环境工程导论第7七章特定水体的污染及自净课件.ppt

1、第一节第一节 水体自净水体自净第二节第二节 河流的污染与自净河流的污染与自净 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、水环境容量第三节第三节 湖泊（水库）的污染与自净湖泊（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）的自净规律第四节第四节 海洋的污染与自净海洋的污染与自净 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第一节第一节 水体自净水体自净 水污染水污染：进入水体污染物水体本底值、自净能力进入水体污染物水体本底值、自净能力水体自净水体自净:水体自行水体自行消纳污染物，

2、使自身质量保持洁净能力消纳污染物，使自身质量保持洁净能力 的过程的过程。不同的水体有不同的自净能力。不同的水体有不同的自净能力。自净过程自净过程：物理过程物理过程（稀释、扩散、挥发、沉淀）；（稀释、扩散、挥发、沉淀）；化学物理过程化学物理过程（氧化还原、吸附凝聚、中和）；（氧化还原、吸附凝聚、中和）；生化过程生化过程（微生物对有机物分解代谢，不同生物群体相（微生物对有机物分解代谢，不同生物群体相互作用）。互作用）。第二节第二节 河流的污染与自净河流的污染与自净水质特征水质特征：水量、水质随季节变化大，水体更新期短、更新快。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

3、间短，水面蒸发面小，矿化度较低。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。污染性质污染性质：病原污染期病原污染期。工业不发达时，生活污水。工业不发达时，生活污水-有机质、病原菌污染，流行有机质、病原菌污染，流行性传染病。性传染病。总体污染期总体污染期。生活污水工业废水。生活污水工业废水。新污染期新污染期。石油、化工、核工业，新污染物、毒物增多。石油、化工、核工业，新污染物、毒物增多。我国河流长度有我国河流长度有70.6%70.6%被污染。被污染。有机污染是一个不可忽视的因素。有机污染是一个不可忽视的因素。河流污染特点河流污染特点：污染易发生；易扩散自净恢复。污染途径多，种类：污

4、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。繁杂，多是耗氧有机物。自净机理自净机理：（1 1）物理净化）物理净化：重力作用悬浮固体沉降。重力作用悬浮固体沉降。水流输运推流、扩散水流输运推流、扩散(浓度差浓度差)，使污染物由高浓度，使污染物由高浓度低浓度迁低浓度迁移。移。（2 2）化学净化）化学净化（或物理化学）：（或物理化学）：氧化还原、酸碱中和、沉淀溶解、分解化合、吸附解吸氧化还原、酸碱中和、沉淀溶解、分解化合、吸附解吸、凝聚胶溶。、凝聚胶溶。（3 3）细菌自然死亡）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、水温及环境变化使寄生细菌逐渐死亡，如基质减

5、少、日光杀菌、水温及pHpH不适、毒物存在、吞食细菌的原生动物存在。不适、毒物存在、吞食细菌的原生动物存在。（4 4）生物净化：）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。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、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。简单无机物的过程。一般分为：一般分为：好氧降解好氧降解：溶解氧（：溶解氧（O O2 2）存在，）存在，好氧好氧微生物完成生化反应，产物是微生物完成生化反应，产物是稳稳定定无机物（无机物（COCO2 2、H H2

6、 2O O）。）。厌氧降解厌氧降解：氧气不足、无氧气，：氧气不足、无氧气，厌氧厌氧微生物完成生化反应，产物不完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，全是稳定无机物（甲烷、乙酸等有机物，NHNH3 3等氧化不彻底的无机物等氧化不彻底的无机物）。）。兼性微生物：兼性微生物：两种条件下都能进行生化反应。两种条件下都能进行生化反应。洁净水有一定浓度洁净水有一定浓度溶解溶解O2。有机物污染后，好氧菌大量繁。有机物污染后，好氧菌大量繁殖，将有机物分解为无机物（殖，将有机物分解为无机物（CO2、H2O、氨氮）、氨氮）再硝再硝化为亚硝酸盐和硝酸盐。化为亚硝酸盐和硝酸盐。若若氧消耗速率

7、复氧速率，水中氧消耗速率复氧速率，水中O2，无氧、缺氧无氧、缺氧。好氧。好氧菌生长受抑制，厌氧菌大量繁殖，继续自净。菌生长受抑制，厌氧菌大量繁殖，继续自净。水中水中O2浓度随水深度变化，表层高，深处低浓度随水深度变化，表层高，深处低，直至厌氧状，直至厌氧状态。态。好氧菌集中在上层消耗氧气，阻止补充好氧菌集中在上层消耗氧气，阻止补充O2向下层的向下层的传递，厌氧菌集中在底部。传递，厌氧菌集中在底部。天然河流，主要是好氧降解天然河流，主要是好氧降解。消耗的。消耗的O2，从大气、水生植，从大气、水生植物光合作用补充。物光合作用补充。河流的自净规律河流的自净规律（混合稀释模型、氧垂曲线模型）（混合稀释

8、模型、氧垂曲线模型）1 1）混合稀释模型（物理净化）稀释）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，存在两种运动形式存在两种运动形式，一是由于水流的推动而产一是由于水流的推动而产生的沿着水流前进方向的运动，称为生的沿着水流前进方向的运动，称为推流或平流推流或平流；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。）推流推流 vQ1(污染物的推流量，污染物的推流量，

9、mg/(m2s)扩散扩散 c，kQ2(污染物的扩散量污染物的扩散量)1Qv c 2dcQkdx 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。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 QQ/1 稀释倍数稀释倍数N N：参与混合的河水流量Q1与废水流量q之和与q的比值 qQqqQqN 1计算计算断面污染物浓度断面污染物浓度式：式：(cl废水中污染物质的浓度，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，废水排放前河水中该污染物质的浓度，mg/L)212111211c

10、NNNcQqQcqcQqQcqcc LL/1 平缓河流平缓河流近似取近似取 （L1废水排放口至计算断面的距离，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，废水排放口至完全混合断面的距离，m）1经验经验：v较低时，较低时，0.30.6；v0.20.3m/s时，时，0.70.8；v较高时，较高时，0.9；排放管伸入水体，设置多个分散排放口时，排放管伸入水体，设置多个分散排放口时，1。2 2）氧垂曲线模型（生化净化）氧垂曲线模型（生化净化）耗氧耗氧：取决于有机物、氨氮，无机还原物数量。：取决于有机物、氨氮，无机还原物数量。复氧复氧：大气氧向水体扩散；：大气氧向水体扩散；水生植物

11、光合作用的放氧。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。仅考虑好氧菌生化降解反应，符合一级反应动力学。耗氧速率耗氧速率：LkdtdL1/LBOD，k1一耗氧速率系数 定义：定义：亏氧量亏氧量（复氧速率复氧速率 正比于正比于 亏氧程度亏氧程度）xsOOD Os、Ox饱和、实际溶解氧浓度。饱和、实际溶解氧浓度。复氧速率：复氧速率：DkdtdOx22,/Ox,2复氧量，复氧量，k2一复氧系一复氧系数数 实际氧浓度实际氧浓度 21()xsxdOd OOdDk Dk Ldtdtdt DkLkdtdD21/可用亏氧表示可用亏氧表示积分得亏氧方程积分得亏氧方程 亏氧状态变化曲线

12、亏氧状态变化曲线 耗氧：耗氧：t，LBOD 复氧：复氧：t，复氧量复氧量O x,2两者变化速率不同。两者变化速率不同。D曲线先曲线先，经过临界亏氧点经过临界亏氧点 DcDmax，D曲线再曲线再 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。亏氧方程亏氧方程 )exp()exp()exp(20211201tkDtktkkkLkD)/()(210QqQDqDD初亏初亏临界亏氧时间临界亏氧时间：受污点至氧垂曲线最缺氧受污点至氧垂曲线最缺氧点（称为临界点）的流经时点（称为临界点）的流经时间。间。/0dD dt 令1120012121ln1k

13、kkLDkkkktc)/()(210QqQLqLL初始初始BODBOD浓度浓度 临界距离临界距离污染源至临界点距离：污染源至临界点距离：ccutx k1、k2与水质、河床特性、温度有关。与水质、河床特性、温度有关。20，正常河，正常河流，流，k10.3d1，k20.20.5 d-1。适用条件适用条件：可生物降解污染物；可生物降解污染物；河流断面变化不大，水生植物和硝化作用可忽略；河流断面变化不大，水生植物和硝化作用可忽略；废水与河水在污染源处已完全混合。废水与河水在污染源处已完全混合。3 3）细菌衰亡）细菌衰亡若污染物负荷自净能力：若污染物负荷自净能力：生物净化使有机物减少，细菌缺食；生物净化

14、使有机物减少，细菌缺食；原生、浮游动物吞食细菌；原生、浮游动物吞食细菌；日光杀菌、温度不利、日光杀菌、温度不利、pHpH值不适等。值不适等。通常，生活污水通常，生活污水121224h24h流过的距离，细菌污染最严重。流过的距离，细菌污染最严重。若污染物负荷自净能力：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。河段细菌污染严重，与有机污染的严重程度相应。第三节第三节 湖泊（水库）的污染与自净湖泊（水库）的污染与自净水体特征水体特征：水速低，容量及深度大，水质成分分布：水速低，容量及深度大，水质成分分布 不均匀，不易不均匀，不易混合，更新期长。混合，更新期长。水生生物对湖水氧

15、平衡、富营养化污染影响水生生物对湖水氧平衡、富营养化污染影响较大。较大。生物分层生物分层：水深不同水深不同阳光辐射、溶氧浓度不同阳光辐射、溶氧浓度不同 透光层透光层。阳光可以穿透，深处为藻类。阳光可以穿透，深处为藻类。沿岸层沿岸层。有根植物生长的浅水沿岸区。有根植物生长的浅水沿岸区。湖底层湖底层。沉积死亡生物，存在细菌。沉积死亡生物，存在细菌。污染来源污染来源：受污河水、废水、降雨径流将土壤污染排入。受污河水、废水、降雨径流将土壤污染排入。污染物种类多，污染负荷比较集中，可能会引起局部污染物种类多，污染负荷比较集中，可能会引起局部严重污染。严重污染。富营养化富营养化N、P等植物营养物（氨氮、硝

16、酸盐氮、磷酸盐）的浓度超等植物营养物（氨氮、硝酸盐氮、磷酸盐）的浓度超过一定数值过一定数值，藻类快速生长藻类快速生长，死亡后为微生物提供充足养料，大量，死亡后为微生物提供充足养料，大量繁殖，繁殖，快速耗氧快速耗氧。导致需氧生物大量死亡，只有表层藻类，则进一。导致需氧生物大量死亡，只有表层藻类，则进一步限制阳光的入射深度，氧气补充速度，最终藻类也由于缺氧大量步限制阳光的入射深度，氧气补充速度，最终藻类也由于缺氧大量死亡，形成死亡，形成“赤潮赤潮”。标志湖泊进入老化阶段湖底升高，变成沼泽，最后变为陆地，标志湖泊进入老化阶段湖底升高，变成沼泽，最后变为陆地，湖泊消亡。湖泊消亡。特点特点：水流混合、大

17、气复氧作用较弱，自净恢复速度慢，污染期较长：水流混合、大气复氧作用较弱，自净恢复速度慢，污染期较长，治理困难。，治理困难。（水体大、水速慢、湖水分层而使垂直混合差）（水体大、水速慢、湖水分层而使垂直混合差）1 1）完全混合扩散模式）完全混合扩散模式 （持久性污染物）（持久性污染物）小型湖泊小型湖泊：用质量平衡，：用质量平衡，湖泊内：总污染物浓度的变化（河流带入直接排入）排出湖泊湖泊内：总污染物浓度的变化（河流带入直接排入）排出湖泊 cQQcWdtdcVhpp)(0t0，c0ch（现状浓度）（现状浓度）t，c（W0cpQp）/Qh（最终平衡浓度）（最终平衡浓度）)exp()(00tVQQQcWc

18、QQcWchhpphhpp大湖泊大湖泊：湖水稳定，形成相当厚环岸污水场。湖水稳定，形成相当厚环岸污水场。水深水深温度温度分层分层影响充分混合。影响充分混合。对不同的混合扩散状况，要选用相应的计算模式。对不同的混合扩散状况，要选用相应的计算模式。2 2）混合衰减模型）混合衰减模型（非持久性污染物）（非持久性污染物）小型湖泊：混合稀释自净衰减。小型湖泊：混合稀释自净衰减。)()(10VcKcQQcWdtdcVhppk k1 1自净系数自净系数 第四节第四节 海洋的污染与自净海洋的污染与自净 水体特征水体特征：溶质径流的最终归宿；溶质径流的最终归宿；蒸发浓缩，矿化度高，盐分蒸发浓缩，矿化度高，盐分3

19、5g/L；生态系统稳定性很高。生态系统稳定性很高。污染来源污染来源：河川入大海；河川入大海；大气降雨；大气降雨；直接排放。直接排放。特点特点：污染源广。各种污染物最终入海洋。污染源广。各种污染物最终入海洋。持续性强。不易分解物长期蓄积，越积越多。持续性强。不易分解物长期蓄积，越积越多。DDT，1050年，年，分解分解50%。扩散范围大。通过潮流、海流、涡流，带到远海。南极企鹅中检扩散范围大。通过潮流、海流、涡流，带到远海。南极企鹅中检验出验出DDT。控制复杂。上述三个特点决定了海洋污染控制的复杂性。控制复杂。上述三个特点决定了海洋污染控制的复杂性。(通过河口、近海、海湾实现自净通过河口、近海、

20、海湾实现自净)（1 1）河口排污自净）河口排污自净 河海汇集处河海汇集处：河流淡水，海水含盐量高，湍动较为强烈。两种：河流淡水，海水含盐量高，湍动较为强烈。两种水体产生复杂的水流分层，入海河段有相当可观的横向混合。水体产生复杂的水流分层，入海河段有相当可观的横向混合。流速、流向、水深、盐度、地质、水文、气象、生物、底质各异流速、流向、水深、盐度、地质、水文、气象、生物、底质各异。自净规律十分复杂自净规律十分复杂。收集资料对特定河口建立水质自净模式。收集资料对特定河口建立水质自净模式。（2 2）近海排污自净）近海排污自净 废水向深海或近海的排放是废水向深海或近海的排放是通过浸没式排放管的上升扩散

21、洞流入海洋通过浸没式排放管的上升扩散洞流入海洋，其净化作用如下：，其净化作用如下：起始稀释起始稀释（主要）（主要）废水动量、浮力废水动量、浮力所造成与周围海所造成与周围海水的混合稀释。水的混合稀释。海水不分层时，若海水不分层时，若海海废废：海面：海面有最大程度稀释有最大程度稀释表面场表面场海水分层时：海面温度高，若海水分层时：海面温度高，若海海面面废废，上升不到海面，在，上升不到海面，在海海废废处处 具有最大稀释具有最大稀释 浸场浸场。扩散稀释扩散稀释 废水场废水场在海流作用下在海流作用下移动移动，其外，其外沿与海水紊流、推流混合，形成沿与海水紊流、推流混合，形成羽状废水场。羽状废水场。有机物降解及微生物衰减死亡有机物降解及微生物衰减死亡 有机物在化学、生化、絮凝沉降有机物在化学、生化、絮凝沉降作用下降解。微生物衰减死亡。作用下降解。微生物衰减死亡。大肠杆菌量降低大肠杆菌量降低90%需要需要26小小时。时。（3 3）海湾水体自净）海湾水体自净 通过海水的潮汐作用（涨通过海水的潮汐作用（涨、落）实现稀释。、落）实现稀释。涨潮：外海水拥入，混合涨潮：外海水拥入，混合，污染物浓度，污染物浓度，最高潮，最高潮位时浓度最低。位时浓度最低。退潮：湾内海水向外迁移退潮：湾内海水向外迁移，部分污染物流入外海。，部分污染物流入外海。周而复始，将污染物搬周而复始，将污染物搬运出海运出海。