水污染控制工程第五章(百度文库版)

第五章水体自净作用与水环境容量•水体自净定义：经过一系列的物理、化学、生物学变化，污染物质被分离或分解，水体基本上或完全恢复到原来的状态，这个自然净化过程称为水体自净水体自净过程物理自净：稀释、扩散、挥发、沉淀化学自净：氧化、还原、吸附、凝聚、中和生物自净：污染物（特别是有机质）被水中微生物的代谢活动分解、氧化、无机化的过程一、废水在水体中的稀释和扩散•1.稀释机理•污染物进入水体后的两种运动形式：•（1）推流（平流）：污染物由于河流流速的推动沿着水流前进方向运动•Q1=vC•Q1：污染物推流量（mg/m2·s）•v：河水流速（m/s）•C：污染物浓度（mg/m3）•（2）扩散：污染物质由浓度差导致的由高浓度向低浓度迁移•Q2=﹣K·（dC/dx）（同Q1）•dC/dx：单位路程上浓度变化值（mg/m3·m）负值•K：扩散系数，与河流的弯曲程度、河底粗糙度、流速、水深相关•2.水体混合稀释混合稀释的影响因素：（1）河水流量与废水流量比值：比值大、混合慢（2）废水排放口模式：岸边集中排放，混合慢；中央分散排放，混合快（3）河流水分条件：河深、流速、弯曲度、急流、跌水情况混合系数：参与混合稀释的河水流量与河水总流量之比a=Q1/Q（Q1≤Q）Q1：参与混合稀释的河水流量Q：河水总流量完全混合河道断面及下游a=1当河流无局部急流险滩时，可近似表示为：a=L1/L（L1≤L）L1：废水排放口至计算断面的距离L：废水排放口至完全混合断面的距离在实际工作中，依经验：v=0.2~0.3m/s，a取0.7~08v较低时，a取0.3~0.6v较高时，a取09分散排放、伸入水体排放、多孔湍急处排放，a取1•稀释比：（废水的稀释程度）•n=Q1/q=aQ/q•Q1：参与混合稀释的河水流量•q：废水流量•某断面上的污染物浓度：•C=（C1q+C2aQ）/（aQ+q）•C1：废水中的污染物浓度（mg/L）•C2：原来河水中污染物本底值（mg/L）•C：计算断面上，水中污染物浓度•如果河水中原无此污染物，且Qq时，•可简化为•C=C1q/aQ=C1/n（n=aQ/q）二、水体的生化自净•定义：•有机污染物质在水中微生物的作用下氧化分解，逐渐变成无机物质，这一过程称为水体的生化自净。•1.水体中O2的消耗与溶解消耗：碳化作用、硝化作用还原性物质（SO32﹣）底泥分解水生生物的呼吸作用O2源：水体和废水中原有的O2大气中O2向O2不足的水体扩散光合作用•需氧污染物排入水体后即发生生物化学分解作用，在分解过程中消耗水中的溶解氧。溶解氧的变化状况反映了水体中有机污染物净化的过程，因而可把溶解氧作为水体自净的标志。•如果以河流流程作为横坐标，溶解氧饱和率作为纵坐标，在坐标纸上标绘曲线，将得一下垂形曲线，常称氧垂曲线，•该图反应了耗氧和复氧的协同作用。•当耗氧速率复氧速率时，溶解氧曲线呈下降趋势；•当耗氧速率=复氧速率时，为溶解氧曲线最低点，即最缺氧点；•当耗氧速率复氧速率时，溶解氧曲线呈上升趋势•氧垂曲线的趋势是一样的，但因为有机物浓度、水体流量Q、废水量q、河道弯曲程度，水流湍急情况等因素的不同而有一定出入•有机污染量＜自净能力，则氧垂点DO＞0•反之则大于0•2.氧垂曲线公式•耗氧与复氧同时进行，将两曲线叠合起来即可•设废水排入水体t日之后，耗氧量为X1，溶入氧量为X2，则河水中实际氧量X=X2-X1•DO的实际增加率（dX/dt）=（dX2/dt）－（dX1/dt）dX1/dt为耗氧速率，耗氧速率与有机物的衰减相一致、即与BOD的衰减相一致。得（dX1/dt）=k1’·Lk1’:耗氧速率常数L：河水中的BOD值dX2/dt为复氧速率复氧速率与水中溶解氧亏缺量成正比D=S-XD：亏氧量S：某一温度水中饱和溶解氧量X：该温度下的实际溶解氧量所以（dX2/dt）=k2’·Dk2’：复氧速率常数•对D=S-X微分：（dD/dt）=d(S-X)/dt（S为定值）DkLkLkDkdtdXdtdD2112•氧垂曲线公式（Streeter—Phelps方程）•或tktktkateDeekkLkD2210121tktktkatDkkLkD2211010100121•Streeter—Phelps方程的应用：•利用该方程可以求出氧垂曲线上任一点的亏氧量，很多情况下，人们希望找到排污后的DO最低点——临界点•令dDt/dt=0可以得到：•Dc：临界点的亏氧值•tc：从受污点至临界点所需时间011201212)(1lg1LkkkDkkkktcctkcLkkD110021•复氧速率常数k2：•复氧速率常数与许多因素有关（水流湍急情况、水流速度、河床特征、水深、河水表面积、水温）•一般地，在水温=20℃、v＜0.5m/s的情况下：k2取0.2/d，急流情况下，k2可达0.5~1/d•复氧速率常数k2与水温的关系：•k2（t）=k2（20）θT－20•θ：温度系数，一般取θ=1.016•∴k2（t）=k2(20)(1.016)T－20•水体的自净比率（水体自净系数）：•f=k2/k1（将其作为~）将其代入Dt和tc可以得到•水体自净系数也是一个温度的函数，随温度↑而↓，变化约为2%/℃00)1(0)1(110110122LDffLDtkftkt001)1(1lg)1(1LDfffktc•例6某污水排入某河水，最不利的情况发生在夏季高温而河水流量小的时候。已知废水最大流量为15000m3/d，BOD5=40mg/l，DO=2mg/l，水温25℃。废水排入口上游河流最小流量为0.5m3/s，BOD5=3mg/l，DO=8mg/l，水温22℃。假定废水与河水能瞬间混合，20℃时k1=0.10/d，k2=0.17/d.试求临界亏氧量及其发生的时间。三、水中细菌的死亡•含有一般有机物的废水排入水体后，细菌先大量增加，而后逐渐减少•促使细菌在水中死亡的原因：•（1）有机物因氧化分解而减少•（2）污染水体中有大量吞食细菌的生物（如纤毛类原生动物、浮游动物）•（3）生物物理因素（如絮凝、沉降）•（4）pH、阳光（杀菌）、水温四、水环境容量•一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量叫做~•水环境容量大小与以下因素相关：•（1）水体特征：水文参数、背景参数、自净参数、工程因素•（2）污染物特征：扩散性、持久性、生物降解性•（3）水质目标•假如某种污染物排入某地面水体，此水体环境容量表示为：•W=V（S－B）+C•W：某地面水体的水环境容量•V：该地面水体体积•S：该水体某污染物的环境标准•B：某污染物的环境背景值•C：自净能力