第三章水环境第一节

第三章水环境第一节 四、水体污染源和污染物

（3）、耗氧有机物 • 1）定义：是指动植物殘体和生活污水及某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等易被微生物分解的有机化合物。 • 共同点：它们在微生物的作用下最终分解为简单的无机物质，CO2、H2O，其分解过程中要消耗水中的溶解氧，使水质恶化。故双称需氧有机物。

耗氧有机物好氧性分解反应方程式一般形式： 有机物质+细菌+O2 CO2+H2O+新的细菌细胞+无机盐若水中溶解O2有降为零，不仅造成水中需氧生物的死亡，而且会因缺氧引起厌气性分解。其产物包括：氨、甲烷、硫化氢、CO2、H2O。

2）耗氧有机物的综合指标 表示有机物的综合指标分为两大类：以氧表示的指标和以碳表示的指标。单位mg/L。 Ⅰ、以氧表示的指标 ① 理论需氧量（ Theoretical Oxygen Demand. ThOD ) 是根据化学方程式计算得的有机物全部分解（氧化）所需要的氧量。

例：含有300mg/L葡萄糖溶液的理论需氧量可计算如下：例：含有300mg/L葡萄糖溶液的理论需氧量可计算如下： C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2180O 180 6×32 300 ThOD ThOD=300×6×32=320mg/L 180

②生化需氧量 (Bio-Chemical Oxygen Demand. BOD ) 指在有氧的情况下，由于微生物（主要是细菌）分解水体中有机物质的生物化学过程中所需溶解氧的量，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。生化需氧量愈高，表示水中需氧有机污染物愈多。

在有氧的情况下，水中有机物的分解分为两个阶段进行。在有氧的情况下，水中有机物的分解分为两个阶段进行。 • 第一阶段：主要是有机物转化为无机物和CO2、H2O、NH3等，这一碳氧化阶段所消耗的氧称为碳化需氧量。 • 总的碳化需氧量常称为第一阶段生化需氧量（因为碳氧化总是先发生）

第二阶段：主要是氨被转化为亚硝酸盐与硝酸盐。由于硝化作用所消耗的氧量称为硝化需氧量或第二阶段生化需氧量。第二阶段：主要是氨被转化为亚硝酸盐与硝酸盐。由于硝化作用所消耗的氧量称为硝化需氧量或第二阶段生化需氧量。 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O 2HNO2 + O2 = 2HNO3 硝化过程大约在5—7日甚至10日以后才能显著展开，此阶段氨已经是无机物质，且对环境卫生影响较小，所以废水的生化需氧量通常只指碳化生化需氧量，而不包括硝化需氧量。

生化需氧量的反应在很大程度上取决于微生物的种类，数量及温度，而在测定过程中溶解氧又是逐渐消耗的，所以测定生化需氧量就必须保持一定的温度，同时也需要规定一定的时间。生化需氧量的反应在很大程度上取决于微生物的种类，数量及温度，而在测定过程中溶解氧又是逐渐消耗的，所以测定生化需氧量就必须保持一定的温度，同时也需要规定一定的时间。 • 通常在20℃时，一般有机物的全部分解需百日以上。实际观察表明，在20日以后第一阶段生化反应已进行的非常缓慢，故20℃、20日的生化需氧量（BOD20）可作为第一阶段生化需氧量或完全生化需氧量（La ）。

在20℃、5天时，生活污水和多种工业废水的BOD5已约为La 的70%-80%，此外，硝化过程在5日-7日后才有显著影响，故现常以20℃、5日生化需氧量作为衡量水污染有机物的标准。（BOD5） • 对于含有硝化细菌较多的废水，因5日培养时间内可能会消耗较多的氧以致大大影响碳化需氧量的测定，在这种情况下，可以在测定BOD5时投加化学药剂以抑制硝化作用。

③、化学需氧量 （Chemical Oxygen Demand. COD ) 是指在一定严格条件下，用化学氧化剂（如重铬酸钾、高锰酸钾等），氧化水中有机污染物时所需的氧量。无机性还原物质也包括在化学需氧量测定结果中，但化学需氧量（COD）不包括消化所需的氧料。当废水中有机物的组成相对稳定时，化学需氧量与生化需氧量之间有一定的比例关系。一般说，重铬酸钾化学需氧量与第一阶段时需氧量之差，可以大略地表示不能被微生物分解的有机物的量。

④总需氧量 • 在化学需氧量的测定条件下，有机物中的苯、氨、硫等物质不能被直接氧化，故对很多有机物来说，所测定的COD一般仅为理论值的95%左右。因而近年来发展了一种总需氧量的测定方法，总需氧量系表示在高温下燃烧化合物所耗去的氧量，以TOD表示，单位为氧的mg/L表示，TOD可用仪器测定，测定迅速，几分钟内完成，且可自动化、连续化。

Ⅱ、以碳（C）来表示的指标 ①、理论有机碳 (Theoretical Organic Carbon. ThOC) 根据化学方程式计算，而求出有机物含量的一个指标，其结果以C表示。

例：浓度为300mg/L葡萄糖溶液的理论有机碳可计算如下：例：浓度为300mg/L葡萄糖溶液的理论有机碳可计算如下： • C6H12O6 + 6O2 6CO2 +6H2O • 180 6×32 6×44 6×18 • 180 = 6×12 • 300 ThOC • ThOC=120mg/L（以C表示）

②、总有机碳 它包括水体中所有有机污染物的含碳量，将水样在高温下燃烧，有机碳即氧化成CO2，测定所产生的CO2 的量，便可求得水样的总有机碳（TOC），单位以碳的mg/L表示。 • 注意：在作有机C分析时，须采取措施去除无机碳的干扰。

Ⅲ、需氧污染物的存在 P74 Ⅳ、需氧污染物对鱼类的危害（4）有机有毒物质P75

第二节污染物在水体中的扩散 一、污染物在水体中的运动特征（一）推流迁移推流迁移是指污染物在水的流动作用下发生的移动，它只改变水中污染物的位置，不能降低污染物的浓度。 • 迁移通量：指单位时间内通过单位面积的污染物的量g/m2.s

fx=uxc fy=uyc fz=uzc • ux为X向上水流速度分量 • c为污染物的浓度

(二)、分散 分子扩散：指分子的随机运动引起的质点分散现象湍流扩散：弥散：

I’x1 =-EM ƏC IY’ ƏX • Z’y1= -EM ƏC EM —分子扩散系数 ƏY C浓度 • Z’z1=-EM ƏC ƏZ “— ”表示质点的迁移指向负梯度

湍流扩散的质量通量 • I2x =-EXƏC ƏX • Z2y= -EY ƏC EX —湍流扩散系数， ƏY 各向异性 C—平均浓度 • Z2z=-EZƏC ƏZ

弥散引起的污染质质量通量： • I3x =-DXƏC ƏX • Z3y= -DYƏC DX —X方向弥散系数各向 ƏY 异性 C—湍流时平均尝试的空间平均值 • Z3z=-DZƏC ƏZ

（三）污染物的衰减和转化 • 污染物保守物质：迁移、分散、总量不变 C 　非保守物质：迁移、分散、自身衰　　　　　　　　　　　减 C↘ • 衰减有两种方式：　　　　自身运动变化引起　　　化学或生物化学作用引起

二、河流水体中污染物扩散的稳态解 • 稳态：指污染物在某一位置时浓度不随时间变化的状态。 • （一）、一维模型 • 假设只在X方向上存在污染度的浓度梯度，这时稳态解的一维模型是一个二阶线性偏微分方程。 • D X = ƏC UX . ƏC • ƏX ƏX

(二)、二维模型 • 假设只有两个方向存在污染物的浓度梯度。二维模型也是一个二阶段性偏微分方程。

三、河流水质模型 • 污染物与河水的混合 • ｛竖向混合先完成质量交换、热量交换、动量交换、三维问题 • 横向混合：后完成横向弥散、二维问题 • （二）、生物化学分解 • （三）、大气复氧 • （四）、简单河段水质模型

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