工程环境保护与可持续发展第7七章特定水体的污染及自净

第二节 河流的污染与自净
水质特征：
水量、水质随季节变化大，水体更新期短、更新快。 水流速高，与地表物质接触时间短，水面蒸发面小，矿化度较低。
污染性质：
①病原污染期。工业不发达时，生活污水-有机质、病原菌污染，流行 性传染病。
②总体污染期。生活污水＋工业废水。 ③新污染期。石油、化工、核工业，新污染物、毒物增多。
②水生植物光合作用的放氧。
仅考虑好氧菌生化降解反应，符合一级反应动力学。
耗氧速率： dL /d tk1L
L＝BOD， k1一耗氧速率系数
定义：亏氧量（复氧速率 正比于 亏氧程度）
DOs Ox
Os、Ox—饱和、实际溶解氧浓度。
复氧速率： dO x,2/dtk2D
Ox,2＝复氧量，k2一复氧系数
∴实际氧浓度 可用亏氧表示
d d O tx d (O s d tO x) d d D t k 2 D k 1 L
d/D d tk1Lk2D积分得亏氧方程
氧垂曲线－亏氧状态变化曲线
耗氧：t↑， L＝BOD↓
复氧：t↑， 复氧量O x,2↑
两者变化速率不同。 ∴ D曲线先↓，
经过临界亏氧点
Dc＝Dmax，
D曲线再↑
有机污染量大，初亏 D0 也 大 ， D 在 相 当 时 间处于下降，亏氧段 很长。严重时，出现 无氧段（氧垂曲线中 断），厌氧分解。
q
q
计算断面污染物浓度式： (cl—废水中污染物质的浓度，mg/L；c2—废水排放前河水中该污染物质的浓度，mg/L)
c c 1 q q Q c 2 1 Q 1 c 1 q q c 2 Q Q c N 1 N N 1 c 2
2）氧垂曲线模型（生化净化） 耗氧：取决于有机物、氨氮，无机还原物数量。 复氧：①大气氧向水体扩散；
（3）细菌自然死亡： 环境变化使寄生细菌逐渐死亡，如基质减少、日光杀菌、水温及
pH不适、毒物存在、吞食细菌的原生动物存在。
（4）生物净化： 微生物作用下，将有机污染物逐渐分解氧化，使其含量逐渐降低。
生物降解—在微生物作用下，将有机化合物分解转化为低级有机物、 简单无机物的过程。
一般分为： 好氧降解：溶解氧（O2）存在，好氧微生物完成生化反应，产物是稳 定无机物（CO2、H2O）。 厌氧降解：氧气不足、无氧气，厌氧微生物完成生化反应，产物不 完全是稳定无机物（甲烷、乙酸等有机物，NH3等氧化不彻底的无机 物）。
推流 扩散
Q1 v c
dc Q2 k dx
v↑→Q ↑ 1 (污染物的推流量，mg/(m2·s) ) Δc↑，k↑→Q2↑(污染物的扩散量)
在没有达到完全混合的河道断面上，废水并不能与全部河水完全混合。
混合系数：参与混合稀释的河水
流量与河水总流量之比，称为混合系数
Q1/Q
1
平缓河流近似取
亏氧方程
D k k 2 1 L 0 k 1[e x k 1 t) p e(x k 2 tp ) ](D 0ex k 2 tp ) (
初亏 D 0 (D 1 q D 2 Q )/q ( Q )
临界亏氧时间：
受污点至氧垂曲线最缺氧 点（称为临界点）的流经时间。
令dD/dt0
tck21 k1lnk k1 21D L0 0k2k 1k1
3）细菌衰亡 若污染物负荷＜自净能力： ①生物净化使有机物减少，细菌缺食； ②原生、浮游动物吞食细菌； ③日光杀菌、温度不利、pH值不适等。 通常，生活污水12～24h流过的距离，细菌污染最严重。 若污染物负荷＞自净能力： 河段细菌污染严重，与有机污染的严重程度相应。
第三节 湖泊（水库）的污染与自净
初始BOD浓度
L 0 (L 1 q L 2 Q )/q ( Q )
临界距离－污染源至临界点距离：
xc utc
k1、k2与水质、河床特性、温度有关。20℃，正常河 流，k1≈0.3物降解污染物；
②河流断面变化不大，水生植物和硝化作用可忽略；
③废水与河水在污染源处已完全混合。
我国河流长度有70.6%被污染。 有机污染是一个不可忽视的因素。
河流污染特点：污染易发生；易扩散自净恢复。污染途径多，种类
繁杂，多是耗氧有机物。
自净机理：
（1）物理净化： ①重力作用－悬浮固体沉降。 ②水流输运－推流、扩散(浓度差)，使污染物由高浓度→低浓度迁 移。
（2）化学净化（或物理化学）： 氧化－还原、酸碱中和、沉淀－溶解、分解－化合、吸附－解吸、 凝聚－胶溶。
第一节 水体自净
水污染： 进入水体污染物＞水体本底值、自净能力 水体自净:水体自行消纳污染物，使自身质量保持洁净能力
的过程。 不同的水体有不同的自净能力。 自净过程： 物理过程（稀释、扩散、挥发、沉淀）； 化学物理过程（氧化还原、吸附凝聚、中和）； 生化过程（微生物对有机物分解代谢，不同生物群体相 互作用）。
L/L 1
（ L1—废水排放口至计算断面的距离，m； L－废水排放口至完全混合断面的距离，m）
经验：v较低时，
α＝0.3～0.6；
v＝0.2～0.3m/s时， α＝0.7～0.8；
v较高时，
α ＝0.9；
排放管伸入水体，设置多个分散排放口时， α ＝1。
稀释倍数N： NqQ1 qQ 参与混合的河水流量Q1与废水流量q之和与q的比值
兼性微生物：两种条件下都能进行生化反应。
河流的自净规律（混合稀释模型、氧垂曲线模型）
1）混合稀释模型（物理净化）稀释 由于推流与扩散作用导致稀释，但不能改变、去除污染物。
（污染物质进入水体后，存在两种运动形式，一是由于水流的推动而产 生的沿着水流前进方向的运动，称为推流或平流；另一是由于污染物质在 水中浓度的差异而形成的污染物从高浓度处向低浓度处的迁移，这一运动被 称为扩散。废水排入河流后，由于推流和扩散作用，逐渐与河水相混合，污 染物的浓度逐渐降低。）
第一节 水体自净 第二节 河流的污染与自净
一、河流的水质特征 二、河流的污染及其特点 三、河流水体的自净机理 四、河流水体的自净规律 五、水环境容量 第三节 湖泊（水库）的污染与自净 一、湖泊（水库）水体的特征 二、湖泊的污染及其特点 三、湖泊（水库）的自净规律 第四节 海洋的污染与自净 一、海洋水体的特征 二、海洋污染现状及特点 三、海洋污染的自净规律