混合稀釋模型

稀釋作用的實(shí)質(zhì)是污染物在水體中因擴(kuò)散而降低了濃度，稀釋并不能改變，也不能去除污染物質(zhì)。但是對 于特定水體的生態(tài)系統(tǒng)而言，當(dāng)污染物濃度降低到一定程度后，其對該水生環(huán)境或從某種使用角度出發(fā)來 考慮的水質(zhì)的影響也就很小了，在一定程度上也就能夠滿足環(huán)境或人類的要求，也具有實(shí)際意義。

污染物質(zhì)進(jìn)入水體后，存在兩種運(yùn)動形式，一是由于水流的推動而產(chǎn)生的沿著水流前進(jìn)方向的運(yùn)動，稱為推流或平流;另一是由于污染物質(zhì)在水中濃度的差異而形成的污染物從高濃度處向低濃度處的遷移，這一運(yùn) 動被稱為擴(kuò)散。廢水排入河流后，由于推流和擴(kuò)散作用，逐漸與河水相混合，污染物的濃度逐漸降低。 推流和擴(kuò)散是兩種同時(shí)存在而又相互影響的運(yùn)動形式，其綜合作用的結(jié)果是污染物濃度由排放口至水體下 游逐漸減低，即發(fā)生了稀釋。研究水體的稀釋作用時(shí)必須注意到，廢水排入水體后并不能與全部河水完全 混合。影響混合的因素很多，主要有;

(1)廢水流量與河水流量的比值。

比值越大，達(dá)到完全混合所需的時(shí)間就越長，或者說必須通過較長的距離， 才能使廢水與整個(gè)河流斷面上的河水達(dá)到完全均勻的混合。

(2)廢水排放口的形式。

如廢水在岸邊集中一點(diǎn)排入水體，則達(dá)到完全混合所需的時(shí)間較長，如廢水分散地

排放至河流中央，則達(dá)到完全混合所需的時(shí)間較短。

(3)河流的水文條件。

如河流水深、流速、河床彎曲情況以及是否有急流、跌水等都會影響混合程度。 顯然，在沒有達(dá)到完全混合的河道斷面上，只有一部分河水參與了對廢水的稀釋。參與混合稀釋的河水流 量與河水總流量之比，稱為混合系數(shù)。

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機(jī)物質(zhì)，從而使有機(jī)污染物的濃度大大減少的過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，生化自凈過程就要停止，水體水 質(zhì)就要惡化。因此，生化自凈過程實(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 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評價(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 等來反映水體受有機(jī)物質(zhì)污染的水平。BOD 值越高，說明水中有機(jī)污染物越多。因此， 水體中有機(jī)污染物的生化自凈過程，可以用水體的BOD 值隨時(shí)間的衰減變化規(guī)律來反映。

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 減過程簡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)符合一級反應(yīng)動力學(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)。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)物污染程度超過河流的自凈能力時(shí)，河流將出現(xiàn)無氧河段，這時(shí)開 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)的溶解氧濃度也會很低。

當(dāng)溶解氧低于4mg/L 時(shí)，河道中局部地段的魚類生長將受到影響，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)的水體不僅將魚蝦絕跡，也將喪失一切使用功能。

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