第二章水体污染与自净 21水体自净的基本规律 21.1水体的自净作用 1.什么是水体自净: 污染物进入水体后,通过物理、化学、生物的作用, 使污染物浓度降低或总量减少,将水体部分或全部恢复原 状。 物理净化作用: 通过稀释、扩散、混合、沉淀等作用,降低浓度,不 减少总量 (1)稀释、扩散 稀释:污水进入水体后,逐渐和水体混合,浓度不断降低 的过程
第二章 水体污染与自净 2.1 水体自净的基本规律 2.1.1 水体的自净作用 1.什么是水体自净： 污染物进入水体后，通过物理、化学、生物的作用， 使污染物浓度降低或总量减少，将水体部分或全部恢复原 状。 2. 物理净化作用： 通过稀释、扩散、混合、沉淀等作用，降低浓度，不 减少总量。 ⑴稀释、扩散 稀释： 污水进入水体后，逐渐和水体混合，浓度不断降低 的过程
扩散:污染物进入水体后,在水体中产生浓度梯度场,污染物 有高浓度向低浓度迁移的过程。 包括:①分子扩散:布朗运动引起的物质分子扩散-用于湖 泊、水库等静水体 ②紊流扩散:水体紊流流态引起的污染物浓度降低- 河流等动水体 ③弥散:水体各层流速不同,引起的污染物浓度扩散 异重流。 (2)混合 ①混合效果--混合系数(a) 通过混合达到稀释的目的 a Q总-河水总流量 Q-与污水混合的河水流量
扩散： 污染物进入水体后，在水体中产生浓度梯度场，污染物 有高浓度向低浓度迁移的过程。 包括：① 分子扩散：布朗运动引起的物质分子扩散----用于湖 泊、水库等静水体。 ② 紊流扩散：水体紊流流态引起的污染物浓度降低------ 河流等动水体。 ③ 弥散： 水体各层流速不同，引起的污染物浓度扩散--- -异重流。 ⑵混合 ①混合效果----混合系数（α）--------通过混合达到稀释的目的 α= Q总----河水总流量 Q混----与污水混合的河水流量 总 混 Q Q
混合系数α受河流形状、排污口形式、排水量影响。 ②特定断面混合系数α的计算: 计算 全混 计算 排污口到计算断面的距离(距离好算,流量不 好算 全混 排污口到混合断面的距离(已知,可实测或查 表) (3)沉淀 污染物沉于河底,河水中浓度降低。(遇到扰动, 产生二次污染) 3化学净化作用 通过化学反应使污染物的存在状态发生变化,使污染物 浓度降低
混合系数α受河流形状、排污口形式、排水量影响。 ②特定断面混合系数α的计算： α= L计算------排污口到计算断面的距离（距离好算，流量不 好算） L全混------排污口到混合断面的距离（已知，可实测或查 表） ⑶ 沉淀 污染物沉于河底，河水中浓度降低。（遇到扰动， 产生二次污染） 3.化学净化作用 通过化学反应使污染物的存在状态发生变化，使污染物 浓度降低。 全混 计算 L L
(1)氧化还原 Fe -Fe(od)2 Mn(oh) Al3 AI(OH) SO2 Cr3 ------Cro+ (2)—酸碱反应 (3)吸附与凝聚 水体中存在的胶体微粒(表面带电),可以吸附 水中的阴阳离子 4、生物净化作用 生物净化作用可以降低污染物总量,是真正意义 上的净化
（1）氧化还原 Fe2+ --------Fe(OH)2 Mn2+ ---------Mn(OH) Al3+ ---------Al(OH)3 S 2- --------------SO4 2- Cr3+ --------------Cr6+ （2）——酸碱反应 （3） 吸附与凝聚 水体中存在的胶体微粒（表面带电），可以吸附 水中的阴阳离子 4、生物净化作用 生物净化作用可以降低污染物总量，是真正意义 上的净化
污水 O O 大 气 有 条 件(O2cls 河流。含氮有机污染物经好氧作用产生NH 经亚硝化 生 菌作用 NO-经硝化产生 诮作用 叮沉有机物 有机底泥 在缺氧条件下,经厌氧菌作闭、产些NH, CHAH-S co: 77777777777777777777 图24水体中含氮有机物生物化学净化示意图 22.2、水质基本模型 1、零维水质模型--各方向完全混合,理想状态; 2、一维水质模型--宽度、深度分布均匀,长度方向浓度变化; 3、二维水质模型-.度分布均匀,长度、宽度方向浓度变化; 4、三维水质模型 各方向均存在浓度变化
2.2.2、水质基本模型 1、零维水质模型-------各方向完全混合，理想状态； 2、一维水质模型-------宽度、深度分布均匀，长度方向浓度变化； 3、二维水质模型-------深度分布均匀，长度、宽度方向浓度变化； 4、三维水质模型----------各方向均存在浓度变化
223、河流的氧垂曲线方程 研究河流中DO的变化规律---DO的重要性(生态平衡) 1、河流中的溶解氧变化 存在两种变化趋势: 1)有机物被微生物降解,消耗水中的溶解氧,使DO下降 降解耗氧速率--与有机物浓度成正比 (2)河流流动过程中,接受大气复氧,使DO上升。 复氧速率 与亏氧量成正比 两种作用的结果形成氧垂曲线 2.河流氧垂曲线
2.2.3、河流的氧垂曲线方程 研究河流中DO的变化规律-------DO的重要性（生态平衡） 1、河流中的溶解氧变化 存在两种变化趋势： ⑴ 有机物被微生物降解，消耗水中的溶解氧，使DO下降； 降解耗氧速率------与有机物浓度成正比 ⑵ 河流流动过程中，接受大气复氧，使DO上升。 复氧速率----------与亏氧量成正比 两种作用的结果------形成氧垂曲线 2.河流氧垂曲线
清洁带 污染带 恢复觜 - BoD 16 装12 BOD DO 300 5678 污水河流流下时网d 图217河流中BOD及D的变化曲线 (1)第一段(AO):有机物浓度高,耗氧速率大于复氧速率, DO大幅度下降 O点溶解氧最低--氧垂电(最不利点) (2)第二段(OB):有机物浓度降低,耗氧速率小于复氧速率 DO开始逐渐回升。 (3)第三段(B以后):溶解氧回升至起始阶段
⑴ 第一段（AO）：有机物浓度高，耗氧速率大于复氧速率， DO大幅度下降； O点溶解氧最低-------氧垂电（最不利点） ⑵ 第二段（OB）：有机物浓度降低，耗氧速率小于复氧速率， DO开始逐渐回升。 ⑶ 第三段（B以后）：溶解氧回升至起始阶段
3氧垂曲线方程—河水中有机物降解与溶解氧平衡的数学模式 (1)有机物耗氧动力学 当沿水流方向输移的有机物量>>扩散稀释量,Q河q污不变,T水 不变时,有机物的生化降解的耗氧量正比于河水中有机物量 K,L L.=L×10-t L时刻水中残留的有机污染物的量 L—初始时刻,有机物总量,即氧化全部有机物所需的氧量 k1耗氧速率常数 k1=k2n12 k1=k2O2012 0=1.047k20=0.1
3.氧垂曲线方程——河水中有机物降解与溶解氧平衡的数学模式 （1）有机物耗氧动力学 当沿水流方向输移的有机物量>>扩散稀释量，Q河,q污不变，T水 不变时，有机物的生化降解的耗氧量正比于河水中有机物量 =-k1L Lt=Lo ×10-k1t Lt——t时刻水中残留的有机污染物的量； Lo——初始时刻，有机物总量，即氧化全部有机物所需的氧量 k1——耗氧速率常数 k1 = k2 T1-T2 k1 = k2 20-T2 = 1.047 , k20 = 0.1 dt dL
(2)DO变化过程动力学 氧溶与水的速率与氧亏量成正比 dD KD t=0时,D=Do Dt=Do*10-k2t D,t时刻河流中亏氧 D初始时刻河流中亏氧量; k2复氧速率常数
（2） DO变化过程动力学 氧溶与水的速率与氧亏量成正比 =k2D t=0时，D=Do Dt=Do*10-k2t Dt——t 时刻河流中亏氧量； Do——初始时刻河流中亏氧量； k2——复氧速率常数。 dt dD
3)耗氧与复氧共同作用 dD =K,L-kD t=0时,D=0,L=Lo k, Dtk2-k,(10410+2)+Do*102 dD 令=0,可求出氧垂点的时间t dt Do(k2-k k
（3）耗氧与复氧共同作用 =k1L- k2D t=0时，D=0, L=Lo Dt= (10-k1t -10-k2t ) + Do*10-k2t 令 =0，可求出氧垂点的时间t c t c= dt dD 2 1 1 0 k k k L − dt dD ( ) 2 1 1 0 0 2 1 1 2 lg 1 k k k L D k k k k − − −
