课件-(6水环境演化原理)

耗氧和复氧的共同作用，使水中的溶解氧在距离排污口
下游的一段距离内，因耗氧超过复氧而沿程逐渐下降，
直至最低点，而后随着复氧作用逐渐大于耗氧，溶解氧
沿程不断增加，并逐渐趋于溶解氧的饱和浓度，这个过
程称氧垂曲线。
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3. 水体的耗氧过程
▪ 1、水体的有机物耗氧：首先是CBOD氧化分解过 程yC(t)，如线(1)；然后是NBOD氧化分解过程 yN(t)，如线(2)。
水环境规划与管理
2012.03
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第四章 水环境演化原理
▪ 1 污染物在水中的迁移转化 ▪ 2 水体的耗氧过程和复氧过程 ▪ 3 水质迁移转化基本方程及其解
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 1、污染物的水中迁移过程：污染物在水中 的物理迁移过程，主要包括污染物随水流 的输移与混合，受泥沙颗粒和底岸的吸附 与解吸、沉淀与再悬浮，底泥中污染物的 输运等。
M
mx
E
C x
▪ 式中：Mmx某点在x方向由于分子扩散作用污染物 于单位时间通过单位面积的质量，称为分子扩散
通量，mg/(m2.s)；C为该点的污染物浓度，mg/m3；
Em为分子扩散系数，一般在10-9~10-8m2/s之间。
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1. 污染物在水中动扩散是由于紊流中 涡旋的不规则运动一起的。紊动扩散通量，可用 类似分子扩散通量的Fick定律表达
▪ 水环境数学模型：根据排入水体的污染物， 即污染负荷，模拟预测受纳水体未来水质 状况的一种数学手段和工具。
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ (1)移流作用的输移：河水移流运动，是指以时均 流速为带便的水体质点的迁移运动，也称对流运 动。对于某点污染物沿流向x的输移通量为
Fx uC
▪ 式中：Fx为过水断面上某点沿x方向的污染物输移 通量，mg/(m2.s)；u为该点沿x方向的时均流速， m/s；C为该点污染物的时均浓度，mg/m3
2.横向紊动扩散系数Ety
Ety Hu*
式中： 为经验性系数。灌溉渠道0.24~0.25；弯曲河道 0.4~0.8，若二次环流强烈，1~3；其他情况0.1~0.2
3.纵向紊动扩散系数Etx 由于纵向离散系数Ed远比纵向紊动扩散系数大（几十
至上百倍），所以并入纵向离散系数中考虑
P70断面流速资料推求Ed
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 由于移流和扩离散作用的存在，使废水排 入河流后，在河流中一般出现三种不同混 合状态的区段。
1.垂向混合河段 从排污口到下游污染物沿垂直（水深）方向达到混
合均匀的断面所经历的区段。 2.横向混合河段
从垂向均匀混合断面到下游污染物在整个过水断面 上均匀混合的区段 3.纵向混合河段
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 污染物的输送率：
FA uCA QC
▪ 式中：FA为断面A上的污染物输送率，mg/s；u为
断面平均流速，m/s；C 为断面平均浓度，mg/m3； A为过水断面面积，m2；Q为流量，m3/s.
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ (2)分子扩散作用的输移：扩散是由于物理量在空 间上存在梯度使之在空间上趋于均化的物质迁移 现象。水中污染物由于分子的无规则运动，从高 浓度区向低浓度去的运动过程，称为分子扩散。
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3. 水体的耗氧与复氧过程
▪ 1、水体的氧平衡：水中溶解氧的变化是一 个不断消耗又不断补充的动态平衡过程。 在随水流向下游迁移扩散的同时，由于有 机物的氧化分解、藻类呼吸作用等使水中 的溶解氧不断消耗；另一方面，由于复氧 作用和光合作用，使水在流动中的溶解氧 不断得到补充。
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3. 水体的耗氧与复氧过程
一般吸附能力远大于解吸能力，因此总的趋势是使水体
污染浓度减少
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 3、沉淀与再悬浮：水中悬浮的泥沙既是一 种污染物，也是可溶性污染物吸附剂，水 质计算中经常需要考虑。
dC dt
kcC
式中：kc为沉浮系数，沉淀取正号，，悬浮时取负号； C为水中污染物在t时的浓度
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2. 天然水流的扩离散系数
横向混合河段之后的河段
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ 2、吸附与解吸：污染物或胶状物吸附在河
岸、河床，降低水体的污染浓度；当水体
条件改变时，再溶解于水中的过程称为解
吸。
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Se k Cen
式中：Se为吸附达到平衡时水中泥沙的吸附浓度，常以 ug/g计；Ce为吸附平衡时水体的污染物浓度，常以ug/L计； k、n为经验常数
▪ 1、分子扩散系数Em：主要与温度、溶质、 压力有关，与水的流动特性无关，即表现 为各项同性（10-8-10-9）。
▪ 2、紊动扩散系数Et：主要与水流的紊动特 性有关，各向异性。
1.垂向紊动扩散系数Etz
Etz 0.068 Hu*
式中：H为水深；u* gHJ 为摩阻流速。
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2. 天然水流的扩离散系数
生物降解具有酶的催化性质，受到pH值的影响 3.水温的影响
yN LN 0 1 eKN ttC
LN0为t=tC时刻水中的NBOD， KN为NBOD降解的耗氧系 数，tC为硝化过程比碳化过程滞后的时间
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3. 水体的耗氧过程
▪ 影响K1的主要因素与处理方法。
1.污水特性的影响 来源不同，碳水化合物、脂肪、蛋白质不同，降解速
率不同，一般去原水试验测定。 2.pH值的影响
M tx
Etx
C x
▪ 式中：Mtx为沿x方向污染物的紊动扩散通量， mg/(m2.s)；Etx为x方向的紊动扩散系数，m2/s
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1. 污染物在水中的迁移转化
▪ (4)离散（弥散）作用的输移：由于断面流速不均 匀导致的污染物沿纵向的离散现象。
M dx
Edx
C x
▪ 式中：Mdx为污染物沿x方向的离散输送通量， mg/(m2.s)；C为断面平均污染浓度，mg/m3；Edx 为纵向离散系数，m2/s。
前者称碳化阶段的降解耗氧过程，后者称硝化阶段的降解耗氧 过程。后者一般滞后前者10d左右。
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3. 水体的耗氧与复氧过程
1.BOD耗氧过程
y L0 1 eK1t
L0为起始时刻剩余BOD，K1为BOD降解的耗氧系数
2.CBOD耗氧过程
yC LC0 1 eKCt
LC0为起始时刻水中的CBOD， KC为CBOD降解的耗氧系 数 3.NBOD耗氧过程