2015年環(huán)保工程師基礎(chǔ)知識:氧垂曲線模型
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有機污染物進入水體后在微生物作用下逐漸氧化分解為無機物質(zhì),從而使有機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的補充,生化自凈過程就要停止,水體水 質(zhì)就要惡化。因此,生化自凈過程實際上包括了氧的消耗(耗氧)和氧的補充(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 機性還原物質(zhì)(如SO32-)的數(shù)量。氧的補充和恢復(fù)一般有以下兩個途徑:①大氣中的氧向含氧不足(低于飽 和溶解氧)的水體擴散,使水體中的溶解氧增加;②水生植物在陽光照射下進行光合作用放出氧氣。
水體中有機污染物的種類繁多,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 種有機污染物的濃度大小來評價水體的污染程度,為此,在前一章中提出可以用一些綜合的水質(zhì)指標,如 生化需氧量BOD 等來反映水體受有機物質(zhì)污染的水平。BOD 值越高,說明水中有機污染物越多。因此, 水體中有機污染物的生化自凈過程,可以用水體的BOD 值隨時間的衰減變化規(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物的沉降作用等,而將有機污染物的自凈衰 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: 河流接受有機廢水后,從受污點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,開始時河水中的有機物大量增 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,河水中的溶解氧達到最低點。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)有機物污染程度超過河流的自凈能力時,河流將出現(xiàn)無氧河段,這時開 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)河流受到的污染負荷較輕時,最缺氧點距排放口的距離較遠,其時的溶解氧濃度也較高; 當(dāng)河流受到的污染負荷較重時,最缺氧點將很快出現(xiàn),該點的溶解氧濃度也會很低。
當(dāng)溶解氧低于4mg/L 時,河道中局部地段的魚類生長將受到影響,當(dāng)溶解氧達到零時,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切斷的曲線,有時甚至不可能再通過復(fù)氧作用而重新出現(xiàn)溶解氧。 這是最嚴重的水污染狀況,此時的水體不僅將魚蝦絕跡,也將喪失一切使用功能。
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