水动力学条件对絮体形成的影响
国家精品课程《水污染控制工程》3-活性污泥法
第四章、污水的生物处理
教学要求
1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、 容积负荷、污泥产率等。 3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。 4、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式； 5、掌握曝气理论。 6、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计； 时间安排 20h（其中机动2h）
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后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳 定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处 理的质量。
• 思考题：后生动物的出现反映了处理水质较好，因此能否说 明出水氨氮较低，氨氮在生物处理过程中被硝化？
③微生物增殖与活性污泥的增长：
a、微生物增值：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规 律与纯菌种的增殖规律相同，即停滞期（适应期），对数期， 静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。
③泥龄（Sludge age）Qc：生物固体平均停留时间或活性污泥在 曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排 放污泥量之比，用公式表示：θc＝VX/⊿X＝VX/QwXr 。式中： ⊿X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥 量。
Qw为排放的剩余污泥体积。 Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr) max＝106 /SVI • Qc是活性污混处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也 具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越 长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之， 增长速度快，个体小，出水水质相对差。 Qc长短与工艺组合 密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特征有所 不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生 物的组合，实现污染物的降解和转化。
水动力条件对水体自净作用的影响
水动力条件对水体自净作用的影响作者：朱红伟陈江海王勇来源：《南水北调与水利科技》2018年第06期摘要：通过水槽实验和理论分析，研究了水动力条件对水体自净作用的影响，发现水流流速是影响水体自净作用的主要因素之一，不同断面及水深条件下水体自净作用的差别不是特别明显。
分别采用生化需氧量-溶解氧耦合模型和化学一级反应拟合并预测了水质随时间的变化关系。
水流流速的增加在一定程度上提高了水体复氧能力，增强了水体的自净作用。
当流速超过一个临界值使得底泥再悬浮发生时，水体自净作用在短时间内急剧降低。
在引水工程中，合理控制和设计水力参数（流速流量、取水周期及间隔、增加消能水工建筑物）是控制水体水质的有效措施。
关键词：水动力;自净作用;流速;底泥再悬浮;引水工程中图分类号：TV131.2，X522文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：朱红伟The effect of hydrodynamic conditions on the self-purification of water bodyZHU Hongwei.1，CHEN Jianghai.1，WANG Yong.2（1.Shanghai Investigation，Design & Research Institute Co.，Ltd，Shanghai 200434，China;2.Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210029，China）Abstract：The effect of hydrodynamic conditions on the self-purification of water body was studied through the water flume experiments and theoretical analysis.It was found that flow velocity was one of the main factors affecting the self-purification of water body，while different section and water depth conditions did not make much difference on the self-purification of water body.We adopted the biochemical oxygen demand-dissolved oxygen coupling model and chemical first-order reaction to predict the variation of water quality with time.To some extent，the increase of water flow velocity improved the reaeration ability of water body and enhanced the self-purification effect of water body.However，when the flow velocity exceeded a certain value causing sediment resuspension，the self-purification effect of the water body decreased sharply in a short time.In a water diversion project，reasonable control and design of hydraulic parameters such as flow velocity and discharge，water intake period and interval，and increase of energy dissipation hydraulic structures are effective measures to control water quality.Key words：hydrodynamic;self-purification;flow velocity;sediment resuspension;water diversion project自然水體能够在其环境容量的范围内，经过物理、化学和生物的作用，使排入的污染物浓度随时间的推移靠自然净化作用逐渐降低[1-3]。
水动力学条件对絮体形成的影响
Ｓｔｏｋｅｓ 定 律 ； ④ 颗 粒 直 径 比 湍 流 中 的 最 小 涡 旋 尺
度还小； ⑤ 在颗粒运动期间， 其邻域由相同的流
体组成； ⑥ 作用在颗粒上的外力只来源于位势场。
除假定 ⑤ 以外， 其余假定都相当合理， 并且实际
上 也 是 可 以 满 足 的 ［７－８］。 因 此 运 用 Ｔｃｈｅｎ 方 程 描 述
Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ； ｆｌｏｃ； ｃｏｎｔａｃｔ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ
絮凝过程就是在外力作用下， 使具有絮凝性能 的微絮粒相互接触碰撞， 而形成更大的絮粒， 以适 应沉降分离的要求。絮凝是紧接在混合装置后面， 完成混凝过程的最终单元。为了达到完善的絮凝， 必须具备两个主要的条件， 即胶体要具有良好的絮 凝性能， 絮凝池需能保证胶体颗粒获得适当的接触 碰撞而又不致破碎的条件。未加混凝剂的原水， 即 使流经完善的絮凝池， 或胶体虽具有足够的絮凝性 能， 但絮凝池缺乏所需的水力条件， 都不能达到良 好的絮 凝 效 果 ［１－２］。 本 文 研 究 了 水 动 力 学 条 件 对 絮 体形成的影响。 １ 絮凝动力学过程
－
ｄｕｐ ） ＋ ３ｄ３
ｄｔ
２
!πμρ×
"ｔ
１ （ ｄｕ
－ ∞ !ｔ － τ ｄτ
－
ｄｕｐ ｄτ
） τｄ ＋ Ｆｐ
（ ３）
式中： ρｐ — —— 颗粒密度， ｋｇ ／ｍ３；
ｕｐ — —— 颗粒速度， ｍ ／ｓ。
各项的物理意义如下： 左边项表示加速粒子所
需 要 的 力 ； 右 边 第 １ 项 为 Ｓｔｏｋｅｓ 阻 力 ； 第 ２ 项 为
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｃｔ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｎｕｌａｒ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ， ｂｏｒｔｅｘ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｒｉｖｅｎ ｆｏｒｃｅ ｃａｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｋｉｎｅｔｉｃ ｆａｃｔｏｒ； ｔｈｅ ｆｌｏｃ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｚｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ； ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
环境工程学选择填空判断(仅作参考期中源于这里)
（一）填空题（请将正确的答案填在横线空白处）1．废水处理的最终目标同该厂所在地区整体的环境目标紧密相关。
2．按作用原理，废水处理方法分为物理法、化学法和生物法三种基本类型。
3. 格栅按清渣方式分为人工格栅和机械格栅两种。
4. 利用重力沉降原理来完成固液分离目的的常见构筑物有沉砂池、初沉池、二沉池和重力浓缩池。
5. 影响废水中悬浮颗粒体沉淀效率的主要因素有：固液密度差、颗粒大小、水的动力学条件及水的粘度。
6. 沉砂池分为平流沉砂池和曝气沉砂池两种类型。
7. 按池内的水流方向，沉淀池通常有平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池三种。
8. 设置淹没潜孔、穿孔墙或导流窗的目的在于整流。
9. 斜板(管)沉淀池不适合于分离生物污泥。
10.从内部过程看，化学混凝分为凝聚和絮凝两种。
11.无机型混凝剂主要起凝聚作用，有机型混凝剂主要起絮凝作用。
12.聚合氯化铝的英文缩写是PAC。
13.聚合硫酸铁的英文缩写是PFS。
14.聚丙烯酰胺的英文缩写是PAM。
15.按离子型来分，聚丙烯酰胺有阳离子型、阴离子型和非离子型三种。
16.影响废水的化学混凝效果的主要因素有废水水质、混凝剂类型、混凝剂的配置和投加方法、混合和反应条件。
17.往往以药液的均匀性(是否有未溶解的粘性团块)及药液的粘度对聚丙烯酰胺的配置效果进行初步判断。
18.化学混凝系统的日常操作管理内容有混凝剂保存及药效分析、混凝药液配置、混凝条件控制与絮体性状观察、混凝效果测定及设备维护保养等。
19.石灰的投加方法有干法和湿法两种。
20.工业液碱中NaOH的有效浓度一般为30％左右，液碱投加前需配制成5％～15％的稀溶液。
21.石灰石、大理石的主要成分为CaCO3，白云石的主要成分为CaCO3和MgCO3。
22.采用石灰石作为中和滤料时，要注意预防和消除滤料表面结壳和附着碳酸气。
23.通过降低进水中硫酸浓度和提高废水的水流速度，可以有效地消除中和时石灰石表面结壳。
24.通常将具有吸附能力的多孔物质称为吸附剂，如活性炭。
河流动力学与泥沙运移的关联研究
河流动力学与泥沙运移的关联研究河流是地球上最重要的水域系统之一，它们承载着水资源、运输能源和运输商品的重要职责。
在河流运动中，水流动力学和底部泥沙运移是密不可分的。
水流的速度、深度和流向以及泥沙的粒径、密度和形状等因素会直接影响河流的动力学特性和泥沙运移过程。
因此，研究河流动力学与泥沙运移的关联关系具有重要意义。
首先，了解河道的几何形状对河流动力学的影响是十分重要的。
河道的几何形状会影响水流的速度和方向，从而对底部泥沙的输移产生影响。
研究表明，宽阔的浅水河道更容易发生泥沙运移，而窄深的河道则可能导致泥沙淤积。
此外，河道的弯曲程度和横截面形状也会对水流动力学和泥沙运移过程产生影响。
其次，水流速度对底部泥沙的运移至关重要。
水流速度越大，对底部泥沙的作用力就越强，泥沙的运移速度也就越快。
因此，了解水流速度的分布规律和变化对预测泥沙运移过程至关重要。
研究发现，在河道的不同部位，水流速度可能存在明显的差异，这会导致泥沙在河道中的不均匀分布。
此外，泥沙的粒径、密度和形状对其在水流中运移的方式也会产生重要影响。
粒径较小的细沙颗粒更容易被水流携带，而粒径较大的粗沙和砾石则在水流中更难移动。
此外，泥沙的密度也会影响其在水流中的沉降速度。
研究发现，在河道中，泥沙颗粒之间可能存在着不同的互相作用力，这也会影响泥沙的运移过程。
最后，气候和人类活动等因素也对河流动力学和泥沙运移过程产生影响。
气候变化可能导致河道水文条件的变化，从而影响水流速度和泥沙运移过程。
人类活动如土地利用变化、水库建设和河岸开发等也会对河流动力学和泥沙运移产生重要影响。
因此，在研究河流动力学与泥沙运移的关联时，必须充分考虑这些外部因素的影响。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，涉及到多个方面，包括河道的几何形状、水流速度、泥沙特性以及气候和人类活动等因素。
只有全面深入地研究这些因素之间的相互作用关系，才能更好地理解河流运动的规律和泥沙运移的过程。
水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展
第 35 卷 第 1 期环 境 科 学 研 究Vol.35，No.1 2022 年 1 月Research of Environmental Sciences Jan.，2022水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展张海涵1,2，王 娜1,2，宗容容1,2，黄廷林1,2，苗雨甜1,2，史印杰1,2，马曼立1,2，刘 祥1,2，齐笑妍1,21. 西安建筑科技大学, 陕西省环境工程重点实验室, 陕西西安 7100552. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 陕西西安 710055摘要：湖泊和水库等水体富营养化通常会引起藻类水华暴发. 已有较多研究总结了光照、温度、营养盐等环境因素对藻类水华发生的影响方面的进展，但缺乏对水动力因素影响藻类生理生态学乃至水华发生等方面的研究总结. 本文通过梳理水动力条件对藻类生长、种群结构的影响及其作用机制，以及临界流速和人工混合对藻类的影响等方面的研究发现：在藻类生理学方面，水动力条件主要影响藻类的生长、细胞形态、营养盐吸收、光合作用活性和酶活性的变化；在藻类生态学方面，不同藻类对应的临界流速有所差异，水动力条件的变化会导致优势种之间的转变；人工混合使局部水体藻细胞密度降低进而改善水质. 对今后的研究热点进行展望：后续仍需进一步研究水动力条件对藻类生理的影响，不仅是酶活性和相关物质的吸收，还应包含胶被、产毒特性和基因序列等方面；应用于实际湖库的临界流速、水体扰动方式、扰动时间、扰动频率和最佳深度的探究，旨在推进藻类水华控制、保障水质安全等方面的相关研究.关键词：水动力条件；藻类生理生态；临界流速；人工混合中图分类号：X52文章编号：1001-6929（2022）01-0181-10文献标志码：A DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.20Research Progress on Influence of Hydrodynamic Conditions on Algal Physiology and EcologyZHANG Haihan1,2，WANG Na1,2，ZONG Rongrong1,2，HUANG Tinglin1,2，MIAO Yutian1,2，SHI Yinjie1,2，MA Manli1,2，LIU Xiang1,2，QI Xiaoyan1,21. Shanxi Key Laboratory of Environmental Engineering, Xi′an University of Architecture and Technology, Xi′an 710055, China2. School of Environmental and Municipal Engineering, Xi′an University of Architecture and Technology, Xi′an 710055, ChinaAbstract：Eutrophication can cause algal blooms in water bodies such as lakes and reservoirs. Many studies have demonstrated the research progress on the influence of environmental factors such as light, temperature, and nutrients on the occurrence of algal blooms, but the research summary of the influence of hydrodynamic factors on algal physiology, ecology and even water bloom generation is relatively low. This paper systematically summarizes the effects of hydrodynamic conditions on the growth and community structure of algae and its mechanism of action, as well as the effects of critical flow velocity and artificial mixing on the algae. In terms of algal physiology, hydrodynamic conditions mainly affect the growth of algae, cell morphology, nutrient absorption, photosynthetic activity and enzyme activity changes. In the aspect of algal ecology, different algae have different critical flow velocity, and changes in hydrodynamic conditions will lead to the variation of the dominant species. Artificial mixing reduces the algal cell density in local water bodies and improves the water quality. The future research hotspots is proposed in this article. The research on the influence of hydrodynamic conditions on the physiology of algae is still needed, including not only enzyme activity and the absorption of related substances, but also surface coat, toxin-producing characteristics and gene sequences. The critical flow velocity, water disturbance mode, disturbance time, disturbance frequency and optimal depth applied to lakes and reservoirs are explored, aiming to promote algae bloom control and ensure water quality safety.Keywords：hydrodynamic conditions；algal physiology and ecology；critical flow velocity；artificial mixing收稿日期：2021-09-04 修订日期：2021-11-16作者简介：张海涵(1981-)，男，陕西户县人，教授，博士，主要从事水库功能微生物研究，zhanghaihan@.基金项目：国家自然科学基金项目(No.51978561, 51979217)；陕西高校青年创新团队项目(No.21JP061)Supported by National Natural Science Foundation of China (No.51978561, 51979217)；The Youth Innovation Team of Shaanxi Universities, China (No.21JP061)水体的富营养化会引发藻华现象，使水体丧失水生动植物多样性、透明度下降、生态环境恶化[1]，因此，控制水环境富营养化和藻类的暴发性繁殖成为国际关注热点. 藻类的生长与温度[2]、光照[3]、营养因子(氮、磷、CO2)[4]、pH[5]、水动力条件[6-7]、过氧化氢[8]、金属元素[9]等有关，其中水动力条件较易调节和控制，其不仅能直接影响藻类生长，还会通过改变水中营养盐、CO2和光照的重新分布间接影响藻类繁殖，因此，水动力条件是发生水华的重要因子[10].水动力条件影响藻类生长主要表现为低流速促进生长[11]，中等强度的扰动会增加藻细胞对养分的吸收，促进藻类新陈代谢[6]；相反，高强度的扰动则抑制藻类生长、营养吸收和细胞代谢[10]. 水动力条件影响藻细胞的增殖、形态、代谢活性及营养盐吸收的变化，同时也影响着藻类群落结构、种群演替、生物量分布和临界流速. 水动力条件对藻类生理生态学影响的深入研究，能够在控制藻华暴发方面起到关键作用.近年来，水动力学对藻类生理生态学及藻华暴发的影响研究已成为国际热点[12]. 湖泊和水库因流速低、水力停留时间长且自净能力弱，能够为藻类的生长和繁殖提供有利环境，相比流速大的河流较易暴发藻华[7]. 然而，水动力学对藻类生长的影响机制较为复杂，目前尚未明确. 鉴于此，该文总结了水动力条件对藻细胞生长、营养盐吸收、形态、光合作用、酶活性影响的生理学和藻类优势种，以及临界流速影响的生态学和人工混合对藻类的影响方面，以期为深入推进水动力条件对藻细胞生理生态学的有关研究以及湖库的藻华控制提供参考.1 水动力条件对藻类影响的研究现状流速作为关键制约因子，显著影响藻类的生长聚集与分布、水体中的营养物质浓度和优势藻种类的变化. 当湖库水体处于流速非常缓慢的层流条件下，氮、磷等有机污染物不断积累，藻类周围生境发生变化，营养盐增多，因长时间光照，表层水体蓝藻(Cyanophyta)会大量繁殖，并随水流发生迁移；当流速逐渐增至流体纵向运动的紊流状态时，则对藻类生理及其在湖库中的空间分布产生影响. Song等[13]通过室内模拟证明，相对于静水而言，0.30 m/s的中等流速会增加藻类的生长速度，延长藻类生长周期，促进藻细胞能量代谢和营养物质吸收，并且改善细胞形态. Matson等[14]对美国Maumee河的研究表明，低流速时期有利于微囊藻(Microcystis)聚集，发生水华.然而在特定的流速范围内，增加水流速度能够控制藻类繁殖，但控制水华的临界流速仍需进一步探究[12].原位围隔试验结果显示，当流速为0.15和0.30 m/s 时，优势藻种会由蓝藻分别转移为绿藻(Chlorophyta)和硅藻(Bacillariophyta)[15].流量的改变会影响水体营养盐的变化，引起富营养化的产生与消失. Acuña等[16]通过对阿根廷Pampean河流的研究发现，低流量(13.8 L/s)增加了藻类初级生产力，相比之下，高流量(1 300 L/s)下藻类初级生产力降低了1个数量级. 大流量对水体有稀释作用，进而也会降低水体中氮、磷浓度，影响藻类生存环境. 因此流量管理技术专门为驱散水华提供了更经济的选择，可依据环境流量来管理水质，防止富营养化[17].水体扰动不但可以调控藻细胞群体的凝聚特性，而且会调节水环境中氮、磷等营养盐的分布与空间迁移. Rokkan等[18]通过小规模扰动试验得出，叶绿素a(Chla)含量和藻类生物量与扰动强度成正比. Huang等[19]研究表明，转速为0~300 r/min的低到中度扰动会促使沉积物释放氮和磷酸盐(PO43−-P)养分，加重富营养化，促进藻类繁殖；然而，Xiao等[6]的试验结果表明，超过300 r/min的高强度扰动则会破坏藻细胞. 因此，低到中度的水体扰动相较于静态或强烈的水体扰动而言更有利于促进藻类的生长[20](见表1).表 1 水动力条件对藻类的影响总结Table 1 Summary of the influence of hydrodynamicconditions on algae水动力条件研究区域研究手段影响因子数据来源流速河流、湖泊和水库室内研究、原位试验藻类浓度、藻类数目增长率、藻类生长速度、能量代谢、营养盐吸收、藻类形态、Chla含量、优势藻种、藻类覆盖层时间、藻类聚集文献[10,12-15,21-23]流量河流、湖泊和水库原位观测分析为主藻类质量净增量、藻类密度、初级生产、藻类覆盖层时间、藻类生物量、Chla含量文献[16-17]水体扰动湖泊、水库和海湾室内研究、原位试验藻类细胞、藻类浓度、藻类数目增长率、藻类生长速度、能量代谢、营养盐吸收、藻类形态、藻类生物量、Chla含量、藻类聚集、营养盐分布文献[18-21,24]2 水动力条件对藻类生理学的影响2.1水动力条件对藻类生长和营养盐吸收的影响水动力条件对藻细胞生长、营养盐吸收起着关键作用，主要表现为低至中等强度扰动有助于藻细胞182环 境 科 学 研 究第 35 卷对营养盐的摄取，进而促进藻细胞生长[3,11,20,25-30]，而高强度的扰动则阻碍藻类对营养盐的摄取，抑制藻类生长[6,10,13,30-32]. 水动力条件对藻类生长、营养吸收的影响总结见表2.表 2 水动力条件对藻类生长、营养盐吸收的影响总结Table 2 Summary of the influence of hydrodynamic conditions on algal growth and nutrient absorption年份试验藻种指标对藻类生长的影响对藻类营养盐吸收的影响数据来源2005圆筛藻(Coscinodiscus)藻类密度、PO43--P浓度小规模扰动状态下，试验结束时藻细胞密度是静止状态下的1.7倍圆筛藻在静止条件下对PO43--P需求更高文献[20]2006羊角月牙藻(Selenastrumcapricornutum)藻类生长速率及硝酸盐、亚硝酸盐、溶解性磷酸盐(SRP)浓度能量耗散率ε=10-7 m2/s3时，藻类生长速率提高近2倍小规模流体运动减少细胞周围扩散亚层厚度，促进营养吸收文献[25]2008铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)藻类生长周期及溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)浓度藻类生长周期随流速(10、20、30、40 cm/s)增大而增长整个试验过程中不同流速条件下DTN、DTP浓度呈下降趋势文献[11]2012铜绿微囊藻藻类密度及总氮(TN)、总磷(TP)浓度BG11培养条件下，随着流速的增加，藻类密度逐渐增加，当流速大于25 cm/s时藻类密度开始减小高营养条件下，不同处理组对铜绿微囊藻生长无明显影响文献[32]2013杜氏藻(Dunaliella)藻类数量、Chla含量、蛋白质及总脂肪酸浓度小规模扰动下，藻类数量、Chla含量增加了2倍小规模扰动下，蛋白质、总脂肪酸浓度增加了2倍文献[26]2014微囊藻藻类生物量、Chla含量及铵盐(NH4+-N)、PO43--P浓度台风过后风速的下降伴随着藻类生物量的增加台风引起沉积物再悬浮，导致PO43--P、NH4+-N浓度升高，促进营养吸收文献[27]2016水华微囊藻(Microcystisflos-aquae)、水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)藻类生长速率以及胞内总磷(TCP)、SRP、聚磷酸盐(polyP)、PO43--P浓度水华微囊藻随着转速的升高，生长速率逐渐提高，100 r/min下的生长速率是静止时的3.4倍；水华鱼腥藻在较低转速下，生长速率随转速的升高而增加，超过300r/min时生长速率随转速的升高而减小转速低于300 r/min时，2种藻细胞对磷酸盐的吸收率随扰动强度的升高而提高；转速高于300r/min时，水华鱼腥藻对磷酸盐的吸收率急剧下降文献[6]2017水华鱼腥藻藻类密度、比生长速率、SRP、TCP400 r/min扰动下的藻类密度和比生长速率是静止条件下的2倍400 r/min扰动相较于静置水体中磷元素的吸收速率提高89.5%文献[28]2017铜绿微囊藻藻类比生长速率、磷浓度100、200 r/min组比生长速率显著高于0 r/min组，而300 r/min组比生长速率低于0 r/min组100、200 r/min组磷的吸收速率显著强于0r/m i n组，而300r/min组磷吸收率和亲和力显著降低文献[30]2018铜绿微囊藻藻类生长速率及TN、TP浓度0~0.4 m/s的水流速度有利于延长藻细胞寿命，增加其生长速率；而0.5 m/s的水流速度则抑制藻类生长0.5 cm/s的水流速度对TN、TP的吸收率最低，分别为37%和26%文献[13]2019细小裸藻(Euglena gracilis)藻类生物量、生长速率及TN、TP浓度0 m/s组藻类生物量、生长速率均高于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 m/s组0 m/s组相较于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 m/s组而言，其对TN、TP的消耗量最大文献[10]2019长孢藻(Dolichospermum)藻类密度、细胞内氮磷、氮磷吸收速率一定比生长速率下，随着转速增加，藻类密度逐渐增加一定的比生长率下，伴随转速的升高，藻细胞吸收氮磷的速率普遍提高文献[29]2020铜绿微囊藻Chla含量、藻类生物量、比生长率通过增加1 000 Hz扰动，高光照和缺磷不利生长环境下藻类生物量增加扰动可减缓缺磷对藻细胞的不利影响文献[3]研究[33]表明，水动力能够改变由营养程度差别引发的藻细胞增殖差异. 颜润润等[34]发现，在贫营养状态下，相较于静态水环境，施加适当强度的水体扰动能够促进藻细胞的生长. 产生这类现象是因为，铜绿微囊藻的增殖造成周围营养盐浓度降低，而扰动会重新填补藻细胞周围缺失的营养盐，同时削弱浓度边界层，增加营养物质向藻细胞表面的通量，进而促进营养盐的吸收[33]. 此外，水体扰动的同时也可以驱散藻细胞周围有害的代谢产物，有效降低其浓度，进而提高营养盐利用率[35]. 在营养盐浓度较低时，大细胞第 1 期张海涵等：水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展183对营养盐的吸收随着扰动强度的增加而提高，而小细胞因比紊流运动的尺度小得多，故小规模扰动基本不影响其对营养物质的摄取[36].水动力条件通过影响藻类光照和碳源吸收间接影响藻类生长. 原位观测试验表明，低至中等强度的水体扰动可以改善藻类所处水环境中的位置和光能的均匀分布，引起光照辐射的改变，有利于藻类光合作用和能量代谢[37]. 江林燕等[38]基于室内模拟试验证明，扰动能够提高水体中CO2浓度，为藻细胞光合作用供应充足的CO2，从而促进其繁殖.2.2水动力条件对藻类形态的影响蓝藻以单细胞或群体聚集为典型特征，其大小和形态受到水动力条件的影响. 原位试验主要研究风浪强度、水流速度对微囊藻群体大小的影响[39]，而室内试验主要研究不同扰动强度对蓝藻细胞长宽、体积、比表面积、物种形态转变以及微囊藻群体聚集和分解的影响[6,13,28-29,40-42]. 通常低中强度的水体扰动可改善细胞形态，进而间接影响藻类的营养吸收和生长[29]. 通过对蓝藻水华发生的现场进行观测和遥感监测，并结合室内试验发现，小或中度风浪扰动会增加其群体大小，使之更容易克服混合，并在扰动后迅速漂浮到水面[39,43]，而大规模的扰动则会破坏微囊藻群体[41]. 微囊藻群体分解受扰动强度和扰动时间的影响具有很大差异，不同形态微囊藻当受到不同程度扰动时，其形态之间也会不断发生变化[42]. Xiao等[44]构建了微囊藻群体形态转变概念模型，结果表明，水体扰动会导致鱼害微囊藻(Microcystis ichthyoblabe)群落形态向惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)和铜绿微囊藻群落形态转变. 水动力条件对藻类形态的影响总结见表3.表 3 水动力条件对藻类形态的影响总结Table 3 Summary of the influence of hydrodynamic conditions on algal morphology 试验藻种研究手段形态测定指标主要结果数据来源节球藻(Nodularia)室内研究丝状藻丝长度节球藻(UP16a)藻丝长度减小文献[40]铜绿微囊藻室内研究球状群体质量累积分布10%、50%的直径(d p10、d p50)、等效球形直径(d e)随紊流耗散率的增加，藻细胞团大群体分解，直径小于200 μm的藻细胞群体质量分数随扰动时间的增加而增加文献[41]水华鱼腥藻室内研究丝状藻丝长度与对照组比较，300和400 r/min处理组的藻丝长度分别下降69%和47%文献[6]微囊藻原位试验−群体大小持续作用24 h后，扰动组藻细胞群体大小是作用前的3.38倍，而静水组群体持续变小文献[39]水华鱼腥藻室内研究丝状藻丝长度、细胞长宽、比表面积扰动下细胞长度减小22.2%，宽度增加4.5%，比表面积增加16.7%，藻丝长度缩短26.5%文献[28]鱼害微囊藻、惠氏微囊藻、铜绿微囊藻室内研究非球状、球状群体总生物量50%的直径(D50)3种藻类在最大紊流耗散率Ԑ=0.364 m2/s3的条件下扰动10min，D50降到100 mm以下；扰动30min后，D50降到40 mm以下文献[42]铜绿微囊藻室内研究球状群体圆比、偏心率、直径增加率、变形率0~0.4 m/s水流速度降低圆比和偏心率，提高直径增加率，改善细胞形态；0.5 m/s的水流速度降低变形率，细胞形态受损文献[13]铜绿微囊藻、水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)原位试验、室内研究球状群体、丝状群体大小原位试验受风速3.15 m/s的扰动，铜绿微囊藻群体大小由23.6 μm增至59.0 μm，水华束丝藻由25.5 μm增至40.8 μm；室内试验100 r/min下藻细胞群体迅速增至最大文献[43]长孢藻室内研究丝状细胞长宽、比表面积、藻丝长度随着转速增加，藻细胞长宽比、比表面积增大，藻丝长度减小文献[29]低风速诱导混合会增大蓝藻群体大小的机理与胞外聚合物(EPS)的存在密切相关[45]，秦伯强等[46]通过对太湖的野外监测，调查到频繁暴发蓝藻水华的水域胞外多糖含量较高. 杨桂军等[39]试验结果显示，风184环 境 科 学 研 究第 35 卷浪作用24 h结束后，试验组和对照组微囊藻群体大小分别为68.38和12.56 μm，EPS含量分别为1.49×10−6和1.26×10−6 mg/cell. 低强度水体扰动导致EPS增多，进而增加蓝藻群体的大小和浮力，促进群体聚集并在水面形成水华[43,47].2.3水动力条件对光合活性的影响近年来，基于室内模拟的试验主要侧重研究水动力条件对藻类光合活性的影响. Wang等[48]通过试验得出，同等强度的扰动条件下，不同藻类的光合活性所受影响具有差异，而一些藻类的光合活性则不受影响. Li等[49]也发现，判断水华束丝藻光合活性的最大有效量子产额PSⅡ(F v/F m)对扰动的响应没有明显的变化. Leupold等[50]研究发现，不同微藻种类的光合活性取决于扰动强度，与0 cm/s组相比，126 cm/s组小球藻(Chlorella)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的光合活性分别高出4.0%和4.8%，而589 cm/s组斜生栅藻、小球藻和莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的光合活性分别下降了8%、7%和15%. Xiao等[6]的试验发现，水华微囊藻和水华鱼腥藻在不同程度紊流耗散率条件下的最大电子传输速率(ETR max)也表现出相当大的差异. 综上，水动力条件对光合活性的影响与藻种和水体扰动强度有关，低至中等强度的扰动能够增强藻类光合活性，而高强度的扰动则抑制藻类光合活性.2.4水动力条件对酶活性的影响目前，已有研究主要基于反映细胞氧化水平〔即清除ROS的三大抗氧化酶−超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)〕、反映细胞能量代谢功能的ATP合成酶以及反映藻类吸收磷能力的碱性磷酸酶组成的酶系统来表征水动力条件对藻细胞生理途径代谢规律的影响.Tan等[10]研究表明，试验组由于受到流动应激引起藻细胞ROS积累，脂质过氧化物(MDA)含量逐渐上升，激活抗氧化系统，SOD、POD、CAT活性增强.王文超等[7]研究发现，静水组(0 r/min)和各扰动组(40、80、120、200 r/min)的SOD、POD、CAT酶活性均表现为初期明显降低，5 d之后又开始上升，第13天时出现最大值，之后又快速下降并逐渐趋于平稳.其中，120 r/min组酶活性最高，0~120 r/min范围内，酶活性与扰动强度成正比；120~200 r/min范围内，酶活性与扰动强度成反比. 这是铜绿微囊藻适应不同条件时机体出现的应激反应. Song等[13]通过试验得出，0~0.4 m/s的流速能够增强藻类ATP合成酶的活性，促进细胞能量代谢；相反，0.5 m/s的流速则抑制酶活性，减弱细胞能量代谢. Zheng等[30]研究证明，在同一磷浓度下，碱性磷酸酶活性(APA)先与转速成正比，达到一定转速后，二者成反比，300 r/min组的APA 合成酶的活性明显低于100和200 r/min组. Zhou等[51]研究了蓝藻的APA合成酶的活性在4个不同流速水平下对磷吸收的影响，结果表明，流速条件通过增强蓝藻的APA，促进了磷的吸收. 综上，水动力条件的变化会引起藻细胞内抗氧化酶、ATP合成酶和碱性磷酸酶活性的差异，低至中等强度的适宜水体扰动能够增强酶活性，促进细胞代谢和磷的吸收；而高强度的水体扰动则会抑制酶活性，阻碍细胞代谢.3 水动力条件对藻类生态学的影响3.1水动力条件对藻类优势种属的调控室内研究和原位试验均发现水动力条件可以诱导水体中藻类种群发生演替. Zhang等[52]对人工混合干预的李家河水库研究调查发现，扰动会引起藻类的垂向分布变化，藻细胞密度垂直分布差异减小，混合后水柱上部绿藻占比较高，水柱下部硅藻占比较高，针杆藻(Synedra)和栅藻(Scenedesmus)的相对丰度分别下降53.33%(底部)和23.38%(2 m处)，底部小环藻(Cyclotella)的相对丰度由8.96%增至58.09%. Yu 等[53]研究发现，人工混合后上层微囊藻和下层小球藻在垂向上均匀分布，并且小球藻占主导地位. Li等[15]在中新湖进行了长达2.5年的野外观测，结果表明，0.06、0.10、0.15 m/s的流速环境下蓝藻向绿藻优势种转变，0.30 m/s的流速环境以绿藻和硅藻为优势种，并且数量少于静水区的优势藻种类. 王利利[54]基于室内试验证明，当流速为0.02 m/s时，水环境特征满足硅藻繁殖条件；当流速为0 m/s时，优势藻种为绿藻.藻类对流速有一系列的适应范围，且不同藻种类的适应范围和程度之间会有差异，特定流速下，最合适的藻类可以有效地繁殖并变成优势种[10]. 大江相比于小溪更易存在直链藻(Melosira)和小环藻；桥弯藻(Cymbella)和脆杆藻(Fragilaria)的相对丰度在水库下游等较极端的水流环境下会显著增长. 水体扰动会引起藻类群落的结构和功能发生变化，从而影响其演替过程及方向[52].3.2临界流速对藻类的影响将最适合藻类生长的水流速度定义为临界流速，一旦超过临界流速，藻类的生长则受到抑制. 通过试验获得发生藻华的临界流速，不仅对水质富营养化的评价，而且对后续的治理与预防都具有重要的科学意义[22]. 临界流速对藻类影响的研究总结见表4.第 1 期张海涵等：水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展185表 4 临界流速对藻类的影响总结Table 4 Summary of the effect of critical flow velocity on algae藻种试验方式临界流速影响数据来源Lyngbya wollei原位试验(河道)10 cm/s藻类完全覆盖常发生于流速低于10 cm/s文献[23]铜绿微囊藻、斜生栅藻−90 r/min藻比生长速率最大文献[55]铜绿微囊藻旋转式动态水力模拟装置0.3 m/s(N/P为2.7∶1)、0.5 m/s(N/P为4.5∶1)藻类数量最大文献[56]铜绿微囊藻垂直振荡网格 2 Hz平均控制增长率和网格增长率最大，酯酶活性最高文献[31]微囊藻、鱼腥藻(Anabaena)搅拌装置300 r/min藻类养分吸收和生长状况最佳文献[6]蓝藻原位试验(太湖) 6 m/s消除太湖表面水华文献[57]细小裸藻同心圆柱型套筒装置0.1 m/s0.1 m/s以上的流速会抑制细小裸藻的生长文献[10]水华束丝藻烧杯反应器300 r/min藻细胞密度最大文献[49]铜绿微囊藻玻璃圆筒反应器300 r/min Chla含量最高文献[58]铜绿微囊藻自制玻璃圆形水槽25 cm/s藻细胞密度最大文献[32]小环藻、斜生栅藻环形有机玻璃水槽0.075 m/s大于0.075 m/s水流抑制藻类的生长文献[59]铜绿微囊藻双道环形水槽30 cm/s藻类比生长速率最大文献[11]铜绿微囊藻磁力搅拌器120 r/min各项生理指标值均最高文献[7]试验模拟水动力条件装置的混合形式主要包括水平流动[11,15,59]、环形扰动[7,10,49,51,58]和振荡[25,41]，这3种流态存在明显差异，其对藻类生理生态学的影响结果也不尽相同.4 人工混合对藻类的影响原有水生态系统会受到水库建成的影响，其中比较严重的问题是出现水体热分层现象[60]. 热分层效应的日渐突出导致水质污染愈发严重，其中一项重要的改善水质的方法即为水质原位修复技术，目前常见的有同温层曝气技术[61-62]、空气管混合技术[21,63]、扬水筒混合技术和扬水曝气技术[60,64-66]. 人工混合可以增加水中含氧量，深层温度升高，上层温度降低从而可以去除水库热分层，减少可用光，减少内部磷负荷，从而有效防止富营养化和水库中蓝藻的增殖[61,64-65,67-72]. Zhang等[52]基于室内模拟和现场研究，探索了扬水曝气控制藻类生长的内部机制，结果表明，扬水曝气的运行使得分层型饮用水库中藻类的生长、细胞代谢和光合作用受到显著不利影响. 室内模拟研究表明，低温、低光照显著抑制藻类生长和细胞代谢活性，而扬水曝气主要通过降低表层温度，并将藻类混合到深层增加光限制，使得水库中藻密度显著降低，藻密度和藻类群落结构在垂向分布呈现显著差异. 人工混合对藻类生长影响方面的研究总结见表5.表 5 人工混合对藻类生长的影响总结Table 5 Summary of the influence of artificial mixing on the algal growth研究区域湖泊水库特性混合技术混合深度混合方式结论数据来源荷兰Nieuwe Meer湖面积1.32 km2，平均深度18 m，最大深度30 m空气管混合20~25 m连续、间断有效防止微囊藻水华和夏季分层，并降低Chla浓度文献[21]美国Prince湖、Western Branch湖−同温层曝气0~10 m连续初始气泡尺寸从5 mm缩小到2.5 mm可使氧气传递量增加1倍，减少底泥有机质释放，防止富营养化文献[61]德国Tegel湖面积4.0 km2，平均深度6 m，最大深度16 m同温层曝气12~16 m间断水体上下层得到有效混合文献[62]英国Hanning-fields 水库平均深度7 m，最大深度17 m空气管混合−间断藻类生物量减少66%文献[63]中国黑河水库面积4.68 km2，平均深度70~90 m扬水曝气50~110 m间断有效提升水体溶氧浓度，消除水体分层，改善水质，防止污染物从沉积物中释放，控制藻类的增殖文献[64]186环 境 科 学 研 究第 35 卷。
河流动力学_总结
河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3/1)6(πV D =泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++= 假设成椭球体，用几何平均值表示3abc D =2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6)①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量②算出小于各种粒径的泥沙总重量③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。
3、粒配曲线特点曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。
4、粒配曲线特征值1）中值粒径50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为50D 2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。
即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ∆，然后求出各组泥沙的平均粒径32min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或∑∑==∆∆=n i i n i i im pp D D 11n —为划分组数；2502σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，9.151.84ln D D =σ 当σ为零时，沙样均匀，50D D m =，一般沙样不均匀，σ总是大于零，因此，通常50D D m >3）分选系数（非均匀系数）25750D D S =，若0S =1，则沙样非常均匀，越>1，则越不均匀。
5、影响泥沙的孔隙率的因素①沙粒的大小 ②均匀度 ③沙粒的形状 ④沉积的情况 ⑤沉积后受力大小 ⑥历时长短泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。
河口地区水动力特性对沉积地质环境的影响研究
河口地区水动力特性对沉积地质环境的影响研究河口地区是河流注入海洋或湖泊的区域，是陆地和海洋交界的重要地带。
水动力特性指的是水流的运动状态，包括流速、流向、流量等因素。
这些水动力特性对河口地区的沉积地质环境有着重要影响。
首先，水动力特性对河口地区的泥沙输运有显著影响。
河口地区的水流速度较快，能够将河流中的悬浮泥沙带入河口。
当水流进入海洋或湖泊时，流速会减慢，悬浮泥沙会沉淀下来，形成河口地区的沉积物。
水流的速度越快，沉积物的带入量越大，沉积物也会相对粗糙。
水流速度较快的河口地区，沉积物会呈现出较粗的砾石和砂砾沉积；而水流速度较慢的河口地区，则会形成较细的泥沙沉积。
其次，水动力特性还影响着河口地区的沉积物分布。
在水流速度较快的地方，泥沙会集中沉积，形成泥沙负荷较大的区域；而在水流速度较慢的地方，则会形成泥沙负荷较小的区域。
这导致了不同沉积物类型的分布差异。
在泥沙负荷大的地区，泥沙的颗粒较大，沉积物较厚，容易形成河口滩涂等地貌特征。
而在泥沙负荷小的地区，泥沙的颗粒较小，沉积物较薄，可能形成河口湖或浅滩。
第三，水动力特性还会影响河口地区的亚海洋气候环境。
由于河口地区位于陆地与海洋的交界处，海流和河流的相互作用会导致水温、盐度和含氧量等参数发生变化。
在水动力特性较强的河口地区，淡水和海水会混合，形成盐度和含氧量的垂直梯度。
这种梯度会影响物种的分布和生态系统的结构。
而在水动力特性较弱的地方，淡水和海水可能会出现层状分布，形成独特的生态环境。
总之，河口地区的水动力特性对沉积地质环境有着重要影响。
通过研究水动力特性，我们可以更好地理解河口地区的沉积过程和地貌形成机制。
这对于河口地区的资源开发、环境保护和灾害防治等方面具有重要意义。
未来的研究也可以进一步探索水动力特性与沉积地质环境之间的关系，并提出相应的管理措施，以实现河口地区的可持续发展。
第5章 凝聚与絮凝
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20
5.3 混凝剂与助凝剂
5.3.1混凝剂 混凝剂种类很多，按其分子量大小可划分为无
机盐类与高分子混凝剂两大类。
◆无机盐类混凝剂，应用最广的是铝盐，如硫酸
铝、硫酸钾铝和铝酸钠等；其次是铁盐，如三
氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等。
◆高分子混凝剂，又可分为无机和有机两大类。
无机类中，使用较广的是聚合氯化铝；有机类
第2篇 水的物理、化学及物理化学处理
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1
第5章 凝聚和絮凝
• 混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为
混凝，是凝聚和絮凝的总称。
• 凝聚：水中胶体失去稳定并形成微小聚集体的过程。 • 絮凝：脱稳胶体相互聚结成大的絮凝体的过程。 • 应用：广泛用于给水处理，也可用于工业水处理及城
◆胶体的溶剂化作用稳定性：亲水性胶体颗粒与水分子的发生作用，使胶体颗 粒周围包裹一层较厚的水化膜，阻碍两胶体颗粒相互靠近，使胶体颗粒保持 分散状态而稳定。
结 论：对于憎水胶体而言，动力稳定性和带电稳定性起主要作用。 对于亲水胶体而言，水化作用稳定性占主导地位，带电稳定性则处于 次要地位。
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◆ 吸附作用驱动力包括:静电引力、氢键、配位 键、范德华引力等。
◆ 当药剂投加量过多时，ζ电位可反号，胶体发 生再稳现象。
◆ 根据DLVO理论，只要ζ电位降至ζk，使排斥 能峰Emax=0胶体即可发生凝聚，此时的ζ电位
称为临界电位（ζk）。
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3. 吸附-架桥作用机理
吸附架桥作用是指高分子物质与胶粒的吸附与桥 连。高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸 附另一胶粒，形成“胶粒-高分子-胶粒”的絮凝体。 架桥模型示意见下图。
水动力学条件对絮体形成的影响
（． ｏｔｏｔ ａ Ｓ￣ｉ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｃ ｎｅａｄＥ ｇｎｅｉ ， ａｂｎＩｓ ｔｔ ｏ ｃ ｎｌ ｙ Ｈａｂｎ１０ ０ ， ｈｎ ； Ｊ Ｐｓ ｃ ｒｌ ｔ ｏ ｏ Ｅ ｖｒ ｍ ｎａ Ｓｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｈ ｒｉ ｔｕｅｆ Ｔ ｈ ｏ ｇ， ｒ ｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ ｄ ｏ ｎｆ ｏ ｌ ｅ ｅ ｎ ｎｉ ｅ ｏ ２ Ｓｈ ｏ ｏ Ｍｕ ｉｉ ｌ ｄＥ ｖｒｎ ｅ ｔ ｎ ｎｅｉｇ Ｓ ａｄ ｎ ａｚ ｕＵ ｗｅ ｉ ， ｉ ５ １ １ Ｃ ｉａ ． ｃ ｏｌ ｆ ｎ ｐ ｎｉ ｍ ｎ ｌ ｇｅ ｒ ， ｈｎ ｏｇ￣ ｎｈ ｎ ｍ ＠ Ｊ ａ ２ ０ ０， ｈｎ ） ｃ ａａ ｎ ｏ ａ Ｅｉ ｎ ｎ ｎ
维普资讯
Ｉ Ｕ Ｒ Ｌ ＡＥ ＆ Ａ Ｅ Ａ Ｒ Ｎ Ｓ Ｉ Ｔ Ｗ Ｓ ＷＴ Ｄ Ｔ ＡＷ Ｒ Ｔ Ｅ
工业用水与废水
Ｖ ． ｏ Ｆ．２７ ｏ３ Ｎ． ｅ．０ １８ １ ｂ ０
水 动力学条件对 絮体形成 的影 响
武 道 吉 一 ． ，马军 ，谭凤 训 ｚ
技 术途 径 。
关 键 词 ：水 动 力 学 ；絮 凝 颗 粒 ；接 触絮 凝
中图分类号 ：Ｔ ０ ５ Ｑ ８
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ： ０ ９ ２ ５ （０ ７ Ｏ 一００ — ５ １０ — ４ ５ ２ ０ ）ｌ ０ ４ ０
Ｅ ｅ ｔｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｌｃ ｆ ｒ ｔ ｎ ｆ ｃ ｆｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｃ ｎ ｉｏ ｎ ｆ ｏ ｍａ ｉ ｉ ｏ ｏ
絮凝 过 程就 是在 外力作 用下 ．使 具有 絮凝 性能 的微絮 粒相 互接触 碰撞 ．而 形成 更大 的絮 粒 ， 以适
大学水污染控制第五次作业答案
大学水污染控制第五次作业答案1.化学混凝法的原理和适用条件是什么？城镇污水的处理是否可用化学沉淀法，为什么？（1）原理：水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。
化学混凝的机理涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。
但归结起来，可以认为主要是三方面的作用：1压缩双电层作用：水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态，主要是由于胶粒的ζ电位。
如能消除或降低胶粒的ζ电位，就有可能使微粒碰撞聚结，失去稳定性。
在水中投加电解质———混凝剂可达此目的。
2吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。
这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。
因其线性长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。
这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮凝。
3网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。
这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。
上述三种作用产生的微粒凝结理象———凝聚和絮凝总称为混凝。
适用条件：混凝处理对象：胶体、细小悬浮物、溶解性大分子有机物（疏水性）。
混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。
（2）在城市污水处理方面，过去很少采用化学混凝的方法，因为混凝剂的发展还没有现在这么先进，比较贵，处理城市污水成本太高。
近年来化学混凝剂的品种和质量都有较大的发展，使化学混凝法处理城市污水(特别在发展中国家)有一定的竞争力。
与常规一级处理相比，混凝法一级处理能够大幅度提高有机污染物的去除效率，且运行费用较低(处理成本仅为0.3～0.5元/m3)，同时还能取得较好的TP去除效果，达到抑制水体富营养化的作用。
国内的研究成果表明，采用无机混凝剂处理低浓度生活污水时，对COD的去除率可达70%以上。
水文动力学驱动机制
水文动力学驱动机制
水文动力学驱动机制是水文动力学过程的基本发动机，它是水文过程的重要组成部分，负责决定系统的变化。
它的基本作用是影响水文环境的形态和空间分布。
它的影响可以通过以下几个方面体现：
1.水流运动：水文动力学驱动机制可以影响水的运动路径，以及水的流量、流速和流量的变化规律。
2.水位变化：水文动力学驱动机制可以控制水位的变化和变化规律。
3.水质变化：水文动力学驱动机制可以影响水中物质的运动和溶解，以及水质的变化情况。
4.水体形态：水文动力学驱动机制可以控制水体的河床和湖泊形态。
5.水文系统：水文动力学驱动机制可以影响水文系统的变化及变化规律。
水动力条件对沉积物—水界面氧通量的影响
水动力条件对沉积物—水界面氧通量的影响郑阳华;邹浩东;何强;李宏;张青;陈德敏;艾海男【摘要】氧环境决定了水体沉积物中各种生命所需元素的最终归趋,沉积物—水界面是水相与沉积物相氧传递的重要场所,而水动力条件是影响沉积物—水界面氧传递的重要因素.选择三峡库区一级支流御临河为研究对象,根据长年监测数据建立实验室模型,采用声学多普勒流速测试仪及微电极测试系统构建了非侵入式涡度相关测试系统,探究了不同水动力条件对沉积物—水界面氧通量的影响.结果表明:水体静止状态下沉积物—水界面溶解氧浓度随时间的增加而减少,非静止状态下随时间的增加而增加;沉积物—水界面氧通量随水体流速的增加而增加.根据氧通量求解对应流速下垂直涡动扩散系数并进行线性拟合,当水体流速为0.01-0.14 m/s时,垂直涡动扩散系数与水体流速的相关性最好,此时沉积物—水界面氧通量的传递以涡动扩散为主导.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2018(030)006【总页数】8页(P1552-1559)【关键词】沉积物—水界面;涡度相关测试系统;水动力条件;氧通量;垂直涡动扩散系数;水体流速;御临河【作者】郑阳华;邹浩东;何强;李宏;张青;陈德敏;艾海男【作者单位】重庆市环境保护局,重庆401147;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400044;长沙市规划设计院有限责任公司,长沙410000;重庆大学法学院,重庆400044;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400044【正文语种】中文沉积物是水体中物质与能量代谢的重要场所[1], 沉积物中氧环境决定了物质在沉积物中的赋存形态与最终归趋[2-7]. 沉积物中的氧主要来源于上覆水体中溶解氧的传递,而沉积物-水界面(sediment-water interface,SWI)是氧传递发生的重要区域.这种传递作用主要受以下几种条件的影响：(1)沉积物的耗氧——沉积物中的耗氧过程主要有生物呼吸作用(如底栖生物、微生物)、有机物质降解作用(如有机碳化合物)、还原性物质的氧化作用(处于还原态的硫、铁、锰等)；(2)上覆水体中的氧浓度——水体中氧浓度受大气复氧、浮游植物光合作用产氧等影响；(3)水体水动力条件——氧从水相向沉积物相的传递方式包括分子扩散与涡动扩散,水动力条件主要影响扩散的速率.关于SWI氧通量的研究,大部分集中在海洋[8-10],近年来,也有学者开始关注湖泊中氧的传递过程,但对于河流水体中氧传递过程却关注较少,而且往往将SWI氧通量与水中营养盐等物质相关联[11-15]. 然而,SWI氧通量的大小除了与水体中的物质有关之外,水动力条件也是影响它的重要因素. 目前,关于水动力条件对SWI氧通量影响的相关研究还比较少.在准确表征SWI氧通量的产生、影响因素方面,高精度的原位监测技术成为了主要制约因素. 随着计算机科学的发展以及传感技术的进步,非侵入式涡度相关原位监测技术被逐步应用于SWI通量的研究中[16] 其理论基础是由Montgomery(1948)、Swinbank(1951)、Obukhov(1951)提出的[17],核心在于对测试点流速与氧浓度的同步监测. 该方法在过去的几十年内已经普遍应用于土壤-大气、海洋-大气、海洋-沉积物等界面之间的CO2、水汽等的通量测量[18-19],近年来慢慢被应用于天然水体的通量原位监测[20-21]. 如McGinnis等与Brand等[22-23]分别采用涡度相关技术对Wohlen水库和Alpnach湖的SWI氧通量进行了研究,结果表明涡度相关技术是测量天然水体氧通量的一种极为有效的方法.SWI氧通量受外部环境条件影响较大,特别是水动力条件. 因为水动力条件会改变氧在SWI的传质原理,而以往的研究对此关注较少. 论文选取三峡库区一级支流御临河为研究对象,原位采集底泥沉积物与上覆水,模拟天然水体环境. 构建非侵入式涡度相关测试系统,探究不同水动力条件对SWI氧通量的影响, 旨在深化人们对水体SWI氧通量的理解.1 材料与方法1.1 实验装置图1 装置示意图(1. 多普勒测速仪；2. 溶解氧微电极；3. 自动往返轨道；4. 搅拌转子；5. 微电极测试系统；6. 多普勒测速系统)Fig.1 The schematic diagram of the device实验装置如图1所示. 该实验装置为长×宽×高=1.2 m×1.0 m×0.8 m的长方体水槽,框体材质为有机玻璃. 在距长方形水槽短边40 cm处左右各设置一根铁架,在铁架中心对称设置两台可调转速的搅拌转子,通过调节转速,可模拟各种水动力条件. 装置正中铺设有速度可调节的自动往返轨道,多普勒测速仪可固定在轨道下方自动往复. 轨道中间设置有可伸缩调节高度的竖杆,将溶解氧微电极固定于竖杆上,调竖杆节高度使微电极探头位于多普勒测速仪正下方. 实验过程中所用多普勒测速仪与微电极测试系统通过电缆各自连接多普勒测速仪主机及微电极测试系统主机,用于将各自信号输出到计算机并通过相应软件转变为所需数据.图2 御临河区位Fig.2 The location of Yulin River1.2 实验材料研究采用的样品底泥沉积物及上覆水均采集于御临河(图2). 御临河(29°34′45″～30°07′22″N,106°27′30″～106°57′58″E),是三峡库区库尾、长江一级支流. 根据长年监测数据,受三峡工程成库与回水影响,御临河在每年4-9月处于放水期,平均流速约为0.05～0.33 m/s; 10月-次年3月处于蓄水期,平均流速约为0.01～0.08 m/s,河流呈现明显的湖库型特征. 使用便携式沉积物采样器采集底泥,所采底泥沉积物尽量减少扰动,保持原状并将其迅速放置于聚乙烯桶内密封保存,运回实验室进行预处理. 将经预处理后的底泥均匀平铺在装置底部,厚度约为10 cm. 上覆水用简易采水器于同一位置采集,置于聚乙烯桶内,运回实验室. 实验开始前对上覆水进行测试,高锰酸盐指数为12 mg/L,总氮浓度为1.8 mg/L,氨氮浓度为1.6 mg/L,总磷浓度为0.1 mg/L. 用虹吸法将上覆水引入水槽,控制水深为50 cm,实验室温度25℃,气压981.45 hPa.1.3 非侵入式涡度相关测试技术涡度相关是一种基于湍流理论和统计分析的测试技术,采用非侵入式涡度相关测试技术[16]测量不同水动力条件下的SWI氧通量,原理简介如下.水体中任意时刻和位置处,控制水柱中由平流传输和分子扩散引起的垂直氧通量O2Flux(mmol/(m2·s))可表示为：(1)式中,uz为垂直流速(m/s),C为溶解氧浓度(mmol/m3),D为水中分子扩散系数,z为垂直距离为氧的浓度梯度(mmol/m4).因为湍流扩散在绝大部分自然水体扩散边界层中起主导作用,分子扩散作用可忽略,上式可简化为：O2Flux=uz·C(2)此外,由雷诺分解,有(时均速度+脉动速度)和(时均浓度+脉动浓度).假定代入上式,运用雷诺平均法则,上式可进一步简化为：(3)式中,N指实验中计算时段内获得的由溶解氧浓度及对应垂直流速组成的有效数据的组数,表示氧通量在计算时段内的时均值. 该式表明,某段时间内垂直方向上通过单位面积的氧通量大小等于水流的垂直流速与氧脉动浓度的协方差.实验原始数据由多普勒测速仪(River Surveyor M9,美国SonTek公司)以及溶解氧微电极(OX25,丹麦Unisense公司)获得. 其中,溶解氧微电极主要测量实验装置往返轨道中心点下方对应SWI中心点上方(底泥中心点上方10 cm)处的溶解氧浓度,设置为每3 s获取1个溶解氧数据. 多普勒测速仪主要测量不同水动力条件下该点的垂直流速. 测得SWI中心点上方位置的垂直流速以及溶解氧浓度后,利用上述涡度相关测试技术即可计算出对应水动力条件下SWI的氧通量.1.4 垂直涡动扩散系数求解方法自然状态下的河流一般处于紊流状态. 水体的涡动程度可以用垂直涡动扩散系数(Coefficient of vertical eddy diffusion,Kv)来衡量. 垂直涡动扩散系数是对混合强度的一个度量,用以表征在水体上、下层之间气体和营养物质的交换,以及动量和热量的交换[24]. Imboden和Emerson[25]基于菲克(Fick)方程,使用温跃层的Kv和缺氧湖下层与好氧混合层之间的磷浓度梯度计算出磷扩散进入混合层的通量. 类似地,用溶解氧的Kv乘以水体上下层之间氧的垂直浓度梯度时,得到的数值可以提供这两个区域之间单位面积氧的交换率,即氧通量. 计算公式如下：(4)式中,Kv为垂直涡动扩散系数(m2/s).1.5 实验设计根据长年监测结果,选取5个不同的水动力条件,通过依次调节搅拌转子转速,使实验装置测量点在垂直流速为0±0.01、0.03±0.02、0.07±0.02、0.12±0.02和0.20±0.02 m/s(平均流速为0、0.03、0.07、0.12和0.20 m/s)的条件下分别运行1 h,即为1组实验. 每组实验重复进行5次.2 结果与讨论2.1 不同水动力条件下SWI氧通量的解析以平均流速为0 m/s为例,展示利用涡度相关测试技术所获得的单组测试结果(图3). 当监测点垂直流速介于-0.01～0.01 m/s之间时,取3 min为周期,用微电极测得的瞬时溶解氧浓度C计算该周期内溶解氧平均浓度之后由雷诺分解计算溶解氧脉动浓度C′；用多普勒测速仪测得该点瞬时垂直流速uz,假定则根据非侵入式涡度相关测试系统算法计算与C′的协方差,即得该周期内SWI氧通量在-1.756～1.031 mmol/(m2·h)之间波动. 同理,以30 min为周期,计算得到静止状态下SWI氧通量为-0.230 mmol/(m2·h),负号表明,氧在SWI由水相向沉积物相传递.图3 平均流速为0 m/s时监测点垂直流速、氧浓度和SWI氧通量 Fig.3 Vertical velocity, O2 concentration and SWI oxygen flux when the average velocity is 0 m/s当平均流速为0 m/s时,5组实验中监测点的溶解氧浓度均随时间的增加而减少. 产生这种现象的原因可能是水体在静止状态下,氧从水相向沉积物相传递速度大于气相向水相复氧速度,导致上覆水体中溶解氧浓度不断降低,在第1组实验中从29.994 mmol/m3降至27.424 mmol/m3,溶解氧浓度变化量为-2.570 mmol/m3. 而当水体处于非静止状态,即平均流速大于0 m/s时(图4),监测点的溶解氧浓度均随时间的增加而增加,且变化幅度随扰动流速的增加而增加. 这可能是由于水体扰动使得大气复氧速率增加,而氧在SWI中的传递除了受水动力条件的影响外,还受其他因素的影响,导致氧从水相传递至沉积物相出现滞后,因而造成监测点溶解氧的累积.图4 监测点溶解氧浓度Fig.4 The dissolved oxygen concentration of the monitoring point图5 实验氧通量结果Fig.5 The oxygen flux results of the experiment依次提高搅拌速度改变水动力条件,重复进行5次实验,即为1组实验. 重复进行5组实验,利用上述计算方法,得到氧通量(图5).图6 水体流速为0～0.01 m/s(a)、0.01～0.14 m/s(b)和0.18～0.22 m/s(c)时垂直涡动扩散系数随流速变化Fig.6 The variety of vertical eddy diffusion coefficient with flow rate at the velocity of 0～0.01 m/s(a)， 0.01～0.14m/s(b) and 0.18～0.22 m/s(c)在实验模拟的水动力条件范围内,SWI氧通量大小随着平均流速的升高而升高,在平均流速0、0.03、0.07、0.12和0.20 m/s下的氧通量平均值±标准差分别为-0.213±0.022、-0.561±0.080、-0.952±0.092、-1.561±0.140和-2.955±0.094 mmol/(m2·h),误差在实验允许范围内.2.2 不同水动力条件对垂直涡动扩散系数的影响根据实验数据,首先求出每3 min周期测量点SWI氧通量,然后利用公式(4)求解不同流速下Kv. 根据数据分布特点,选择进行线性拟合,建立水体流速与 Kv之间的单因素回归模型,得出不同水体流速u与Kv的拟合函数Kv=au+b. 其中a具有m的量纲,b具有m2/s的量纲,根据不同的流速区间,a、b取值不同.1)水体流速为0～0.01 m/s时SWI的Kv模型(图6a). 当水体流速为0～0.01 m/s 时,溶解氧的Kv与水体流速的拟合函数为：Kv=1.085×10-7u+8.662×10-10(5)式中,Kv为垂直涡动扩散系数(m2/s)；u为水体流速(m/s).此时,垂直涡动扩散系数在0.9×10-9～2.2×10-9 m2/s之间,与Hofman等[28]测定的氧在沉积物表层的扩散系数(0.003×10-9～0.010×10-9 m2/s)在数量级上是一致的,不同之处在于当水体流速接近0.01 m/s已不能与曲线较好的拟合. 另外,垂直涡动扩散系数与流速的R2值达到0.8611,相关性较好. 结果表明,当水体流速介于0～0.01 m/s之间时,由于流速非常小,此时分子扩散与涡动扩散的共同作用造成SWI溶解氧的传递.2)水体流速为0.01～0.14 m/s时SWI的Kv模型(图6b). 当水体流速为0.01～0.14 m/s时,溶解氧的Kv与水体流速的拟合函数为：Kv=1.165×10-7u+8.637×10-8(6)此时,水体处于紊动且底泥未悬浮状态,溶解氧Kv随着水体流速的增加线性增加,垂直涡动扩散系数与流速之间的R2值达到0.9828,此阶段SWI氧通量主要由垂直涡动扩散起主导作用,数量级远远大于分子扩散. 随着水体流速增大,引起SWI水体的扰动,扩散边界层(diffusive boundary layer,DBL)厚度不断减少,底边界层(bottom boundary layer,BBL)厚度不断增加,紊动传质距离增加. 形成较大的溶解氧扩散梯度,沉积物作为汇,溶解氧由上覆水体源源不断向沉积物补充.3)水体流速为0.18～0.22 m/s时SWI的Kv模型(图6c). 当水体流速为0.18～0.22 m/s时,溶解氧的Kv与水体流速的拟合函数为：Kv=2.686×10-6u-2.885×10-7(7)此时底泥沉积物普遍开始悬浮,水体开始浑浊,悬浮量随着速度的增加而增加. 沉积物中还原性物质迅速耗氧,靠近底泥的BBL甚至可能形成缺氧状态. 随着水体流速的增加,BBL中涡动扩散更加明显. 垂直涡动扩散系数与流速之间的R2值仅为0.1306. 其原因是沉积物再悬浮时,底泥中的有机物和还原性物质与溶解氧的接触面积大大增加并充分反应,氧通量大幅增长,而涡动扩散系数不再仅受水体流速影响.2.3 不同水动力条件下SWI氧通量的变化规律由5组实验每小时氧通量变化量与变化率图(此时氧通量变化量与变化率在数值上相等)可知,不同水动力条件下的氧通量变化量与变化率呈现明显的三段式特征,具体表现为：0～1 h,水体处于静止状态,平均流速为0 m/s,此时有少量氧通量存在. 1～2 h,水体平均流速为0.03 m/s,水体由静止开始缓慢流动,分子扩散与涡动扩散共同起主导作用,上覆水体氧浓度迅速增加,变化率从无到有,斜率较大,平均为0.348mmol/(m2·h2).图7 不同水动力条件下SWI氧通量的变化量与变化率Fig.7 The change of SWI oxygen flux and the rate of change under different hydrodynamic conditions2～3和3～4 h的水体平均流速分别为 0.07 和0.12 m/s,此时水体处于紊动状态,涡动扩散起主导作用. 此时,溶解氧由水相向沉积物相传递的大小主要由水体流态决定,BBL涡旋尺度在这个流速区间增加较慢,变化率较为平缓,氧通量变化率平均值分别为0.390和0.609 mmol/(m2·h2)(图7).4～5 h,水体平均流速变为0.20 m/s,水体处于紊动状态. 同时,SWI表层底泥开始悬浮,表层底泥与水的接触面积大大增加,沉积物中耗氧物质与氧充分反应,微生物呼吸作用更为活跃,氧浓度梯度大,传质速率高,氧通量变化率达1.394 mmol/(m2·h2),约为4 h末的2.3倍. 此时,涡动扩散系数不再仅受水体流速影响(图7).3 结论利用涡度相关技术测试了不同水动力条件下SWI氧通量大小,分析了不同水动力条件下氧通量的变化规律和影响因素,得出以下结论：1)不同水动力条件对SWI溶解氧浓度有较大影响. 在静止状态下,氧从水相向沉积物相传递速度大于气相向水相复氧速度,导致上覆水体中溶解氧浓度不断降低；在非静止状态下,由于水体存在扰动,复氧速度与SWI氧传递速度均随平均流速的增加不断增加,而复氧速度始终大于传递速度,上覆水体溶解氧浓度不断增加.2)不同水动力条件对SWI氧通量的影响显著,随着平均流速的增加,氧通量增加.3)不同水动力条件下,将垂直涡动扩散系数与平均流速进行线性拟合. 当水体流速为0～0.01 m/s时,Kv与流速的相关性较好,R2=0.8611,此时溶解氧受分子扩散和涡动扩散共同影响；当水体流速为0.01～0.14 m/s时,Kv与流速的相关性最好,R2=0.9828,此时溶解氧以涡动扩散为主；当水体流速为0.18～0.22 m/s时,溶解氧以涡动扩散为主,但Kv与流速的相关性较差.4 参考文献【相关文献】[1] Wu FC, Wan GJ, Cai YR et al. 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《工业用水与废水》2007年第38卷总目次
朱 文明 ， 纯德 ， 昊 陈利 军 ， （－ ３ 等 ２２）
Ｂ Ｔ对 污水 处 理 厂 建设 的新 要 求 … …张 远 宾 ， 淦 ，李 燕 来 （－ ） Ｏ 王 ４ ９
三维 电 极 反 应器 处 理 染 料 废 水 效果 分 析
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水 平 潜 流 和组 合 人 工 湿地 水处 理 研 究 进 展
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邓欢欢， 葛利 云 ． 国 泉 ， （－ ） 顾 等 ２ １
电去 离 子 软 水技 术 的 颓 理 与应 用 前 景 … … … … … …… … 王 方 （－１ １ ） 超 滤 与 粉 末活 性 炭 组 合 工艺 处 理 饮 用 水
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装 亮 ， 波 ， 秉 华 ， （－ ４ 董 姚 等 ４ ２）
水 动力 学 条件 对 絮体 形 成 的影 响 …… … 武 道 吉 ， 军 。 凤 训 （－ ） 马 谭 １ ４
油 田污 水 眄注 处 理 现状 与 展 望 … … … … …… … … … … …侯 傲 （ － ） ３ ９
皮革 厂 废 水 处 理 影 响 因 素分 析
………魏霄霞， 永胜， 付 刘轲 （－ ３ １ ４）
含脂 肪 酸 废 水 的 处理 方 法 … … … … 代朝 猛 ， 曾科 ， 艳 平 ， （ － ７ 段 等 １４ ） ２ 硝 基 酚厌 氧 毒 性 和 厌 氧 降解 性 研 究 一
水利工程中的水动力学问题研究
水利工程中的水动力学问题研究一、引言水利工程中的水动力学问题研究是重要的研究领域，该领域研究的主要目标是了解流体的运动规律及其在各类水利工程中的应用。
水动力学问题研究是水利工程设计、施工、维护的重要理论基础。
本文将对水利工程中的水动力学问题进行研究和探讨，从以下几个方面进行分析：二、水动力学问题的定义水动力学是研究流体的流动规律的科学。
水流在水利工程中的运动涉及到的问题很多，如水的流量、水位、流速、水力压力、水力载荷、河道底部和岸壁的剥蚀等问题。
水力学的目标是理解这些流动何时是平稳的，何时是混乱的，以及如何避免生成混乱。
三、水流特性分析1、水流模型水流模型是研究水流特性的必要工具。
按照其不同的投放形式，水流模型又可以分为口模型、坝前模型和室内模型等，其中口模型是最常用的一种模型。
水流模型能够模拟真实的水流状况，为水利工程的设计、实施和维护提供了便利。
2、水流的流速和水位水位和流速是水流的基本特性，对于水利工程建设和运维至关重要。
水位可以手动或自动测量，流速可以通过采用视频法、激光器、压力传感器和测流板来测量。
3、水流的压力和水力载荷水流中的压力和水力载荷对水利工程建设和运维同样很重要。
压力会导致水利工程的破坏和塌陷，水力载荷则会影响工程设备的使用寿命和性能。
因此，需要采取措施防止水流的压力和水力载荷对水利工程造成影响。
四、水力运动的影响因素和计算方法水流的流速、流量和水位等参数的变化，会影响水流的压力和水力载荷。
为了确定水利工程所能承受的水流的压力和水力载荷，需要进行水动力学模拟分析。
1、影响因素水流的流速、瞬时流量、水力坡度、流量密度、水流方向、水平面的摩擦、湍流形态和沉积物的影响等都会影响水利工程中的流体运动。
2、计算方法通常，水力学的研究方法主要包括气膜法、水力计算法、数值模拟等。
五、水动力学问题的解决方法水利工程水动力学问题的解决方法涉及到多个领域，包括理论研究、试验研究和实际应用等。
其中，试验研究被认为是最为重要和实用的方法。
环境工程概论习题
环工习题（一）填空题（请将正确的答案填在横线空白处）1．废水处理的最终目标同该厂所在地区整体的环境目标紧密相关。
2．按作用原理，废水处理方法分为物理法、化学法和生物法三种基本类型。
3. 格栅按清渣方式分为人工格栅和机械格栅两种。
4. 利用重力沉降原理来完成固液分离目的的常见构筑物有沉砂池、初沉池、二沉池和重力浓缩池。
5. 影响废水中悬浮颗粒体沉淀效率的主要因素有：固液密度差、颗粒大小、水的动力学条件及水的粘度。
6. 沉砂池分为平流沉砂池和曝气沉砂池两种类型。
7. 按池内的水流方向，沉淀池通常有平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池三种。
8. 设置淹没潜孔、穿孔墙或导流窗的目的在于整流。
9. 斜板(管)沉淀池不适合于分离生物污泥。
10.从内部过程看，化学混凝分为凝聚和絮凝两种。
11.无机型混凝剂主要起凝聚作用，有机型混凝剂主要起絮凝作用。
12.聚合氯化铝的英文缩写是PAC。
13.聚合硫酸铁的英文缩写是PFS。
14.聚丙烯酰胺的英文缩写是PAM。
15.按离子型来分，聚丙烯酰胺有阳离子型、阴离子型和非离子型三种。
16.影响废水的化学混凝效果的主要因素有废水水质、混凝剂类型、混凝剂的配置和投加方法、混合和反应条件。
17. 往往以药液的均匀性(是否有未溶解的粘性团块)及药液的粘度对聚丙烯酰胺的配置效果进行初步判断。
18.化学混凝系统的日常操作管理内容有混凝剂保存及药效分析、混凝药液配置、混凝条件控制与絮体性状观察、混凝效果测定及设备维护保养等。
19.石灰的投加方法有干法和湿法两种。
20.工业液碱中NaOH的有效浓度一般为30％左右，液碱投加前需配制成5％～15％的稀溶液。
21.石灰石、大理石的主要成分为CaCO3，白云石的主要成分为CaCO3和MgCO3。
22.采用石灰石作为中和滤料时，要注意预防和消除滤料表面结壳和附着碳酸气。
23.通过降低进水中硫酸浓度和提高废水的水流速度，可以有效地消除中和时石灰石表面结壳。
水动力条件对沉积物—水界面氧通量的影响
水动力条件对沉积物—水界面氧通量的影响
沉积物—水界面氧通量始终是水资源研究领域极为关注的焦点，它紧密关联到水环境的水质。
水动力条件是深刻影响沉积物—水界面氧通量的关键因素。
本文重点就特定水动力条件下沉积物—水界面氧通量的影响进行描述和讨论。
首先，在流形和强度变化参数上有明显研究成果。
调研发现，结果表明，流形参数影响体积氧通量的关系可分类为累计系数和强度系数模型，该关系在不同研究地点上呈现一定的一致性。
同时，激荡强度也影响带体积氧通量和表面氧通量，当其在一定范围内增加时，可增加沉积物—水界面的氧通量。
其次，沉积物的粒径和可溶性有机碳的活性也会影响沉积物—水界面氧通量。
研究发现，随着可溶性有机碳的活性的提高，沉积物—水界面的体积氧通量和表面氧通量有一定的增加；而随着粒径的变化，则会表现为体积氧通量和表面氧通量在增加和减少之间出现中间转化。
最后，可湿润活性和水位动态也会影响沉积物—水界面氧通量。
随着可湿润活性的增加，沉积物—水界面氧通量也会增加。
此外，水位波动范围决定水环境中悬浮物和沉积物之间混合场的位置及强度，进而对沉积物—水界面氧通量的变化有所影响。
综上所述，特定水动力条件下沉积物—水界面氧通量的影响可以分为流形变化参数、激荡强度、沉积物粒径和可溶性有机碳活性、可湿润活性和水位动态这五个要素，它们可以增强科学家对水质变化的认知和理解。
同时，也为未来把控水环境的水质提供了一定的借鉴和参考作用。
絮凝
在自来水厂的水质净化过程中，絮凝反应是一个十分重要的环节，它的完善程度直接影响沉淀、过滤的效果。
如何提高絮凝过程的效率，缩短絮凝时间，优化设计参数，减小絮凝池的容积，降低成本，是絮凝池设计的一个重要课题。
絮凝效果的好坏主要取决于两个因素.①絮凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力，这是由絮凝剂的性质决定的;②微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由设备的动力学条件所决定的。
由于絮凝过程及其效果受流体动力学条件影响很大，为了使微絮体颗粒增大而密实，就需要在絮凝反应器结构方面进行深入的研究探讨，研究絮凝动力学理论和模型，探讨絮凝反应器的水力条件，以及絮凝与紊流动力学过程及其相互关系，使之能够创造适合于微絮体颗粒增长的微涡流并能使之从大到小逐渐衰减的有序的水流速度梯度的反应结构。
在水处理构筑物中，折板絮凝池是絮凝过程的主要设备，是大、中型水厂经常采用的工艺形式。
目前存在的主要问题是:折板絮凝池设计参数范围过大，且缺少必要的科学依据;设计值或计算值往往与实际差异较大;对絮凝水力条件的改善重视程度不够。
因此，要提高絮凝沉淀效果，必须采用合理的试验手段和先进的测试仪器，对折板絮凝池中复杂的水流流场进行试验研究与理论分析。
.2絮凝动力学研究综述在絮凝的混合阶段，主要是快速而均匀地将絮凝剂扩散到水体中，使絮凝剂得到充分水解，水解后的产物与胶体颗粒作用，使其脱稳凝聚，为生成沉淀性能良好的絮体颗粒打下良好的基础。
为此，水处理工艺中常采用不同的构筑物型式，来提高速度梯度G值，使水流在此形成强烈的涡旋运动，从而在单位时间、单位体积水体内产生无数个不同大小的涡旋。
由于涡旋所固有的扩散性，大小涡旋之间相互渗透，使得药剂能迅速均匀地溶解于水体。
1.2.1絮凝控制指标在絮凝设计与运行中，通常以絮凝时间t，速度梯度G及其组合指标Gt值作为絮凝效果的控制指标。
速度梯度G值综合地表征了水流紊动程度，反映了颗粒的碰撞频率。
包卷层理形成的水动力条件
包卷层理形成的水动力条件你有没有在海边看过那些层层叠叠的沙丘？或者说过你站在水边的时候，脚下的沙子怎么总是有那么些奇怪的纹路。
说实话，那个纹路并不是老天爷胡乱画上去的。
很多时候，它们是由水流的力量造就的。
你想，水流和沙子的碰撞，它们不是直接打架，而是合作着创造这些美丽的层理结构。
这个过程听起来有点复杂，但你要是细心观察，你会发现其中有着十分神奇的规律。
而这背后的“水动力条件”啊，才是关键。
首先得跟大家普及一下什么是包卷层理。
简单来说，它就是水流带着沙子或者泥土，一层一层地堆积在一起形成的特殊结构。
这种层理是非常有规律的，基本上是水流速度和流向变化的结果。
你想啊，水流如果一直朝着一个方向流动，沙子就会被带走。
而如果水流开始变慢，沙子就有时间停下来，形成一层层的“包裹”。
这层层叠叠的样子，简直像极了老式的包子皮。
每一层就像是包子皮的边缘，水流慢慢积累，层层递进，层层包围。
看着它们慢慢堆积成一个个“水泥蛋糕”，挺神奇的。
你要问水动力条件对它的影响有多大？嗯，得说，水流的速度和流向可不简单。
水流的速度越快，它搬运的沙子就越多，形状也更加粗犷。
那种快速的水流，打出来的层理也比较松散，沙子就像是跟着大风跑的孩子，乱七八糟地堆在一起。
如果水流稍微放慢一点，沙子就开始慢下来，层与层之间就会有更加清晰的分界，就像水流在“审美”自己，想用最完美的方式“摆弄”这些沙子。
你再看看那些老江湖在河边泡茶，常常也能发现一些妙趣横生的现象。
水流的速度快慢变化大，沙子就会在某一时刻被“卷”起来，这时候就会出现一种叫“包卷层理”的结构。
这种结构并不是单纯的“堆积”，而是水流在不断推动的过程中，把沙子“包裹”起来，好像它正在给这些沙粒穿上“沙子外套”。
每一层的厚度、形状，都能反映出那段时间水流的速度和变化。
当水流速度减缓时，沙子开始堆积成层，而一旦速度再次加快，这些层理就会变得更加紧凑，有时候还会呈现出一种优雅的曲线。
真是细心观察，别有一番风味。
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关键词： 水动力学； 絮凝颗粒； 接触絮凝 中图分类号： ＴＱ０８５ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００９ － ２４５５（ ２００７） ０１ － ０００４ － ０５
２．１ 布朗运动
颗粒在水分子热运动的撞击下所做的布朗运动
是无规则的， 这种运动必然导致颗粒相互接触碰
撞。当颗粒已完全脱稳后， 一经碰撞就发生絮凝，
从而使小颗粒聚集成大颗粒， 而水中固体颗粒总质
量不变， 只是颗粒数量浓度减少。假定颗粒为均匀
球体， 根据 Ｆｉｃｋ 定律， 可导出单位体积单位 时 间
内由于布朗运动所产生的颗粒接触碰撞频率 ＮＤ 为：
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｃｔ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｎｕｌａｒ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ， ｂｏｒｔｅｘ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｒｉｖｅｎ ｆｏｒｃｅ ｃａｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｋｉｎｅｔｉｃ ｆａｃｔｏｒ； ｔｈｅ ｆｌｏｃ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｚｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ； ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
不同外部位势力对絮凝的影响。
外部位势力为重力， 即
Ｆｐ ＝
１ ６
πｄ３（ ρｐ －
ρ） ｇ
大的颗粒以较快速度下降过程中，
（ ５） 能赶上沉速
较小的小颗粒， 因而发生接触碰撞， 产生絮凝现
象 。 当 颗 粒 的 沉 降 速 度 用 Ｓｔｏｋｅｓ 计 算 时 ， 通 过 分
·５·
ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＷＡＴＥＲ ＆ ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ
ｕｐｒ ＝
（ ρｐ － ρ） ｄ２ ｕ０２ １８ μ ｒ
（ ９）
上面的讨论虽是针对球形颗粒进行的， 但对非
球形颗粒同样适用， 因此颗粒在惯性离心力作用下
作径向运动时， 大颗粒运动得快， 小颗粒运动得
慢， 这一速度差为颗粒接触碰撞提供了条件。由径
向速度差引起的单位体积单位时间内颗粒碰撞次数
Ｎｒ 可表示为（ 假设： ｄｉ ≥ ｄｊ） ：
粒的破坏， 特别在絮凝过程的后期， 破坏作用必须
引起足够重视。
２ 颗粒接触碰撞动力
脱稳后的微小胶体颗粒的絮凝长大的重要条件
是这些颗粒间相互接触、碰撞， 而胶体颗粒接触与
碰撞是由絮凝池提供的水力条件决定的。在层流条
件 下 以 Ｓｍｏｌｏｕｃｈｏｗｓｋｉ、Ｃａｍｐ 和 Ｓｔｅｉｎ 为 代 表 的 传
统絮凝动力学的速度梯度絮凝理论未能揭示在湍流
工业用水与废水
Ｖｏｌ ． ３８ Ｎｏ ． １ Ｆｅｂ．， ２００７
析可以得出， 单位时间、单位体积内因沉速差而产
生的碰撞次数 Ｎｕ 为（ 假设： ｄｉ ≥ ｄｊ） ：
Ｎｕ
＝
ｎｉｎｊ
πｇ（ ρｐ － ρ） ７２ μ
（
ｄｉ
＋
ｄｊ）
３（
ｄｉ
－
ｄｊ） ２
（ ６）
式中： ｎｉ、ｎｊ — —— 单位体积水中直径 ｄｉ、ｄｊ 的颗粒 数， １ ／ｍ３。
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ５９８２５１０６） ； 山东省中青年 科学家基金资助项目（ ２００４ＢＳ０８０１２）
收稿日期： ２００６ － ０５ － ２４； 修回日期： ２００６ － ０９ － ２４
·４·
武道吉， 马军， 谭凤训： 水动力学条件对絮体形成的影响
被破坏， 所以在考虑颗粒絮凝的同时还必须考虑颗
池中， 由于水流的强烈紊动， 相对来说沉速差异的
作用将是微小的。特别是在絮凝的开始阶段， 颗粒
尚属细小， 本身的沉速就不大， 而不同颗粒间的沉
速差异也就更小， 因此对于因沉速差异而产生的接
触碰撞， 在絮凝过程中也可忽略不计［５］。
外部位势力为离心力。湍流中颗粒随水流做涡
旋运动， 所受的惯性离心力为：
－
ｄｕｐ ） ＋ ３ｄ３
ｄｔ
２
!πμρ×
"ｔ
１ （ ｄｕ
－ ∞ !ｔ － τ ｄτ
－
ｄｕｐ ｄτ
） τｄ ＋ Ｆｐ
（ ３）
式中： ρｐ — —— 颗粒密度， ｋｇ ／ｍ３；
ｕｐ — —— 颗粒速度， ｍ ／ｓ。
各项的物理意义如下： 左边项表示加速粒子所
需 要 的 力 ； 右 边 第 １ 项 为 Ｓｔｏｋｅｓ 阻 力 ； 第 ２ 项 为
动产生的颗粒接触碰撞可忽略不计。
２．２ 颗粒跟随运动
对于颗粒在流体中的跟随运动， ＢＢＯ（ Ｂａｓｓｅｔ－
Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ － Ｏｓｅｅｎ） 方 程 获 得 了 广 泛 的 应 用 ［６］， 但
ＢＢＯ 方 程 仅 仅 适 用 于 颗 粒 与 流 体 相 对 雷 诺 数 较 小
和 颗 粒 所 受 阻 力 为 Ｓｔｏｋｅｓ 阻 力 的 情 况 ， 而 现 实 中
Ｅｆｆｅ ｃｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏｄｙｎａ ｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｆｌｏｃ ｆｏｒｍａ ｔｉｏｎ
ＷＵ Ｄａｏ－ ｊｉ１， ２， ＭＡ Ｊｕｎ１， ＴＡＮ Ｆｅｎｇ－ ｘｕｎ２
（ １． Ｐｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５０００１， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｊｉｎａｎ ２５０１０１， Ｃｈｉｎａ）
研究絮凝动力学过程， 也就是研究絮凝过程中 颗粒状态的变化， 颗粒是怎样从粒径较小， 数量较 多， 逐步演变为粒径较大而数量较少的。因此， 颗 粒 的 粒 径 及 颗 粒 数 就 成 了 研 究 絮 凝 的 主 要 对 象 ［ ３－ ４］ 。
作为絮凝过程的分析， 主要也就是研究颗粒的 聚集和破坏。要使颗粒产生絮凝需要有两个基本前 提： 颗粒间的接触（ 或称为碰撞） 以及接触后的聚 集。两个保持一定距离随水流运动的颗粒， 如无其 它力的作用是无法接触的， 因为它们之间将始终保 持原来的间距。当然， 颗粒的接触并不等于聚集。 如果颗粒不具备彼此结合的能力， 接触后的颗粒仍 然处于分散状态。这种能力就是前面所述的絮凝能 力， 它主要取决于混凝剂的投加种类、投加量和水 质情况。絮凝能力决定了颗粒接触后聚集的有效程 度。另外， 在絮凝反应过程中絮体还要受到水流剪 切力的破坏影响， 随着絮体尺度的增大， 所受剪切 力也增加， 当絮体粒径大于相应剪切力时， 颗粒将
Ｎｒ ＝
π（ ρｐ － ρ） ７２ μ
ｎｉｎｊ（
ｄｉ
＋
ｄｊ）
３（
ｄｉ
－
ｄｊ）
ｕ０２ ｒ
（ １０）
随湍流涡旋运动的颗粒， 特别是在絮凝初始阶
段颗粒尺度很小， 能很好地跟随流体运行， 而涡旋
剪 切 速 度 差 必 然 导 致 颗 粒 间 接 触 碰 撞 ［ ９－ ｄ３（ ρｐ －
ρ） ｕ０２ ｒ
（ ７）
式中： ｒ — —— 计算颗粒到涡旋中心的距离， ｍ；
ｕ０ — —— 涡旋切向流速， ｍ ／ｓ。 涡旋内颗粒的径向运动方程可表达为：
３ πμｄｕｐｒ ＝
１ ６
πｄ３（ ρｐ －
ρ） ｕ０２ ｒ
（ ８）
式中： ｕｐｒ— ——颗粒相对径向离心速度， ｍ ／ｓ。
Ｓｔｏｋｅｓ 定 律 ； ④ 颗 粒 直 径 比 湍 流 中 的 最 小 涡 旋 尺
度还小； ⑤ 在颗粒运动期间， 其邻域由相同的流
体组成； ⑥ 作用在颗粒上的外力只来源于位势场。
除假定 ⑤ 以外， 其余假定都相当合理， 并且实际
上 也 是 可 以 满 足 的 ［７－８］。 因 此 运 用 Ｔｃｈｅｎ 方 程 描 述
絮凝池内固体颗粒与水体间的相对运动是一种近似
方法， 不过据此做出的一系列分析与实际情况倒也
大致吻合。
公式（ ３） 中， 若不计水体与颗粒速度随时间的
变化， 则有［８］
３ πμｄ（ ｕ － ｕｐ） ＋ Ｆｐ ＝ ０
（ ４）
在通常情况下， 絮凝过程中颗粒的外部位势力
有重力和离心力组成。为便于分析， 下面我们讨论
ρ— —— 水的密度， ｇ ／ｃｍ３。
由布朗运动所造成的颗粒接触碰撞速率与水温
成正比， 与颗粒浓度平方成正比， 而与颗粒尺度无
关， 实际上只有小颗粒才有布朗运动， 随着颗粒粒
径增大， 布朗运动将逐渐减弱， 当颗粒粒径大于 １
μｍ 时， 布朗运动基 本 消 失 。 对 于 絮 凝 阶 段 来 说 ，
絮体颗粒一般从 μｍ 级增至 ｍｍ 级， 因此由布朗运
情 况 下 的 絮 凝 动 力 学 本 质 ， 以 Ｌｅｖｉｃｈ 为 代 表 的 从
湍流扩散方程出发用平均方法推出的颗粒碰撞频
率， 虽然是在湍流条件下导出， 但仅适用于