第四节-水质模型

第四节水质模型水质模型的基本原理：污染物在水环境中的物理化学和生物过程遵守质量守恒定律，模型发展大体经历了简单的氧平衡模型阶段、形态模型阶段和多介质环境结合生态模型阶段。水质评价硬度：水中Ca2+和Mg2+溶解盐的总量。总硬度：水中Ca2+和Mg2+的总浓度暂时硬度：水中Ca2+和Mg2+的碳酸盐和碳酸氢盐所构成的硬度永久硬度：其他形式Ca2+和Mg2+盐所构成的硬度水质评价酸碱度及pH酸度：水中含有的无机酸、有机酸、强碱弱酸盐等能与强碱发生中和作用的全部物质。酸度水质评价有机物有机物间接评价指标溶解氧（DO）生物需氧量（BOD）:好氧微生物在分解水中有机物的生物化学过程中所消耗的溶解氧量。第一阶段：含碳有机物氧化（5天70%）第二阶段：含氮有机物硝化（5-7后开始）水质评价化学需氧量（COD）：氧化1L水样中还原性物质所消耗化学氧化剂的量，包括有机物和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。水质评价含氮化合物氨氮：游离氨(NH3)和离子氨（NH4+）亚硝酸硝酸盐凯氏氮：向水样中加入浓硫酸等后加入消解，使有机氮转化无氨氮，然后测定氨氮的含量。总氮水质评价总含盐量（TDS）:严格说应为总含可溶性盐量；测定方法：用孔径0.45微米的滤膜过滤掉悬浮固体物质后，在103-105C下将过滤后的水样蒸干，所得残余物的质量。硝酸铵的分解温度：110C第四节水质模型LKxLu122xLExLuxLKxLExLux122LKtL1氧平衡模型1。Streeter-Phelps模型水体有机污染物（浓度用BOD表示）消耗速率为Fick第二定律，河流的离散导致的BOD的变化为则BOD变化速率为：3．菲克第二定律：解决溶质浓度随时间变化的情况两个相距dx垂直x轴的平面组成的微体积，J1、J2为进入、流出两平面间的扩散通量，扩散中浓度变化为，则单元体积中溶质积累速率为（Fick第一定律）tc21JJdxtcxxcDJ)(1菲克第二定律的推导（Fick第一定律）（即第二个面的扩散通量为第一个面注入的溶质与在这一段距离内溶质浓度变化引起的扩散通量之和）若D不随浓度变化，则故dxxxcDJ2dxxcDxJ1dxxcDdxxcxDJJdxtc222122xcDtc第四节水质模型)(2sKxuLKKxExusx1222)(1。Streeter-Phelps模型大气中的氧气进入水体的速率与水中的氧亏值成正比22xExuxLKxu1水体BOD氧化引起的溶解氧消耗河流离散作用引起的溶解氧浓度变化水体溶解氧变化速率第四节水质模型)exp(10uxKLLLKKxus12)(LKxLu1)]exp())[exp(()exp()(21210120uxKuxKKKLKuxKss1。Streeter-Phelps模型t时刻BOD和溶解氧的值分别为若忽略河流离散作用第四节水质模型)]exp())[exp(()exp()(21210120uxKuxKKKLKuxKss101201212))((1lnKLKKKKKKuxsc1。Streeter-Phelps模型0x当时，溶解氧浓度为极值，即LKKs12)(代入得溶解氧的极限距离第四节水质模型2。Thomas模型在S-P模型的基础上，增加因悬浮物的沉淀引起的BOD变化速率LKKxLu)(31)]exp())[exp(()exp(2312310120uxKxuKKKKKLKuxKDcD)(21ccKLKxcus单位时间内BOD的变化率单位时间内溶解氧的变化率xuKKLL310ln)]exp())[exp(()exp()(2312310120uxKxuKKKKKLKuxKccccss第四节水质模型5405ln31KKL)]exp())[exp(()exp()(2312310120uxKxuKKKKKLKuxKccDs河段流量200000m3/d，流速40km/d，cs=9.0mg/L；BOD5=500mg/L污水以2000m3/d排放，下游5km处情况L0=500*2000/200000=5mg/L水质模型QUAL-II模型考虑营养物质对水生生物的影响T,DO，BOD,藻类，PO4,NH3,NO2-,NO3-,大肠杆菌，一种可衰减物质，三种不衰减物质。第四节水质模型二、湖泊富营养化预测模型基本原理：当入湖污染物为N、P等营养物时，根据质量守恒定律，湖水中污染物浓度的变化不仅与进出湖泊的数量有关，而且还其沉降速率的影响。cVqcIdtdcVpp考察湖中磷的变化时水体污染物日变化速率=日输入-日输出-日沉积第四节水质模型二、湖泊富营养化预测模型VqZRLvp/)1(11/1QZ1.Vollenweider公式2.Dillon公式第四节水质模型二、湖泊富营养化预测模型16.05.0171vqVZ)/(1VqZ3.合田健公式2.OECD公式第四节水质模型三、有毒污染物的归趋模型摒弃经验参数，在模型中只出现表征化合物固有性质的参数（实验室测定，与时间地点无关）和表征环境特征所测量的参数。主要考察动力学过程酸碱平衡，水解，生物降解，光解作用，挥发，沉淀-溶解作用，吸附解吸作用，生物浓缩，沉积作用以及污水排放等第四节水质模型三、有毒污染物的归趋模型有机物在水体中的迁移转化包括一下几个过程：负载过程：污水排放、大气沉降、地表径流等将有机毒物引入天然水体。形态过程：①酸碱平衡，影响挥发等作用；②吸着作用，悬浮物的迁移影响其归趋。迁移过程：①沉淀－溶解作用；②对流作用；③挥发作用；④沉积作用。转化过程：①生物降解作用；②光解作用；③水解作用；④氧化还原作用。生物累积过程：①生物浓缩作用；②生物放大作用第四节水质模型有机毒物归趋的基本原理：1.单个过程使某种化合物从水环境中消失速率之和是该化合物在水环境中消失的总速率2.有机物的存在不改变环境参数3.吸着速率远快于挥发和转化速率4.计算有机物因挥发和转化过程而从水环境中消失的速率5.考虑吸着过程对有机物消失过程的影响6.考虑有机物的输入、稀释及最终从系统中输出的速率，便可得出有机毒物在系统内的浓度和半衰期。