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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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(責(zé)任編輯:中大編輯)
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