水环境化学复习题一

1、资料收集于网络，如有侵权 请联系网站删除自净系数：是大气复氧动力学系数k2与有机物好氧条件下的耗氧衰减动力学系数k1之比，即f=k2/k1。自净系数与水体自净能力有关，其它因素确定后，f越大，自净能力越强。剪切流扩散（离散、弥散）：由于断面流速和浓度分布不均匀带来的物质输送作 用，使浓度由不均匀向均匀趋势变化的现象称为弥散作用。温跃层：许多湖泊水体在一年的特定时期温度是分层的，垂向的温度梯度有效地 阻碍了水体的混合，在每层中是完全混合的，而在这两层之间由于密度的差异而 阻止了它们的完全混合，形成一个过渡层，称温跃层。非点源污染：污染源没有确定的位置、并具有时空不确定性等。水环境背景值：在相对没

2、有受到人为污染影响条件下水体的水质指标的量值。水环境容量：水环境容量是指在一定环境目标下，某一水域所能承担的外加的某种污染物的最大允许负荷量。有机污染物的降解：有机污染物在微生物的生物化学作用下分解和转化为无机物 质，从而使水体中有机污染浓度降低，称为有机污染物的降解。水中氮有机物耗氧过程：在有氧条件下，含氮有机物生化降解过程可分为两个阶 段，首先是碳化阶段（CBOD化分解），然后硝化阶段（NBOD化分解），后者 一股较前者滞后10天左右。河流氧垂曲线氧垂曲线：污水排入水体后水体中的DOS流经距离的变化曲线先下 降后上升呈悬索状下垂，故称氧垂曲线。水质迁移转化基本方程：水质迁移转化基本方程是由

3、水流连续性原理、能量守恒 原理、物质转化与平衡原理针对微元水体建立的微分方程式，它是建立水质模型 最基本的方程。何谓点源污染和面源污染？两种污染源各有何特点？点源污染是具有确定位置的排污口和污染物排放地点的污染源引起的污染。非点源污染是没有集中的排污口，污染物来源的位置高度分散的非点污染源造成 的污染。点源污染空间范围小，各类污染物、污水量和浓度相对稳定，较便于治 理。非点源污染的特点是：随机性、广泛性、时空延滞性、机理复杂性、不确定 性、隐蔽性、难监测、难治理性等。水体污染与水文循环有何联系？试从水文循环的各个环节上给以说明。在水文循环中，水与各种各样的物质接触，使那些物质混入或溶入其中，并

4、经 历着不断的物理、化学、生物等变化过程。因此，自然界的水体中存在着种类繁 多的可能使水体污染的不同物质，称之为污染物。当某些物质超过一定限度，危 害人类生存和破坏生态平衡，影响水的用途时，称该水体受到了污染。水体的污 染可以发生在水文循环的各个环节上，在降水形成中，若空气中N SO溶入过只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权 请联系网站删除多降水中的sd-, N。使pH值低于5.6,则导致酸雨，即降水受到了污染；沿河 流有大量的工厂废水和城镇生活污水排入，可能形成局部或整条河流的污染；挟 带过多的氮、磷等植物营养素的农田径流进入湖泊和水库，长期富集时，可能出 现富营养化污染；地面污水大量渗入

5、地下，可能使地下水污染。从性质上说水体的自净可分为哪三个方面？各自有何特点？各举例说明。水体自净是水体中的污染物随水体的运动不停地发生变化，自然地减少、消失或 无害化的过程。其复杂的过程可分为三个方面的过程：物理净化过程、化学净化 过程和生物净化过程。物理净化过程，是污染物在水体中混合、稀释、沉淀、吸 附、凝聚、向大气挥发和病菌死亡等物理作用下使水体污染物浓度降低的现象。化学净化过程，是污染物在水中由于分解与化合、氧化与还原、酸碱反应等化学 作用下，致使污染浓度降低或毒性丧失的现象。生物净化过程，是水体内的庞大 的微生物群，在它们分泌的各种酶的作用下，使污染物不断发生分解和转化为无 害物质的现

6、象。例如：污水排入河流后，由于混合、扩散作用，在下游水体中得 到稀释，污染物浓度得到降低，这属于河流的物理自净过程。再如：有机物在细 菌作用下，部分转化为菌体细胞，部分转化为无机物，这是生物净化过程。从性质上说水体污染可分为哪三种类型？各类污染的主要标志是什么？从性质上说水体污染分为：物理性污染、化学性污染和生物性污染三种类型。物 理性污染的主要标志有：水温升高、放射性、混浊、染色、恶臭等；化学性污染 的主要标志有：pH异常、重金属和非金属的毒性、无机化合物和有机化合物的毒 性；有机物的耗氧等；生物性污染的主要标志有：水体带菌及传染疯疾病、菌类 产生的毒素、富营养化等。简述水体大气复氧的双膜理

7、论？写出由该理论导出的复氧方程。双膜理论是惠特曼-刘易斯(WMtman-Lweis) 1924年提出的。他们认为在气相 和液相之间的界面上，存在气体和液体两层薄膜，气膜和液膜处于停滞状态，属 于层流区，气体通过分子扩散进入液膜，膜处为紊流区，气体分子在膜处以紊动 扩散混合。d mOsd mOs -OEm =暇J胪累=OSS,式中：”詈水体自净过程中的物理迁移过程主要有哪些？为什么说混合迁移过程不起真正的自净作用？稀释、扩散、沉淀、吸附等。因为这些过程只能改变污染物的分布状态，不能“消 灭”污染物质，因此并不是真正的自净作用。Streeter-Phelps 建立河流BOD-DOK质模型(S-P模

8、型)中做了哪两项假定？并 写出该水质模型。(1)河流中的BOD衰减过程是一级反应。只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除(2)河流中的耗氧仅由BO度减引起，而河流中的溶解氧来源则是大气中的氧。大气向水体复氧传质速率与河水中的亏氧量D成正比，亏氧量=饱和溶解氧浓度-溶解氧浓度。河流水质S-P模型计算的溶解氧浓度有时会出现负值，是何原因？S-P模型只考虑了有机物耗氧过程是一级动力学过程，降解速率仅与有机物浓度 成正比。在开始阶段因有机物浓度较大致耗氧速率较大，若大于复氧速率并持 续时间大于水中溶解氧为零时该以后，则水中会出现负值，为什么湖泊比河流更易出现水体富营养化？由于湖泊具有广阔

9、的水域、缓慢的流速和风浪作用大的特点，加上人类活动大量 使用化肥与家庭洗涤剂，使得含有氮和磷元素的营养物质大量流入湖泊，造成 水体富营养化。氧垂曲线特征是由什么原因造成的？下垂原因：有机物被生物降解耗氧、同时大气复氧；氧垂曲线方程一有机物耗氧 动力学、DOE化过程动力学两个相反的过程，共同作用的结果。什么是河流水质模型的维数，河流水质模型是怎么按维分类的。是指河流水质演变的空间维度数，河流水质模型按维分类可分为1维(指纵向，x)、 二维(纵横，x-y ,水平二维；纵垂，x-z ,垂向二维)和三维水质模型。关于河流BOD-DO勺Dobbins-Camp模型、Thomass模型与S-P模型有何差异

10、与联 系？托马斯模型在S-P模型的基础上考虑有机物有一部分以不耗氧的形式一级动力学去除，综合为“下沉”，并给出下沉去除速率系数 k3。仅改变了 S-P模型中 的耗氧方程，变为：dL=-(k1+k3)L 。Dobbins-Camp模型在托马斯模型的基础上，进一步考虑：(1)由于底泥释放和地表径流所引起的 BOD勺变化，其变化以速率R表示；(2)由于藻类光合作用增氧和呼吸作用耗氧以及地表径流引起的DO的变化，其变化速率以p表示。多宾斯坎普BOD- DO模型采用以下的基本方程组：elli -区 + 工+ R u = 4工+ M-所尸_ :_|写出微生物增长速度方程一莫诺特方程，并写出当基质浓度很大及

11、基质浓度很小两种特殊情况下的简化方程。N=XaxS ， SL Ks/imax-S ,ks SKsSL Ks :二，max在推求河流水环境容量时，应选择什么流量为设计流量？采用90嘛证率最枯月平均流量或近十年最枯月平均流量作为设计流量。对于季只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权 请联系网站删除节性河流、冰封河流等情况，宜选取不为零的最小月平均流量为设计流量。以河流为例说明如何设置监测断面？布设监测断面的原则：1.有大量污水排入口的上下游；2.水体主要汇入口， 3. 饮用水、集中取水、水上娱乐等功能区，4.较大支流汇河口上游和汇合后与干流充分混合处，或受潮汐影响的河段等，5.国际河流出入国境线的

12、入口处，6.尽可能与水文测验断面重合。河流断面一般设对照断面、控制断面和消减断面 三种不同设置目的的断面。水中各种含氮化合物是怎么相互转化的？有机氮在生物降解过程中经碳化后， 分解出氨氮，氨分子在亚硝化菌作用下生物 氧化生成亚硝氮，再进一步经硝化菌作用下生物氧化为硝酸盐氮。万元工业产 值废水排放量受哪些因素的影响？如何进行预测？工业废水污染负荷包括工业生产过程中排放的废水量和各种污染物量，具预测程序一般是：先根据一个地区的社会经济发展计划预计不同设计水平年的工业总 产值（或各行业的总产值）及万元产值废水排放量，由此得到预测的工业废水 排放量；将其乘以废水的污染物浓度，即得到污染物量。一个地区工

13、业废水排放量（Qt）由各个行业的废水排放量组成。 将设计水平年各 个行业的废水排放量（Vt dit , Vt为i行业第t年工业产值，d it为万元产值废 水排放量）扣除相应的重复用水（Vt dit Pit, R为重复利用率）后相加，即得n预测的该地区工业废水排放量。Qgt = Mtdit（1-Pt） , t/a 。污染物排放量预测，nt年某污染物排放量 W , Wgt = Qitmit（1-Rit）。式中：Q为i行业的废水排放 i 4量；mt为i行业排放废水中某污染物浓度；R为污水处理率，由该地区经济发 展规划确定。试述城镇生活污水排放量预测的方法步骤。按下式预测Qs,t =365父10”&灯

14、二 或：Qs,t =365父10”口0 ,式中：Qs,t ,设计水平年t生活污水量bt ，人口数量3,.365 M10a ,净污水转换比例系数at ,人均每日生活用水量Dt ,人均每日污水排放量步骤为：确定设计水平年、确定设计水平年人均生活污水排水量、根据社会经济发展规划确定预测年的人口数和污水排放量。叙述建立水质模型的基本步骤 分析问题的主要因素与次要因素，尤其是与控制目标相关的影响因子，将这些主要因素量化、规范化，抽象为相应的数学变量。只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权 请联系网站删除根据相关的专业知识和原理，抽象出控制目标和影响因子间的数学关系或规 律，建立相应的表达式。这一步骤要伴

15、随模型类型（方案）、数学工具的选择。参数识别、数据验证与模型的修订，对所建立的数学模型通过实际数据进行合 理性检验及系列参数的调整确定，甚至对模型的重新修改，包括对变量（影响 因素）的取舍，直到模型反映与实际数据基本一致或吻合。试说明在对河流水质模型进行水质演算时，一条河流有哪些情况下，要作分段 计算处理？ （1）旁侧入流是不可避免的；（2）有支流汇入；（3）有大的集中排 污口排污；（4）河道特征沿程变化大，模型参数也沿程改变。给出多河段水质推算中断面i的水量平衡和水质平衡关系式。分段示意图如下：水量平衡关系：Q=Q2i,，Q1i +Qi Q3i =Q2i水质平衡关系：LMQl -Q3J Qi

16、 =、21|_2 , O1i(Q1i - Q3i) OiQi =Q2iO2i写出微生物增长速度方程一莫诺特方程，并写出当基质浓度很大及基质浓度很 小两种特殊情况下白&四化方程。莫诺特方程：N=-当基质浓度很大：N=Nm基质浓度很小：N =幺S 写出一维稳态河流恨康翊 BOD-DOK质模型，并说明该模型比S P模型叁考虑 了什么过程？ 奥康纳在托马斯模型的基础上，与 S-P模型比较除考虑CBO。卜，增加一项因悬 浮物的沉降与上浮所引起的BOD8率变化、还考虑NBOD勺耗氧作用，提出的模 型如下：L工Ou = -（ki k3）Lcu = -Kn Lnu- = -kk - Kn Ln k2（Os -

17、O）.x二 xx1、某水库水质近似均匀混合，10月1日初蓄水量为1000X 104 m,其BOCft度 为l0mg/L , 1l0日入库、出库的平均流量分别为 20n3/s和30nVs ,入库流量的BOD$度为50mg/L,降解系数K=0.6d-1,求10月10日末的BOD$度为多少？30.4 mg/L (1)单位换算：入库流量=20X 24X3600 m3/d =1.728 X 106 m3/d,出 库流量=30 X 24 X 3600 m/d=2.592 X 106 m3/d ( 2 ) 流量方程：詈二Q詈二Qin9ut,V=V。（Qu浓 度 方 程V dc+cdV =QinCn -Qou

18、tC -kVc,整理为: dt dt Qout Qout) =QinCn QoutCk1V0 . (Qin 一 Qout)tc,V0(Qin -Qout)t 了 c (Qin只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除dcQin (Cin -c)=- k1cdtVo (Qin -Qout)t(4)差分格式：也=Qin(Cin -Ci)-k1c i tVo Q -Qout) ：t i Qin(cn -ci)，tc =(1kit)GVo (Qin -Qout) ：t i(5)迭代计算：误差与 t取值有关，10.1, c(10)/ mg/L 结果在37.8至31.4之间。精确值为30.7mg

19、/Lt012345678910O1011.612.713.815.116.718.621.224.629.637.82、某均匀河段长100km流速u=20.0km/d,测得该河段稳态情况下的 BOD浓度和溶解氧浓度，得上、下断面的BOD浓度分别为L上=32.0mg/L,L下二18.0mg/L,溶解氧浓度分别为 O上=7.0mg/L , O下=4.0mg/L 。这时的饱和溶解氧浓度Q=9.0mg/L。试求该河段S P模型的BODW解系数Ki和水体大气 复氧系数K2o答案：k1=0.115, k 2=0.474.求 k1相L(t)L(0)=Lhln 卜 4teTln 但 “匕-5 .k1 1n 但

20、)=-5/ solvetL 0.11507k1 =0.115(Lh Jl16 /I16 Jfloat5.求 k2解微分方程得符号解为：k1 L0, k k1 L0 O(t) ：=Osk2qk；expL(k2-k1)t + 0-k2Tk；O(t) ：=Os作图法解出k2的近似值:只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除5.0 k2-50 k23.6822 e2.0713f k5.0 k2-50 k23.6822 e2.0713f k2 - 2.0 e、2k2 -0.11507 k2 -0.11507-5.0k2=0.474,验证:Ote =40.47386 t0.35879 t0(

21、t) -1.0 e10.263 e-8.2629 9.0恒定扩散系数、此时上方程(问题(1)3、(1)恒定扩散系数、此时上方程(问题(1)2工:L；:L=E- -u- -k1L.t：x；x(2)、对于一般的河流，随流迁移作用远大于离散作用，中)可忽略扩散项简化为1阶常系数线性常微分方程，试写出这一方程，并解 出其稳态解。一 =u - -k1L 稳态解：u&n-k,解为：L= L0exp(-k1/u).t二xex4、按1维稳态忽略扩散项的条件写出BOD-DO真型，并已知：饱和溶解氧为Q=10mg/L,初始断面溶解氧和BOD分别为 Q=8mg/L、初始断面 BOD值L=30mg/L, BODg减常

22、数和河流复氧系数分别为k1=0.1d-1、k2=0.3d-1,河流流速 u = 50km/d、解出BOD的值L、溶解氧的值。与下游距离x的关系式，并说明使用的单 位；S-P模型为：L(0) L00(0) C0L(0) L00(0) C0u L( x)-k1 L( x)dx d 一u O(x)-k1 L(x) k2 cs -O(x)一 k一 k 1 t一 0 1te 1 L(t) 30 et = L( t)*1 L(t)取： u, dt, L(t) = L0只供学习与交流资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除d一 k1 td O(t)-k1 L0 e 1 k2 Q-O(t)dtd O(t) k2 O(t) dt-k1 t 二k1 L0 ek2 cs d O(t) 0.3 O(t) = 3.0 e0.1 t2 一 dt3.0d O(t) dt0.3 O(t)=. 3.0 e