水体自净能力及处理准则(5月8日)

dX 2 = K '2 D dt
积分， 积分，有：
dD d (S − X ) dX = =− dt dt dt
dD ' = k1' L − k 2 D dt
因某一温度下的饱和溶解氧量(S)为定值，因此有： 因某一温度下的饱和溶解氧量(S)为定值，因此有： (S)为定值
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4.3 水体污染与自净
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4.2、 4.2、 水体的生化自净
水体的生化自净：废水进入河流后，除被稀释外， 水体的生化自净：废水进入河流后，除被稀释外，其中的有机污染物在水中 微生物的作用下进行氧化分解，逐渐变为无机物的过程。 微生物的作用下进行氧化分解，逐渐变为无机物的过程。 （一）、水体中氧的消耗与溶解 污染过程（氧垂曲线及氧垂曲线方程） 污染过程（氧垂曲线及氧垂曲线方程） 耗氧有机物的污染过程：耗氧有机物进入水体后，由于DO（水中溶解氧） 耗氧有机物的污染过程：耗氧有机物进入水体后，由于DO（水中溶解氧） DO 不断被消耗（耗氧） 有机物量逐渐减少，微生物量得到增殖， 不断被消耗（耗氧），有机物量逐渐减少，微生物量得到增殖，同时大气中 的氧气不断向水中补充（复氧） 最终使有机物量、DO达到新的平衡。 的氧气不断向水中补充（复氧），最终使有机物量、DO达到新的平衡。 达到新的平衡 被消耗的氧的来源： 被消耗的氧的来源： 1. 2. 3. 水体和废水中原来含有的氧； 水体和废水中原来含有的氧； 大气中的氧向含氧不足的水体中扩散溶解，直到水体中DO达到平衡； 大气中的氧向含氧不足的水体中扩散溶解，直到水体中DO达到平衡； DO达到平衡 水生植物的光合作用释放出的氧。 水生植物的光合作用释放出的氧。
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材料与冶金学院 吴畏
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第一章 水质与水体自净
第一节 水的循环与污染 第二节 水质指标与水质标准 第三节 废水的成分与性质 第四节 水体自净作用与水环境容量 第五节 水处理的基本原则和方法
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第三节 废水的成分与性质
1. 工业废水：各种企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、 工业废水：各种企业在生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、冷却水、 烟气洗涤水、设备、 烟气洗涤水、设备、场地清洗水以及生产废液等 特点：成分复杂、含量变化大、毒性强、 特点：成分复杂、含量变化大、毒性强、净化处理困难 2. 生活污水：日常生活中产生的各种污水混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、 生活污水：日常生活中产生的各种污水混合液，包括厨房、洗涤室、浴室、 集体单位公用事业排出的污水 城市污水： 城市污水：指排出城市管网的各种污水的总和 特点：含氮、 特点：含氮、磷、硫高，成分主要为纤维素、淀粉、糖、蛋白、脂肪、尿素 硫高，成分主要为纤维素、淀粉、 蛋白、脂肪、 3.农业废水：农作物栽培、牲畜饲养、食品加工过程中排出的污水和液态废物 农业废水：农作物栽培、牲畜饲养、 农业废水 特点：含氮、磷高，成分主要为微生物、化肥、农药、不溶解固体和盐分 特点：含氮、磷高，成分主要为微生物、化肥、农药、
Q1 = υρ
其中Q 污染物质推流量 污染物质推流量， s)； 河流流速， 其中Q1—污染物质推流量，mg/(m2.s)； V—河流流速， m/s 河流流速 污染物质质量浓度， p—污染物质质量浓度，mg/m3 污染物质质量浓度 2. 扩散Q2 = − KFra bibliotekdρ dx
其中Q 污染物质扩散量 污染物质扩散量， .s)； dp/dx—单位路程长度上的浓度变化 其中Q2—污染物质扩散量，mg/(m2.s)； dp/dx 单位路程长度上的浓度变化 K—扩散系数 扩散系数， 值， mg/(m3.m); K 扩散系数，m2/s
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dt
= − K 1L
亦即
L
= − K 1dt
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4.3 水体污染与自净
亏氧量（D)：是指在某一温度时水中的溶解氧的平衡浓度（饱和溶解氧量S)与实际 亏氧量（D)：是指在某一温度时水中的溶解氧的平衡浓度（饱和溶解氧量S)与实际 S) 浓度(实际溶解氧量X)之差： D=SX)之差 浓度(实际溶解氧量X)之差： D=S-X 因复氧速率与该时刻水中的溶解氧的亏缺量成正比， 因复氧速率与该时刻水中的溶解氧的亏缺量成正比， 因此有： 因此有：
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水体的自净作用
河流的自净作用是指河水中的污染物质在河 水向下游流动中浓度自然降低的现象。
根据净化机制分为三类
物理净化： 稀释、扩 散、沉淀
化学净化： 氧化、还 原、分解
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生物净化：水中 微生物对有机物 的氧化分解作用
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水体自净
特征： 特征：
污染物浓度逐渐下降 污染物毒性降低 重金属：溶解态→被吸附 不溶性化合物 底泥 被吸附→不溶性化合物 重金属：溶解态 被吸附 不溶性化合物→底泥 复杂有机物→简单有机物 复杂有机物 简单有机物 不稳化合物→稳定化合物 不稳化合物 稳定化合物 溶解氧经急剧下降→ 最低点→缓缓上升 溶解氧经急剧下降 最低点 缓缓上升 生物种群趋于正常分布
dX 2 dt
dX 2 dX 1 = − dt dt dt
是复氧速率。 是复氧速率。
由于氧的消耗是由于排入的有机物质所引起，因此， 由于氧的消耗是由于排入的有机物质所引起，因此，耗氧速率和有机物分解 是一致的。即与BOD的衰减一致。 BOD的衰减一致 是一致的。即与BOD的衰减一致。则： dX 1 dL ' ' 河中的有机物浓度， L——河中的有机物浓度，BOD 河中的有机物浓度 耗氧速度常数（ K’1——耗氧速度常数（反应速度常数） 耗氧速度常数 反应速度常数）
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氧垂曲线公式
有机物 + O2 微生物→ CO2 + H 2 O + NH 3
流经t日后，消耗氧量为X 溶入的氧量为X 河水中实际溶氧量为X, X,则 流经t日后，消耗氧量为X1,溶入的氧量为X2,河水中实际溶氧量为X,则: X=X2-X1 某时刻的溶解氧的增加速率为： dX 某时刻的溶解氧的增加速率为： 是耗氧速率, 是耗氧速率,
q
q
根据物料平衡，完全混合断面中某种污染物在河水中的混合浓度： 根据物料平衡，完全混合断面中某种污染物在河水中的混合浓度：
ρ q + ρ 2αQ 式中： 断面中某种污染物的平均浓度， 式中：p——断面中某种污染物的平均浓度，mg/L； 断面中某种污染物的平均浓度 mg/L； ρ= 1 污水中某种污染物的浓度， p1——污水中某种污染物的浓度，mg/L； 污水中某种污染物的浓度 mg/L； αQ + q 河水中该污染物的浓度， p2——河水中该污染物的浓度，mg/L； 河水中该污染物的浓度 mg/L； 污水流量m3/s q——污水流量m3/s； 污水流量m3/s； 河水流量m3/s Q——河水流量m3/s； 河水流量m3/s； 混合系数， 混为参与混合的河水流量）。 α——混合系数，α=Q1/Q （Q1混为参与混合的河水流量）。 混合系数
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4.1、废水在水体中的稀释和扩散 、
水体混合稀释：废水排入河流中后， （二）、水体混合稀释：废水排入河流中后，由于受到河水推流和扩散作用 而逐渐与河水相混合，污染物质的浓度也因而逐渐降低的过程。 而逐渐与河水相混合，污染物质的浓度也因而逐渐降低的过程。其影响 因素主要有： 因素主要有： 废水流量和河水流量的比值：比值越大， (1) 废水流量和河水流量的比值：比值越大，需要较长距离才能使整个河流 断面上污染物达到完全均匀混合； 断面上污染物达到完全均匀混合； 废水排放口的形式：集中排放废水，达到完全混合所需时间和距离较长， (2) 废水排放口的形式：集中排放废水，达到完全混合所需时间和距离较长， 反之，分散排放与河流中央，所需时间和距离就短； 反之，分散排放与河流中央，所需时间和距离就短； 河流水文条件：河深、流速、河道弯曲程度及是否为急流、跌水等。 (3) 河流水文条件：河深、流速、河道弯曲程度及是否为急流、跌水等。 混合系数a 从废水排入口到完全混合断面前的河道中， 混合系数a：从废水排入口到完全混合断面前的河道中，仅一部分水流参与 稀释，参与混合稀释的河水量与河水总量的比值为混合系数。 稀释，参与混合稀释的河水量与河水总量的比值为混合系数。 Q α= 1 Q 其中， 混合系数 混合系数； 参与混合稀释的河水流量； 河水总量。 其中，a—混合系数；Q1—参与混合稀释的河水流量；Q2—河水总量。 参与混合稀释的河水流量 河水总量
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第四节 水体自净作用与水环境容量 4.1 水资源的可再生性
水体自净: 经过一系列的 物理、化学及生物学变 化，水体中的污染物质 被分散、分离或分解， 水体重新恢复原来状态 的过程，称为水体自净。 自然再生（周期性） 人工再生 （解决水资源短缺的重要 途径之一）
Water of Hydrosphere World Ocean Ground water Polar ice Mountain glaciers
Ground ice of the permafrost zone
Period of renewal 2500 years 1400 years 9700 years 1600 years 10000 years 17 years 5 years 1 years 16 days 8 days several hours
解上式即可得氧垂曲线方程（菲里普斯方程） 水体生化自净规律： 解上式即可得氧垂曲线方程（菲里普斯方程）——水体生化自净规律： 水体生化自净规律
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需氧性污染示意图
废水排放 COD O2
表层
清洁带 污染带 恢复带 清洁带
河流 DO BOD 溶解氧下垂曲线 河床
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4.1. 废水在水体中的稀释和扩散
稀释原理：污染物质进入河流后， (一). 稀释原理：污染物质进入河流后，一是由于河流流速的推动沿着水流 前进方向运动，形成推流或平流；二是由于污染物的进入， 前进方向运动，形成推流或平流；二是由于污染物的进入，使水流产生 了浓度的差异，污染物质由浓度高处相浓度低处进行迁移，即扩散。 了浓度的差异，污染物质由浓度高处相浓度低处进行迁移，即扩散。 1.平流: 平流: