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河流的生化自凈和氧垂曲線模型

有機(jī)污染物進(jìn)入水體后在微生物作用下逐漸氧化分解為無(wú)機(jī)物質(zhì)，從而使有機(jī)污染物的濃度大大減少的過(guò)程就是水體的生化自凈作用。

生化自凈作用需要消耗水中的溶解氧，所消耗的氧如得不到及時(shí)的補(bǔ)充，生化自凈過(guò)程就要停止，水體水質(zhì)就要惡化。因此，生化自凈過(guò)程實(shí)際上包括了氧的消耗(耗氧)和氧的補(bǔ)充(復(fù)氧)兩方面的作用。

氧的消耗過(guò)程主要決定于排入水體的有機(jī)污染質(zhì)的數(shù)量，也要考慮排入水體中氨氮的數(shù)量，以及廢水中無(wú)機(jī)性還原物質(zhì)(如SO32-)的數(shù)量。氧的補(bǔ)充和恢復(fù)一般有以下兩個(gè)途徑：①大氣中的氧向含氧不足(低于飽和溶解氧)的水體擴(kuò)散，使水體中的溶解氧增加;②水生植物在陽(yáng)光照射下進(jìn)行光合作用放出氧氣。

水體中有機(jī)污染物的種類繁多，不同污染物的毒性和危害也各不相同，因此，不能僅用水體中某一種或幾種有機(jī)污染物的濃度大小來(lái)評(píng)價(jià)水體的污染程度，為此，在前一章中提出可以用一些綜合的水質(zhì)指標(biāo)，如生化需氧量BOD等來(lái)反映水體受有機(jī)物質(zhì)污染的水平。BOD值越高，說(shuō)明水中有機(jī)污染物越多。因此，水體中有機(jī)污染物的生化自凈過(guò)程，可以用水體的BOD值隨時(shí)間的衰減變化規(guī)律來(lái)反映。

若不考慮硝化作用、底泥的分解、水生植物的光合作用及有機(jī)物的沉降作用等，而將有機(jī)污染物的自凈衰減過(guò)程簡(jiǎn)化為僅由好氧微生物參加的生化降解反應(yīng)，并且認(rèn)為這種反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，那么：

河流接受有機(jī)廢水后，從受污點(diǎn)至下游各斷面的累積耗氧量曲線、累積復(fù)氧量曲線和虧氧變化曲線(氧垂曲線)。受污染前，河水中的溶解氧幾乎飽和，虧氧接近于零。在受到污染后，開(kāi)始時(shí)河水中的有機(jī)物大量增加，好氧分解劇烈，耗氧速率超過(guò)復(fù)氧速率，河水中的溶解氧下降，虧氧量增加。

隨著有機(jī)物因分解而減少，耗氧速率逐漸減慢，終于等于復(fù)氧速率，河水中的溶解氧達(dá)到最低點(diǎn)(相當(dāng)于圖7-2中氧垂曲線的最缺氧點(diǎn)，即臨界點(diǎn))。接著，耗氧速率低于復(fù)氧速率，河水溶解氧逐漸回升。最后，河水溶解氧恢復(fù)或接近飽和狀態(tài)。當(dāng)有機(jī)物污染程度超過(guò)河流的自凈能力時(shí)，河流將出現(xiàn)無(wú)氧河段，這時(shí)開(kāi)始厭氧分解，河水出現(xiàn)黑色，產(chǎn)生臭氣，河流的氧垂曲線發(fā)生中斷現(xiàn)象。

氧垂曲線的形狀會(huì)因排放的有機(jī)污染物量、廢水和河水的流量、河道的彎曲情況、水流速度等因素而有一定的差別，例如當(dāng)河流受到的污染負(fù)荷較輕時(shí)，最缺氧點(diǎn)距排放口的距離較遠(yuǎn)，其時(shí)的溶解氧濃度也較高;當(dāng)河流受到的污染負(fù)荷較重時(shí)，最缺氧點(diǎn)將很快出現(xiàn)，該點(diǎn)的溶解氧濃度也會(huì)很低。

當(dāng)溶解氧低于4mg/L時(shí)，河道中局部地段的魚(yú)類生長(zhǎng)將受到影響，當(dāng)溶解氧達(dá)到零時(shí)，河水出現(xiàn)厭氧狀態(tài)。這種情況下的氧垂曲線將是一條被橫坐標(biāo)切斷的曲線，有時(shí)甚至不可能再通過(guò)復(fù)氧作用而重新出現(xiàn)溶解氧。這是最嚴(yán)重的水污染狀況，此時(shí)的水體不僅將魚(yú)蝦絕跡，也將喪失一切使用功能。

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