污水生物處理技術(shù)

1、1。制定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：水環(huán)境中污染物的允許含量，污染源排放污染物的數(shù)量和濃度等的技術(shù)規(guī)范。l按照水體類型：地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。l按水的用途：生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，漁業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，娛樂(lè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。l工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)中將排放的污染物按其性質(zhì)分為兩類：1。第一類污染物是指能在動(dòng)植物體內(nèi)蓄積，對(duì)人體健康產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)不良影響的。2。第二類污染物指其長(zhǎng)遠(yuǎn)影響小于第一類污染物質(zhì)。兩類污染物的允許排放濃度見(jiàn)附表11（1），11（2）l水環(huán)境污染防治對(duì)策：l1。減少耗水量l2。建立城市污水處理系統(tǒng)l3。調(diào)整工業(yè)布局l4。加強(qiáng)水資源的

2、規(guī)劃管理 為了有效控制水污染，在管理上應(yīng)沖濃度管理逐步向總量控制管理過(guò)渡。廢水處理目的：對(duì)廢水中的污染物以某種方式分離出來(lái)，或者將其分解轉(zhuǎn)化為無(wú)害穩(wěn)定物質(zhì)，從而使污水得到凈化。廢水處理方法選擇：廢水水質(zhì)和水量，廢水處理后的用途等；取決于廢水中污染物的性質(zhì)，組成，狀態(tài)及對(duì)水質(zhì)的要求。分類：物理法，化學(xué)法及生物法l物理法：利用物理作用處理，分離和回收廢水中污染物。沉淀法，浮選法，過(guò)濾法，蒸發(fā)法。l化學(xué)法：利用化學(xué)反應(yīng)或物理化學(xué)作用處理回收可溶性廢物或膠狀物質(zhì)。中和法，萃取法，氧化還原法。l生物法：利用微生物的生化作用處理廢水中的有機(jī)污染物。生物過(guò)濾法，活性污泥法。l城市污水處理步驟劃分為：一級(jí)，二

3、級(jí)和三級(jí)處理。一級(jí)處理：篩濾，重力沉淀和浮選，處理后的污水達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。二級(jí)處理：生物法和絮凝法。有機(jī)物，無(wú)機(jī)懸浮物和膠體顆粒物極低濃度有機(jī)物。三級(jí)處理：曝氣，吸附，化學(xué)凝聚，電滲析等?？刂聘粻I(yíng)養(yǎng)化或達(dá)到使廢水能夠重新回用。 1 1。生物處理生物處理的基本概念的基本概念 2 2。生物處理法在廢水處理中的地位。生物處理法在廢水處理中的地位 3 3。生物處理法的分類。生物處理法的分類1.1 生物處理的目的和重要性生物處理的目的和重要性 一、廢水生物處理的目的：一、廢水生物處理的目的：l絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物 l穩(wěn)定和去除廢水中的有機(jī)物

4、穩(wěn)定和去除廢水中的有機(jī)物l去除營(yíng)養(yǎng)元素氮和磷去除營(yíng)養(yǎng)元素氮和磷二、廢水生物處理的重要性：二、廢水生物處理的重要性：l 城市污水中約有城市污水中約有60%以上的有機(jī)物只有用生物法去除以上的有機(jī)物只有用生物法去除才最經(jīng)濟(jì)；才最經(jīng)濟(jì)；l廢水中氮的去除一般來(lái)說(shuō)只有依靠生物法；廢水中氮的去除一般來(lái)說(shuō)只有依靠生物法；l目前世界上已建成的城市污水處理廠有目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生以上是生物處理法；物處理法；l大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。大多數(shù)工業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。 l 去除有機(jī)物（以去除有機(jī)物（以COD或或BOD5表示）表示），去除其它無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如去除其它

5、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如N、P等等l絮凝沉淀和降解膠體狀固體物絮凝沉淀和降解膠體狀固體物l穩(wěn)定有機(jī)物穩(wěn)定有機(jī)物微生物微生物非非細(xì)胞形態(tài)的微生物細(xì)胞形態(tài)的微生物細(xì)胞形態(tài)的微生物細(xì)胞形態(tài)的微生物病毒、噬菌體病毒、噬菌體真核生物真核生物酵母菌酵母菌原生動(dòng)物原生動(dòng)物后生動(dòng)物后生動(dòng)物原核生物原核生物細(xì)菌細(xì)菌放線菌放線菌藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）真菌真菌霉菌霉菌藻類藻類細(xì)菌：細(xì)菌： 是廢水生物處理工程中最主要的微生物是廢水生物處理工程中最主要的微生物 l真細(xì)菌真細(xì)菌(eubacteria)、古細(xì)菌古細(xì)菌(archaebacteria) l 根據(jù)需氧情況不同：根據(jù)需氧情況不同： 好氧好氧細(xì)菌、細(xì)菌、兼性兼性細(xì)菌、細(xì)

6、菌、厭氧厭氧細(xì)菌；細(xì)菌；l 根據(jù)能源碳源利用情況的不同：根據(jù)能源碳源利用情況的不同： 光合細(xì)菌光合細(xì)菌光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌；光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌； 非光合細(xì)菌非光合細(xì)菌化能自養(yǎng)菌化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌化能異養(yǎng)菌l 根據(jù)生長(zhǎng)溫度的不同：根據(jù)生長(zhǎng)溫度的不同： 低溫菌低溫菌( 1015 C)、中溫菌中溫菌(15 45 C)、高溫菌高溫菌(45 C)真菌：真菌：l特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1) 能在低溫和低能在低溫和低pH值的條件生長(zhǎng)值的條件生長(zhǎng) 2) 在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氮的要求較低（在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氮的要求較低（1/2） 3) 能降解纖維素。能降解纖維素。l應(yīng)用：應(yīng)用： 1) 處理某些特殊工業(yè)廢水處理某些特殊工業(yè)

7、廢水 2) 固體廢棄物的堆肥處理固體廢棄物的堆肥處理原生動(dòng)物：原生動(dòng)物： 原生動(dòng)物主要以細(xì)菌作為食物；原生動(dòng)物主要以細(xì)菌作為食物； 種屬與數(shù)量的變化，與出水水質(zhì)相關(guān)，可作為種屬與數(shù)量的變化，與出水水質(zhì)相關(guān)，可作為指示生物指示生物。后生動(dòng)物：后生動(dòng)物： 后生動(dòng)物以原生動(dòng)物和細(xì)菌作為食物；后生動(dòng)物以原生動(dòng)物和細(xì)菌作為食物； 也可作為也可作為指示生物指示生物。2.1 有機(jī)物在廢水中的存在形式及其主要去除方法有機(jī)物在廢水中的存在形式及其主要去除方法l顆粒狀有機(jī)物顆粒狀有機(jī)物(1 m)： 可采用機(jī)械沉淀法去除可采用機(jī)械沉淀法去除l膠體狀有機(jī)物膠體狀有機(jī)物(1nm100nm)： 不能用機(jī)械沉淀法去除不能用

8、機(jī)械沉淀法去除l溶解性有機(jī)物溶解性有機(jī)物(1nm)： 以分散的分子狀態(tài)存在于水中以分散的分子狀態(tài)存在于水中 一級(jí)處理一級(jí)處理預(yù)處理或前處理；預(yù)處理或前處理； 二級(jí)處理二級(jí)處理生物處理；生物處理； 三級(jí)處理三級(jí)處理深度處理深度處理北京市酒仙橋污水處理廠北京市酒仙橋污水處理廠一級(jí)處理一級(jí)處理二級(jí)處理二級(jí)處理污泥回流原廢水粗細(xì)格柵進(jìn)水泵房沉砂池初沉池曝氣池二沉池接觸池出水泥餅外運(yùn)集泥井污泥回流泵房污泥濃縮池一級(jí)消化池二級(jí)消化池污泥脫水機(jī)房空氣CL2或其它消毒劑絮凝劑上清液回流二級(jí)處理二級(jí)處理一級(jí)處理一級(jí)處理三級(jí)處理三級(jí)處理一級(jí)處理：一級(jí)處理： 去除效果：去除效果：EBOD 30 功能：功能： 1）去

9、除大顆粒狀有機(jī)物，以減輕后續(xù)生物處理的負(fù)擔(dān)；）去除大顆粒狀有機(jī)物，以減輕后續(xù)生物處理的負(fù)擔(dān)； 2）調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。）調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、水溫等，有利于后續(xù)的生物處理。 主要方法：主要方法：物化法，物化法， 沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等沉砂、沉淀、氣浮、除油、中和、調(diào)節(jié)、加熱或冷卻等二級(jí)處理：二級(jí)處理： 去除效果：去除效果：EBOD 8590% 功能：功能：大量去除膠體狀和溶解狀有機(jī)物，保證出大量去除膠體狀和溶解狀有機(jī)物，保證出水達(dá)標(biāo)排放水達(dá)標(biāo)排放 方法：方法：各種形式的生物處理工藝各種形式的生物處理工藝三級(jí)處理：三級(jí)處理：l 目的目的： 去除二級(jí)處

10、理出水中殘存的去除二級(jí)處理出水中殘存的SS、有機(jī)物，有機(jī)物， 或脫色、殺菌，或脫色、殺菌， 或脫氮、除磷或脫氮、除磷防止水體富營(yíng)養(yǎng)化防止水體富營(yíng)養(yǎng)化l 方法方法： 物化法物化法超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；超濾、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等； 生物法生物法生物脫氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝氣生物濾生物脫氮除磷、生物陶粒、生物活性炭、曝氣生物濾池等池等l廢水排放量巨大廢水排放量巨大 總廢水量達(dá)總廢水量達(dá)400億億m3(1.1 108m3/d)，其中工業(yè)廢水和城市生活污水近各其中工業(yè)廢水和城市生活污水近各50%，處理率低處理率低l主要污染物是有機(jī)物和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽主要污染

11、物是有機(jī)物和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽 年份年份污水廠污水廠處理能力處理能力處理率處理率 1921 上海北區(qū)污水廠上海北區(qū)污水廠4 104m3/d 1926上海東、西區(qū)污水廠上海東、西區(qū)污水廠到到1980全國(guó)全國(guó)238個(gè)城市個(gè)城市, 僅有僅有16個(gè)建有個(gè)建有39個(gè)污水廠個(gè)污水廠 85 104m3 /d1.7%其中二級(jí)處理廠其中二級(jí)處理廠19.3萬(wàn)萬(wàn)m3/d0.39%到到1985年底年底33個(gè)城市，個(gè)城市，63個(gè)污水廠個(gè)污水廠220 104m3 /d2.2%其中一級(jí)處理廠其中一級(jí)處理廠20個(gè)個(gè)73 104m3 /d0.66%二級(jí)處理廠二級(jí)處理廠43個(gè)個(gè)147 104m3 /d1.54%到到1996年底年底全國(guó)全

12、國(guó)640多個(gè)城市多個(gè)城市,共建有共建有160多個(gè)污水廠多個(gè)污水廠812 104m3 /d6.7% 目前，在全國(guó)范圍內(nèi)已經(jīng)建成很多城市廢水處理廠，估目前，在全國(guó)范圍內(nèi)已經(jīng)建成很多城市廢水處理廠，估計(jì)目前我國(guó)的計(jì)目前我國(guó)的城市廢水處理率城市廢水處理率已經(jīng)達(dá)到已經(jīng)達(dá)到近近20%20%。年份年份污水廠污水廠處理能力處理能力1985天津紀(jì)莊子污水廠天津紀(jì)莊子污水廠26 104m3 /d1990北京高碑店污水廠北京高碑店污水廠50 104m3 /d (一期，一期，9093)100 104m3 /d (二期，二期，9599)1994天津東郊污水廠天津東郊污水廠34 104m3 /d其它其它西安大白楊污水廠西

13、安大白楊污水廠32 104m3 /d南京污水廠南京污水廠26 104m3 /d上海天山污水廠上海天山污水廠10.5 104m3 /d杭州四堡污水廠杭州四堡污水廠20 104m3 /d鄭州污水廠鄭州污水廠12 104m3 /dl生活污水：生活污水：COD = 400500mg/l, BOD5 = 200300mg/ll工業(yè)廢水：工業(yè)廢水：輕工、食品、石油化工等輕工、食品、石油化工等 啤酒廢水：啤酒廢水：820m3廢水廢水/m3酒酒, COD = 20003500mg/l 酒精廢水：酒精廢水：1215 m3廢水廢水/m3酒酒, COD = 36 萬(wàn)萬(wàn)mg/l 味精廢水：味精廢水：2535 m3廢水

14、廢水/噸味精噸味精, COD = 610 萬(wàn)萬(wàn)mg/l 造紙黑液：造紙黑液：120600 m3廢水廢水/噸紙漿噸紙漿, COD = 1015萬(wàn)萬(wàn)mg/l 生物處理法生物處理法天然生物處理天然生物處理人工生物處理人工生物處理生物穩(wěn)定塘生物穩(wěn)定塘土地處理系統(tǒng)土地處理系統(tǒng)好氧好氧生物處理生物處理厭氧厭氧生物處理生物處理活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法傳統(tǒng)厭氧消化傳統(tǒng)厭氧消化現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器現(xiàn)代高速厭氧反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)水水質(zhì)：COD 400mg/lBOD 200mg/l出水水質(zhì)出水水質(zhì)：COD 40mg/lBOD 15mg/l排放標(biāo)準(zhǔn)排放標(biāo)準(zhǔn)：COD 100mg/lBOD 30mg/l高碑店污水

15、處理廠的工藝流程圖高碑店污水處理廠的工藝流程圖污泥的厭氧消化活性污泥系統(tǒng)初沉池曝氣池二沉池一期二期污泥處理活性污泥活性污泥好氧微生物好氧微生物0.1mm鐘蟲(chóng)鐘蟲(chóng)小口鐘蟲(chóng)草履蟲(chóng)蓋纖蟲(chóng)腎形蟲(chóng)變形蟲(chóng)活性污泥中的后生動(dòng)物輪蟲(chóng)線蟲(chóng)l1。水體環(huán)境概述l2。污染物在水體中的擴(kuò)散l3。污染物在水體中的轉(zhuǎn)化l4。水環(huán)境污染控制及管理l目前世界各國(guó)每年消耗的淡水為目前世界各國(guó)每年消耗的淡水為2088km2088km3 3/a,/a,連同可連同可循環(huán)用水，總量為循環(huán)用水，總量為3300km3300km3 3/a/a，約占全球全年總徑流，約占全球全年總徑流量的量的9090，其余，其余1010流入海洋，總體看來(lái)水量豐富

16、。流入海洋，總體看來(lái)水量豐富。l世界人口增加和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，水量需求增加；世界人口增加和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，水量需求增加；淡水資源分布不均，水源和人口分布不成比例；水淡水資源分布不均，水源和人口分布不成比例；水污染加劇，污染加劇，水資源供應(yīng)不足稱為世界各國(guó)面臨的嚴(yán)水資源供應(yīng)不足稱為世界各國(guó)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。重問(wèn)題。l天然水化學(xué)組成天然水中幾乎包括化學(xué)元素周期表中所有化學(xué)元素 溶解氣體：主要?dú)怏wO2,N2等 ， 微量氣體：CH4，H2等 主要離子：陰離子：Cl-,SO42-等, 陽(yáng)離子：K+,Na+等 微量元素：I，F(xiàn)等 膠 體：無(wú)機(jī)膠體，有機(jī)膠體 固體懸浮物質(zhì)：砂礫，粘土等l水體：l水體是地表水圈

17、的重要組成部分，指的是以相對(duì)穩(wěn)定的陸地為邊界的天然水域，包括一定流速的河渠，江河和相對(duì)靜止的塘堰，水庫(kù)，湖泊，沼澤，以及受潮汐影響的三角洲與海洋。包括：水中懸浮物質(zhì)，溶解物質(zhì)，底泥和水生生物等l水體分類： 按類型分： 海洋水體 陸地水體：地表水體，地下水體 區(qū)域：某一具體的被水覆蓋的地段，如太湖，洞庭湖等。概念判別：水質(zhì)：水相的質(zhì)量，通過(guò)水體的物理，化學(xué)和生物特征及組成狀況，反映了水體環(huán)境自然演化過(guò)程和人類活動(dòng)影響的程度。水體：包括除水相以外的其他固相物質(zhì)，內(nèi)容廣泛。水體污染及污染源水體污染及污染源水污染指標(biāo)水污染指標(biāo): : 懸浮物懸浮物 生物化學(xué)需氧量生物化學(xué)需氧量(BOD)(BOD) 化學(xué)

18、需氧量化學(xué)需氧量(COD)(COD) 總有機(jī)碳總有機(jī)碳(TOC)(TOC) pHpH值值 大腸菌群數(shù)大腸菌群數(shù) 有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)在在人工控制人工控制的條件下，使水樣中的有機(jī)物在微生物作的條件下，使水樣中的有機(jī)物在微生物作用下進(jìn)行生物氧化，在用下進(jìn)行生物氧化，在一定時(shí)間內(nèi)一定時(shí)間內(nèi)所消耗的溶解氧的所消耗的溶解氧的數(shù)量，可以間接反映出有機(jī)物的含量，以每升水（所數(shù)量，可以間接反映出有機(jī)物的含量，以每升水（所含的污染物）所消耗的氧的毫克數(shù)來(lái)表示含的污染物）所消耗的氧的毫克數(shù)來(lái)表示(mg/L)(mg/L)，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)稱稱生化需氧量生化需氧量(BOD)(BOD)。BODBOD越高，表示水中需氧有機(jī)物質(zhì)越多。越

19、高，表示水中需氧有機(jī)物質(zhì)越多。 2020條件下培養(yǎng)條件下培養(yǎng)5 5天天BODBOD5 5用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時(shí)所需的用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時(shí)所需的氧量，以每升水所消耗的氧的毫克數(shù)來(lái)表示氧量，以每升水所消耗的氧的毫克數(shù)來(lái)表示(mg/L)，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱化學(xué)耗氧量化學(xué)耗氧量(COD)(COD)。COD越高，表示水中有機(jī)污染物污染越重。越高，表示水中有機(jī)污染物污染越重。常用的氧化劑常用的氧化劑: :高錳酸鉀高錳酸鉀(KMnO(KMnO4 4) ) 高錳酸鹽指數(shù)高錳酸鹽指數(shù)重鉻酸鉀重鉻酸鉀(K(K2 2CrCr2 2O O7 7) COD) COD水體污染源水體污染源工業(yè)污染源工業(yè)污染源生

20、活污染源生活污染源農(nóng)村污水和灌溉水農(nóng)村污水和灌溉水船舶廢水船舶廢水點(diǎn)源點(diǎn)源非點(diǎn)源非點(diǎn)源水體污染物水體污染物造成水體的水質(zhì)、底質(zhì)、生物質(zhì)等質(zhì)量惡化或造成水體的水質(zhì)、底質(zhì)、生物質(zhì)等質(zhì)量惡化或形成水體污染的各種物質(zhì)或能量均可能成為形成水體污染的各種物質(zhì)或能量均可能成為水水體污染物體污染物。 無(wú)機(jī)無(wú)毒物無(wú)機(jī)無(wú)毒物無(wú)機(jī)有毒物無(wú)機(jī)有毒物有機(jī)無(wú)毒物有機(jī)無(wú)毒物有機(jī)有毒物有機(jī)有毒物放射性污染物放射性污染物熱污染熱污染物物病原體污染病原體污染物物水體的自凈水體的自凈所謂水體的自凈作用，是指受污染的各種水體在物理、所謂水體的自凈作用，是指受污染的各種水體在物理、化學(xué)和生物等作用下，水中污染物濃度自然降低的過(guò)化學(xué)和生

21、物等作用下，水中污染物濃度自然降低的過(guò)程。水體自凈作用往往需要一定的時(shí)間，一定范圍的程。水體自凈作用往往需要一定的時(shí)間，一定范圍的水域以及適當(dāng)?shù)乃臈l件，另外還決定于污染物的性水域以及適當(dāng)?shù)乃臈l件，另外還決定于污染物的性質(zhì)、濃度以及排放方式等。質(zhì)、濃度以及排放方式等。 包括包括:(1)物理自凈物理自凈(2)化學(xué)自凈化學(xué)自凈(3)生物自凈生物自凈污染物在水體的運(yùn)動(dòng)形式有三種：l推移遷移；l擴(kuò)散；l衰減。三種運(yùn)動(dòng)的作用使污染物濃度降低，稱水體“自凈作用”。 l綜上所述可知： 推移作用：總量不變，分布狀態(tài)也不變； 推移+分散：總量不變，分布狀態(tài)發(fā)生變化； 推移+分散+衰減：總量變化，分布狀態(tài)變化。

22、1、一維穩(wěn)態(tài)模型 Dx 2c/ x2ux c/ xKc=0 (1) 其特征方程為：Dx2 ux k=0 特征根為： 1,2=ux/2Dx(1+m) 式中：m= xXuKD241 當(dāng)x=0， c=c0 時(shí)， 上式的解為（ 取負(fù)值） C=c0expuxx/2Dx1(1+4kDx/ux2)1/2 彌散項(xiàng)忽略，則一維穩(wěn)態(tài)模型解為：c=c0exp(-Kxx/ux) 式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q) Q為河流流量；c1為河流中污染物的本底濃度；q為排入河流的污水的流量；c2為無(wú)水中的某污染物濃度；c為污染物的濃度；Dx縱向彌散系數(shù)；ux斷面平均流速；K污染物的衰減速度常數(shù)2、二維穩(wěn)態(tài)模型： Dx

23、2c/ x2+Dy 2c/ y2ux c/ xuy c/ ykc=0 (2)在均勻流場(chǎng)中其解析解為： C(x,y)=Q/4 h(x/ux)2(Dx Dy)*exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux) *exp(-kx/ux) (2-1)忽略Dx,ux:C(x,y)=Q/(ux*h(4Dxx/ux)*exp(-uxy2/4Dyx) *exp(-kx/ux ) (2-2) 在河流有邊界條件下：才用鏡像法：C(x,y)=2*Q/(ux*h(4Dxx/ux)*exp(-uxy2/4Dyx) +exp(-ux(2nB-y)2/4Dyx + exp(-ux(2nB+y)2/4Dyx*exp(-kx/u

24、x) (2-3) h水深；B河寬；其它符號(hào)同前。 一、污染物與河水的混合 污染物排入河流后，從污水排放口到污染物在河流橫斷面上達(dá)到均勻分布，通常需經(jīng)歷豎向混合豎向混合和橫向混合橫向混合兩個(gè)階段。豎向混合污染物進(jìn)入河流后，在較短距離內(nèi)即達(dá)到豎向的均勻分布橫向混合污染物達(dá)到豎向均勻分布到污染物在整個(gè)斷面上達(dá)到均勻分布的過(guò)程 注： 直道中，主要?jiǎng)恿闄M向彌散作用; 彎道中，橫向環(huán)流大大加速了橫向擴(kuò)散二、生物化學(xué)分解 1. 河流中的有機(jī)物經(jīng)過(guò)生物降解所產(chǎn)生的濃度變化，可由一級(jí)反應(yīng)式表示： L=L0 e -Kc*t Lt時(shí)刻有機(jī)物的剩余生物化學(xué)需氧量 L0初始時(shí)刻有機(jī)物的總生物化學(xué)需氧量 Kc 含碳有機(jī)

25、物的降解速度常數(shù)，為溫度的函數(shù) 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定Kc值：通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定生化需氧量（BOD）和時(shí)間的關(guān)系 2. 1961年，托馬斯（HThomas）提出了河流中BOD衰減的另一個(gè)原因沉淀，沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰減速度常數(shù)分別為Kd和Ks，則 Kc Kd + Ks 3. 1966年， KBosko研究了河流中生化作用的BOD衰減速度常數(shù)Kd和實(shí)驗(yàn)室的數(shù)值Kc之間的關(guān)系： 為河床活度常數(shù)，綜合反映河流對(duì)有機(jī)物生化降解作用的影響。4. 穩(wěn)態(tài)河流中BOD的變化規(guī)律滿足下式：5. 含氮有機(jī)物排入河流后，同樣發(fā)生生物化學(xué)氧化過(guò)程：Kd Kc + uxHLc=L0exp（-Kcxux）LN =

26、LN0exp（-KNxux）三、大氣復(fù)氧 水中溶解氧的主要來(lái)源是大氣。氧氣由大氣進(jìn)入水中的質(zhì)量傳遞速度： C-河流水中溶解氧的濃度Cs-河流水中飽和溶解氧的濃度KL-質(zhì)量傳遞系數(shù)A-氣體擴(kuò)散的表面積V-水的體積 dtdC=KLAV(Cs - C) 歐康奈爾 （ D.OConner ）和多賓斯（WDobbins）在1958年提出根據(jù)河流的流速、水深計(jì)算大氣復(fù)氧速度常數(shù)的方法： 飽和溶解氧濃度Cs是溫度、鹽度和大氣壓力的函數(shù)。在760mmHg壓力下，淡水中的飽和溶解氧濃度為 lT為0cKL = CuxnHmCs =46831.6 + T四、光合作用 水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一個(gè)重要來(lái)源。

27、 歐康奈爾假定光合作用的速度隨著光照強(qiáng)度的變化而變化。中午光照強(qiáng)度最大時(shí)，產(chǎn)氧速度最快，夜晚沒(méi)有光照時(shí)，產(chǎn)氧速度為零。五、藻類的呼吸作用 藻類的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻類呼吸耗氧速度看作是常數(shù).六、底棲動(dòng)物和沉淀物的耗氧 底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中和底泥頂層耗氧物質(zhì)的氧化分解.定義：在所研究的河段內(nèi)只有一個(gè)排放口時(shí)稱該河段為單一河段坐標(biāo)：在研究單一河段時(shí)，一般把排放口置于河段的起點(diǎn)，即定義排放口處的縱向坐標(biāo)x0.S-P模型描述河流水質(zhì)的第一個(gè)模型，由斯特里特（H Streeter）和菲而普斯（E Phelps）在1925年建立。基本假設(shè)：河流中的BOD的衰減

28、和溶解氧的復(fù)氧都是一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度為常數(shù)；河流中的耗氧是由BOD衰減引起的，而河流中的溶解氧來(lái)源則是大氣復(fù)氧。l生物降解反應(yīng)的類別l微生物參與的生物化學(xué)反應(yīng)，屬于生物降解反應(yīng)的主要有這樣一些基本反應(yīng)：氧化、水解、脫水、脫氫、脫氨基、脫羧基等. 水體中耗氧有機(jī)物的降解l含氮有機(jī)物的降解含氮有機(jī)物的降解 有機(jī)氮化合物降解的最終產(chǎn)物是氨，所以這個(gè)過(guò)程也被稱作氨化作用（或無(wú)機(jī)化作用）。在自然環(huán)境中，這類作用大多屬于有微生物介入的生物降解過(guò)程。 含氮有機(jī)物:蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、胺類、硝基化合物等等。它們的元素組成，除氮外還含有碳、氫、氧、硫、磷等。 含氮有機(jī)物生物降解較不含氮有機(jī)物更難，其產(chǎn)物污染性

29、強(qiáng)；同時(shí)，它的降解產(chǎn)物與不含氮有機(jī)物的降解產(chǎn)物會(huì)發(fā)生相互作用，影響整個(gè)降解過(guò)程。 l硝化作用硝化作用 由固氮作用生成的氨或由蛋白質(zhì)等高分子含氮化合物經(jīng)降解作用后產(chǎn)生的氨，都可能在有氧條件下，經(jīng)細(xì)菌作用而硝化 硝化作用對(duì)土壤中的植物有特殊意義:1.一般植物容易吸收NO3-形態(tài)的氮，不易吸收NH3或NH4+形態(tài)的氮。2.硝酸鹽有極大可溶性，不易為土壤所阻留，這又是對(duì)植物不利的。 l反硝化作用反硝化作用 又稱脫氮作用。在土壤中以及在水體的底泥或中間水層環(huán)境介質(zhì)中都可能發(fā)生這種作用。反硝化過(guò)程可簡(jiǎn)單地表示如下： 其中N2和N2O 是反硝化作用的主要產(chǎn)物，但一般情況下，在生成過(guò)量N2O條件下才能產(chǎn)生N2

30、。2.水體中富營(yíng)養(yǎng)污染物水體中富營(yíng)養(yǎng)污染物 水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題l湖泊、水庫(kù)、河口、港灣等水流較緩的區(qū)域，最容易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。這是一種由磷和氮的化合物過(guò)多排入水體后引起的二次污染現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為水體中藻類大量繁殖，嚴(yán)重影響了水質(zhì)。l在適宜的光照、溫度、pH 值和具備充分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的條件下，天然水體中藻類進(jìn)行光合作用，合成本身的原生質(zhì)，其總反應(yīng)式可寫(xiě)為: 藻類繁殖所需要各成分,控制性因素是磷和氮，藻類繁殖的程度主要決定于水體中這兩種成分的含量，并且已經(jīng)知道能為藻類吸收的是無(wú)機(jī)形態(tài)的含磷、氮的營(yíng)養(yǎng)物。l湖水的營(yíng)養(yǎng)化程度湖水的營(yíng)養(yǎng)化程度 在湖泊水體中，凡生產(chǎn)者、還原者、消費(fèi)者達(dá)到生態(tài)平

31、衡者是屬調(diào)和型的湖泊. 依據(jù)湖水營(yíng)養(yǎng)化程度:貧營(yíng)養(yǎng)化湖、低營(yíng)養(yǎng)化湖、中營(yíng)養(yǎng)化湖和富營(yíng)養(yǎng)化湖。l調(diào)和型湖泊的營(yíng)養(yǎng)化程度可用總磷含量、總氮含量、葉綠素a 含量和透明度等指標(biāo)來(lái)度量。具體數(shù)值見(jiàn)表1。表表1 湖水的營(yíng)養(yǎng)化程度湖水的營(yíng)養(yǎng)化程度 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)模型：P作為自變量，湖泊營(yíng)養(yǎng)狀況作為因變量 湖泊、水庫(kù)完全混合箱式水質(zhì)模型：沃倫威德?tīng)枺?0年代初研究北美大湖。 模型從宏觀上研究湖泊、水庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡的輸入產(chǎn)出關(guān)系的模型。 模型建立了輸入湖泊的某一水質(zhì)組份的總量，湖泊中該水質(zhì)組份的濃度與湖泊的自然特征，如：平均水深，水流停留時(shí)間等的關(guān)系。 模型不描述發(fā)生在湖泊內(nèi)的物理，化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程，同時(shí)也

32、不考慮湖泊和水庫(kù)的熱分層。l停留時(shí)間很長(zhǎng)，水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)的湖泊和水庫(kù)，可作為一個(gè)均勻混合的水體進(jìn)行研究。l沃倫威德?tīng)柤僭O(shè)：湖泊中某中營(yíng)養(yǎng)物的濃度隨時(shí)間的變化率，是輸入，輸出和在湖泊內(nèi)沉積的該種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量的函數(shù)。QcScVIdtdcVc V-湖泊水庫(kù)的容積（m3)；c某中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度(g/m3)；Ic某中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總負(fù)荷(g/a);S營(yíng)養(yǎng)物在湖泊或水庫(kù)中的沉積速度常數(shù)(l/a)；Q湖泊出流的流量(m3/a)l針對(duì)上一模型中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水庫(kù)中的沉積速度常數(shù)S難于確定而建立。l吉柯奈爾迪龍：1975年，引入滯留系數(shù)Rc營(yíng)養(yǎng)物在湖泊和水庫(kù)中的滯留分?jǐn)?shù)。rcVRIdtdccc )1(式中：Rc營(yíng)

33、養(yǎng)物在湖泊和水庫(kù)中的滯留分?jǐn)?shù)。t=0,c=c0,方程解析解為:rtcccceVrRIcVrRIc )1()1(0入入出出J1JRc J出湖泊輸出的總P量J入湖泊輸入的總P量迪龍通過(guò)多次回歸分析，得出：Rc與面積水負(fù)荷qs相關(guān)。（Q輸出水量，A湖泊表面積）AQqs l由迪龍模型繪制總P負(fù)荷圖。h(g)Lp(1-RP)/r(g/m2)允許界限危險(xiǎn)界限過(guò)渡區(qū)富營(yíng)養(yǎng)區(qū)貧營(yíng)養(yǎng)區(qū)一。重金屬元素在水環(huán)境中的污染特征1。在自然界中的分布:分布廣,含量低,危害明顯2。屬于過(guò)渡性元素:化學(xué)性質(zhì)由電子層結(jié)構(gòu)決定,價(jià)態(tài) 變化較多,配位絡(luò)合能力強(qiáng)3。在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化:機(jī)械遷移,物理化學(xué)遷移,生物遷移4。毒性效應(yīng):易

34、與蛋白質(zhì)和酶高分子化物質(zhì)結(jié)合,產(chǎn)生不可逆變性,使生理或代謝過(guò)程障礙,或與脫氧核糖核酸等相互作用而致突變l二.重金屬在水體中的遷移轉(zhuǎn)化1.重金屬化合物的沉淀-溶解作用 重金屬化合物在水中的溶解度可以直觀地表示其在水體中的遷移能力，溶解度大者遷移能力大，溶解度小者遷移能力小。水作為一種溶劑對(duì)許多物質(zhì)都有很強(qiáng)的溶解能力。2.重金屬的氧化還原轉(zhuǎn)化重金屬的遷移轉(zhuǎn)化趨勢(shì)和污染效應(yīng)均與此有密切關(guān)系 天然水具有相應(yīng)的P，故有可能使水中重金屬元素進(jìn)行氧化還原轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生價(jià)態(tài)的變化。 一般說(shuō)來(lái)，重金屬元素在高P水中，將從低價(jià)態(tài)氧化成高價(jià)態(tài)或較高價(jià)態(tài)。而在低P的水中將被還原成低價(jià)態(tài)，或與其中硫化氫反應(yīng)形成難溶硫化物。 3.重金屬元素絡(luò)合作用 在水環(huán)境中存在著多種多樣的天然和人工合成的配位體，它們能與重金屬離子形成穩(wěn)定度不同的絡(luò)合物或螯合物，對(duì)重金屬元素在水環(huán)境中