè)定精度為:H同位素 d2H(dD):±<1%0 ;0 同位素 d180: ±<0.2%。;C 同位素 d13C: ±<0.1%。;N 同位素 d15N:
±〈0.2%o ;
[0017]3).數(shù)據(jù)分析
[0018]3.1).根據(jù)步驟2)計(jì)算的各源、匯樣品中的氫、氧同位素D、180的比率值繪制氫氧同位素比率值示圖；在測(cè)量水域選擇分析的節(jié)點(diǎn)，通過分析流入節(jié)點(diǎn)的源、匯同位素比率值計(jì)算污染源貢獻(xiàn)率，并通過流出節(jié)點(diǎn)的源、匯同位素比率值是否平衡，發(fā)現(xiàn)和定位新污染源；
[0019]3.2).根據(jù)步驟2)計(jì)算的各源、匯樣品中的碳、氮同位素13C、15N的比率值繪制碳氮同位素比率值示圖；在檢測(cè)水域選擇分析的節(jié)點(diǎn)，通過分析流入節(jié)點(diǎn)的源、匯同位素比率值計(jì)算污染源貢獻(xiàn)率，并與步驟3.1)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性；通過流出節(jié)點(diǎn)的“源” “匯”同位素比率值是否平衡，發(fā)現(xiàn)和定位新污染源。
[0020]所述河流特征點(diǎn)包括:a.排污口的上游和下游；b.靠近支流匯入口上游的干流及匯入后干流下游區(qū)域；c.行政區(qū)交界處；d河流上游或源頭。
[0021]所述所述湖泊、水庫(kù)河流特征點(diǎn)包括:a.排污口附近區(qū)域；b.靠近支流匯入口區(qū)域；c.行政區(qū)交界處；d湖泊、水庫(kù)內(nèi)平均布設(shè)的采樣點(diǎn)。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有地表水污染源解析方法相比，地表水源解析同位素分析法基于同位素在地表水環(huán)境中的穩(wěn)定性，大大提高地表水污染源解析結(jié)果的準(zhǔn)確性；同時(shí)鑒于穩(wěn)定同位素組成分析的原理，不需要頻繁更新檢測(cè)區(qū)域排放源成分譜，從而減小了工作量、縮短測(cè)試周期，提高工作效率并節(jié)省了大量的人力、物力資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是北塘排污河的源、匯分布及氫同位素D比率值示圖；
[0024]圖2是北塘排污河的源、匯分布及氧同位素18O比率值示圖；
[0025]圖3是h2節(jié)點(diǎn)氫氧同位素關(guān)系圖；
[0026]圖4是h5節(jié)點(diǎn)氫氧同位素關(guān)系圖；
[0027]圖5是h5節(jié)點(diǎn)污染源示圖；
[0028]圖6是北塘排污河的碳、氮同位素13C、15N的比率值示圖；
[0029]圖7是北塘排污河出河口節(jié)點(diǎn)R的碳氮同位素關(guān)系圖。
[0030]圖中:rl-r6為源,hl_h5為匯，xl_x2為未知源，yl_y4為源，R為北塘排污河出河口節(jié)點(diǎn)。
[0031]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本實(shí)施例是以天津市北塘排污河為研究區(qū)域，該排污河全長(zhǎng)32.7公里，寬30-45米，為天津市市政排污河。
[0033]本發(fā)明提供了一種基于同位素的地表水污染源解析方法，其特征在于是依據(jù)不同環(huán)境條件下物質(zhì)中氫、氧、碳、氮的同位素組成不同，通過分析取自檢測(cè)的污水水域的多個(gè)水樣品中溶解態(tài)氫、氧、碳、氮同位素的組成比率，獲得污染貢獻(xiàn)率，并發(fā)現(xiàn)和定位新污染源。具體步驟如下:
[0034]I).采樣，
[0035]1.1).對(duì)該排污河首先確定特征點(diǎn)，在特征點(diǎn)處布設(shè)采樣斷面，特征點(diǎn)包括定義為源的匯入河流干流的支流采樣點(diǎn)及排污源采樣點(diǎn)；以及定義為匯的河流干流采樣點(diǎn)；這里河流特征點(diǎn)包括:a.排污口的上游和下游；b.靠近支流匯入口上游的干流及匯入后干流下游區(qū)域；c.行政區(qū)交界處；d河流上游或源頭。
[0036]參照?qǐng)D1，本例中，在月牙河、西堿河、東堿河、袁家河、中心河干區(qū)與北塘排污河交界處附近布設(shè)采樣點(diǎn)源rl-r6，并根據(jù)源的分布隨機(jī)布設(shè)采樣點(diǎn)匯hl-h5，確定匯始點(diǎn)為hl，終點(diǎn)為h5，并在圖1-2上標(biāo)出；
[0037]1.2).采樣深度:根據(jù)河流深度確定采樣深度為0.5米，一般一個(gè)采樣點(diǎn)采集三個(gè)樣品；
[0038]1.3).采樣季節(jié)和時(shí)間:春季下午；
[0039]1.4).樣品編號(hào)和檔案紀(jì)錄:做好采樣記錄，包括水樣編號(hào)、采樣地點(diǎn)及經(jīng)緯度、水樣名稱、采樣深度、采樣人；
[0040]采樣中，依據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)采樣技術(shù)規(guī)程》(SL187-96)進(jìn)行。
[0041]2).同位素檢測(cè)
[0042]2.1).檢測(cè)指標(biāo)為:氫、氧、碳、氮同位素D、180、13C、15N;
[0043]2.2).同位素檢測(cè)方法:采用同位素比率質(zhì)譜儀檢測(cè)各樣品中氫、氧、碳、氮同位素D、180、13C、15N的比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物(SMOW)比對(duì)，計(jì)算出樣品的同位素比率值。本例中采用了型號(hào)為DELTA V Advantage同位素比率質(zhì)譜儀(Isotope Ratio MassSpectrometer),外部設(shè)備為 Flash EAl112HT 兀素分析儀(Elemental Analyzer)。
[0044]檢測(cè)原理為:
[0045]氫同位素比率值:樣品在元素分析儀中高溫裂解后生成H2，質(zhì)譜儀通過檢測(cè)H2的2H (D)與IH比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物(SMOW)比對(duì)后計(jì)算出樣品的d2H(dD)比率值。
[0046]氧同位素比率值:樣品在元素分析儀中高溫裂解后生成CO，質(zhì)譜儀通過檢測(cè)CO的180與160比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物(SMOW)比對(duì)后計(jì)算出樣品的dl80比率值。
[0047]碳同位素比率值:樣品在元素分析儀中高溫裂解后生成CO2，質(zhì)譜儀通過檢測(cè)CO2的13C與12C比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物(SMOW)比對(duì)后計(jì)算出樣品的dl3C比率值。
[0048]氮同位素比率值:樣品在元素分析儀中高溫裂解后生成N2，質(zhì)譜儀通過檢測(cè)N2的15N與14N比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物(SMOW)比對(duì)后計(jì)算出樣品的dl5N比率值。測(cè)定精度為:[0049]H同位素比率值d2H(dD):±〈1%。; O同位素比率值d180: ±〈0.2%。; C同位素比率值 d13C:±〈0.1%ο ;N 同位素比率值 d15N:±〈0.2%0。
[0050]表1示出氫氧同位素比率值檢測(cè)結(jié)果。表2示出碳氮同位素比率值檢測(cè)結(jié)果。
[0051]表1氫氧同位素比率值檢測(cè)結(jié)果
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種基于同位素的地表水污染源解析方法，其特征在于是依據(jù)不同環(huán)境條件下物質(zhì)中氫、氧、碳、氮的同位素組成不同，通過分析取自檢測(cè)的污水水域的多個(gè)水樣品中溶解態(tài)氫、氧、碳、氮同位素的組成比率，獲得污染貢獻(xiàn)率，并發(fā)現(xiàn)和定位新污染源。具體步驟如下: 1).采樣 ⑴.布設(shè)采樣點(diǎn) 根據(jù)檢測(cè)水域類型布設(shè)采樣點(diǎn): (1.1).對(duì)河流首先確定特征點(diǎn)，在特征點(diǎn)處布設(shè)采樣斷面，特征點(diǎn)包括定義為源的匯入河流干流的支流采樣點(diǎn)及排污源采樣點(diǎn)，定義為匯的河流干流采樣點(diǎn)； (1.2).對(duì)湖泊、水庫(kù)采取平均布設(shè)采樣點(diǎn)與確定特征點(diǎn)結(jié)合布設(shè)采樣斷面，包括定義為源的匯入湖泊、水庫(kù)中的排污源采樣點(diǎn)及定義為匯的湖泊、水庫(kù)水域內(nèi)采樣點(diǎn)； ⑵.依據(jù)國(guó)家水質(zhì)采樣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行采樣； 2).同位素檢測(cè) (1).檢測(cè)指標(biāo)為:氫、氧、碳、氮同位素d、18o、13c、15n; ⑵.同位素檢測(cè)方法:采用同位素比率質(zhì)譜儀檢測(cè)各樣品中氫、氧、碳、氮同位素D、180、13C、15N的比率，并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物比對(duì)，計(jì)算出樣品的同位素比率值。測(cè)定精度為:H同位素 d2H(dD):±<l%o ;0 同位素 d180:±〈0.2%。；C 同位素 d13C:±〈0.1%。;N 同位素 d15N:±〈0.2%o ; 3).數(shù)據(jù)分析 3.1).根據(jù)步驟2)計(jì)算的各源、匯樣品中的氫、氧同位素D、180的比率值繪制氫氧同位素比率值示圖；在測(cè)量水域選擇分析的節(jié)點(diǎn)，通過分析流入節(jié)點(diǎn)的源、匯同位素比率值計(jì)算污染源貢獻(xiàn)率，并通過流出節(jié)點(diǎn)的源、匯同位素比率值是否平衡，發(fā)現(xiàn)和定位新污染源； 3.2).根據(jù)步驟2)計(jì)算的各源、匯樣品中的碳、氮同位素13C、15N的比率值繪制碳氮同位素比率值示圖；在檢測(cè)水域選擇分析的節(jié)點(diǎn)，通過分析流入節(jié)點(diǎn)的源、匯同位素比率值計(jì)算污染源貢獻(xiàn)率，并與步驟3.1)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性；通過流出節(jié)點(diǎn)的“源” “匯”同位素比率值是否平衡，發(fā)現(xiàn)和定位新污染源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同位素的地表水污染源解析方法，其特征在于所述河流特征點(diǎn)包括:a.排污口的上游和下游；b.靠近支流匯入口上游的干流及匯入后干流下游區(qū)域；c.行政區(qū)交界處；d河流上游或源頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同位素的地表水污染源解析方法，其特征在于所述所述湖泊、水庫(kù)河流特征點(diǎn)包括:a.排污口附近區(qū)域；b.靠近支流匯入口區(qū)域；c.行政區(qū)交界處；d湖泊、水庫(kù)內(nèi)平均布設(shè)的采樣點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G01N27/62GK103808790SQ201210446951
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】袁雪竹, 盧學(xué)強(qiáng), 鄧小文, 馬建立, 焦永杰, 陳紅, 張良運(yùn), 張曉惠 申請(qǐng)人:天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院