第3.3节-污染物在水中的扩散

第三章水体环境第二节污染物在水中的扩散一、污染物在水中的运动特征二、河流水体中污染物的稳态解三、河流水质模型第三章水体环境一、污染物在水中的运动特征（一）推流迁移（二）分散迁移（三）污染物的衰减和转化（一）推流迁移1、何谓推流迁移？污染物在水流作用下产生的迁移作用。第三章水体环境2、作用：推流作用只改变水流中污染物的位置，并不能降低污染物的浓度。第三章水体环境xyzu3、推移通量计算公式：fx=uxc，fy=uyc，fz=uzcfx，fy，fz——x、y、z方向上污染物推移通量ux，uy，uz——在x、y、z方向上的水流速度分量c——污染物浓度第三章水体环境（二）分散作用1、分子扩散分子扩散湍流扩散弥散由分子的随机运动引起的质点的分散现象。分子的扩散过程服从斐克第一定律——分子扩散的质量通量与扩散物质的浓度梯度成正比。2、湍流扩散在河流水体的湍流场中质点的各种状态（流速、压力、浓度等）的瞬时值相对于平均值的随机脉动而导致的分散现象。第三章水体环境3、弥散由空间各点湍流流速时平均值和流速时平均值的空间平均值的系统差别所产生的分散现象。分子的弥散过程可以用斐克第一定律来描述——分子弥散的质量通量与弥散物质的湍流平均浓度梯度成正比。第三章水体环境（三）污染物的衰减和转化1、进入水体中的污染物类型（根据在水中转移和衰减形式）保守物质：进入水体后，随着水流改变空间位置，由于分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，但不会改变总量。应严格控制排放，因为水环境对其没有净化能力。非保守物质：进入水体后，随着水流改变空间位置，由于分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，还因污染物的自身衰减而加速浓度下降，减少总量。第三章水体环境2、河流水的推移作用、分散作用和衰减作用过程IIIIII图I为推流迁移：a=A，∆x1=∆x0图II为推流迁移+分散：a=A，∆x1∆x0图III为推流迁移+分散+衰减：aA，∆x1∆x0第三章水体环境二、河流水体中污染物扩散的稳态解（一）一维模型（二）二维模型（略）第三章水体环境（一）一维模型1、何谓稳态？在水流处于稳定流动状态、污染源连续稳定排放的条件下，水中的污染物分布状况也稳定的。这时，污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化。这种状态称为稳态。第三章水体环境2、一维模型（稳态）：假设条件：假定只在X方向上存在污染物浓度梯度xyz河流某一断面上一点的污染物浓度C的相关条件：河流流量——Q(m3/s)断面的平均流速——ux(m/s)纵向弥散系数——Dx(m2/s)排入污水的流量——q(m3/s)污水中某种污染物的浓度——cz(mg/L)河流中某种污染物的本底浓度——c1(mg/L)排放点完全混合后的初始浓度——c0(mg/L)污染物的衰减速度常数——K第三章水体环境例1：向一条河流稳定排放污水，污水流量q=0.15m3/s，BOD5浓度为30mg/L，河流流量Q=5.5m3/s，流速ux=0.3m/s，本底BOD5浓度为0.5mg/L，BOD5的衰减速度常数K=0.2/d，纵向弥散系数为Dx=10m2/s，试求排放点下游10Km处的BOD5浓度。解：1、求其始点初始浓度：2、考虑纵向弥散作用条件下的下游10Km处的浓度：3、不考虑纵向弥散作用条件下的下游10Km处的浓度：第三章水体环境三、河流水质模型（一）污染物与河水的混合（二）生物化学分解（三）大气复氧（四）简单河段水质模型第三章水体环境（一）污染物与河水混合1、竖向混合2、横向混合L1L2KT1第三章水体环境（二）生物化学分解1、一级反应式：L=L0e-KtL——t时刻的有机物的剩余生物化学需氧量L0——初始时刻有机物的总生物化学需氧量K——有机物降解速度常数=θT-T1KT若取T1=20oC，以K20为基准，那么KT=K20θT-20θ=1.047（T=1—30oC）衰减常数Kr的确定：Kr=ln()第三章水体环境2、河流中BOD的衰减规律：LBLAt1LA——A断面处的BOD浓度LB——B断面BOD的浓度t——A、B断面间的流行时间若符合一级反应规律在稳态河流中BOD的变化规律：L——河流中任意断面处的BOD浓度L0——河流中气始断面BOD的浓度x——自起始断面到下游的距离ux——自起始断面到测定点的流速第三章水体环境（三）大气复氧1、来源：水中绿色植物的光合作用大气中的溶解2、模型：CS——河流中饱和溶解氧的浓度C——河流溶解氧的浓度（DO）（CS–C）——溶解氧不足量（又称氧亏值D）要恢复的溶解氧含量的最大值即复氧Ka——大气复氧常数Kar=Ka20θ7-20一般河流的溶解氧在7ppm以上，5ppm以下，各种浮游生物不能生存；4ppm以下鱼类生存极限；2ppm水体发臭。0饱和溶解氧浓度Cst氧垂曲线复氧曲线耗氧曲线DO第三章水体环境（四）简单河断水质模型1、条件：只有一个排放口的单一河段；将排放口的作为河段起点，x=0；将上游河段的水质作为河段水质底值；河流中的BOD衰减和溶解氧的复氧都是反应恒定的一级反应；河流中的耗氧决定于BOD。2、模型曲线：L0tc第三章水体环境DO=L0–BOD+D单位：ppm第一天第二天第三天第四天第五天BOD54321D122.53.54.5DO1=L0–5+1=L0-4DO2=DO1–4+2=L0-6DO3=DO2–3+2.5=L0–6.5DO4=DO3–2+3.5=L0-5DO5=DO4–1+4.5=L0–1.5第三章水体环境0-1-2123456789(日)0481216ppm200-12-241224364860728496108(英里)清洁区水质恶化区恢复区清洁区Aaxx0x1∆x0∆x1Axx0x1∆x0∆x1Axx0x1∆x0a∆x1a