第三章 2第二节 污染物在水中的扩散

1、、第三章水域环境，第二节污染物在水中的扩散，第一，污染物在水中的运动特征，第二，污染物在河川水域的扩散的稳态解，第三，河流水质模型，第三章水域环境，第一，污染物在水中的运动特征，(一)推进移动，(二)分散移动，(三)污染物的衰减和转化污染物在水流的作用下产生的移动作用。 第三章水体环境，2，作用：推进作用只能改变水流中污染物的位置，不能降低污染物的浓度。第三章水体环境、3、转变通量计算公式：fx=uxc、fy=uyc、fz=uzc、fx、fy、fzx、y、z方向的污染物转变通量ux、uy、uz 的x、y、z方向的水流速度成分c 污染物浓度、分子(假设污染物质点的动力学特性和水质点一致)，分子扩

2、散是各向同性的，上式中的负号表示质点的迁移指向负梯度方向，第三章水体环境、2、湍流扩散、河川水体的湍流场中质点的各种状态(流速、压力、浓度等)的瞬时值达到平均值当水流体质点的湍流瞬时脉动速度为稳定的随机变量时，湍流扩散规律可以用固定第一定律表现，即湍流扩散系数为各向异性。 湍流扩散作用是用时间平均值来描述湍流的各种状态，如果用瞬时值直接计算，就不会出现湍流扩散项。第三章水体环境、3、分散、空间各点湍流流速时平均值和流速时平均值的空间平均值的系统差引起的分散现象。 分子的分散过程可以用菲克第一定律描述分子分散的质量通量与分散物质的湍流平均浓度梯度成比例。第三章水体环境，三种扩散运动的扩散系数在河

3、川中分别为：分子扩散系数为10-510-4m2/s，湍流扩散系数为10-2100m2/s，分散系数为101104m2/s。第三章水体环境，(三)污染物的衰减和转化，1、进入水体的污染物类型(根据在水中的移动和衰减形式)，保存物质：进入水体后，随水流改变空间位置，分散作用不断向周围扩散，降低初始浓度，但不改变总量。 重金属和很多高分子有机化合物等。 水环境没有净化能力，必须严格控制排放。 非保守物质：进入水体后，由于水流的作用，空间位置发生变化，分散作用不断向周围扩散，降低初始浓度，污染物的自衰减会加速浓度下降，减少总量。 两种方式的衰减：决定了自身运动变化规律的另一个是在水的环境因素的作用下，

4、通过化学或生物反应不断衰减，能够生化分解的有机物在水中微生物的作用下氧化分解的过程。 实验和实际观测方的数据证明，污染物在水环境中的衰减过程基本符合一次反应动力学规律。 即、第三章水环境，2，河水的推移作用，分散作用和衰减作用过程，I、II、III，图I是推进移动： a=A，x1=x0，仅改变位置不改变分布，图II是推进移动分散： a=A x1x0改变位置，分布， 图III表示推进移动的分散衰减： ax0改变位置，改变分布，改变总量，、第三章水体环境，二，河流水体中污染物扩散的稳态解，(一)一维模型，(二)二维模型(略)，在河水处于稳定流动状态，连续稳定排出污染物的条件下，水中污染物分布情况这

5、种随时间不变化的状态被称为稳态。、第三章水体环境、(一)一维模型、一、稳态、水流稳定的污染源，在连续稳定的排水中污染物分布情况稳定，河流充分混合的河流稳态流动排水连续稳定地排出非持久性污染物，二、河流一维稳态模式的适用条件为、 第三章水体环境、三维模型(稳态):x、y、z有河流截面上的一点污染物浓度c的条件： 第三章水体环境，例1 :向河川稳定排出污水，污水流量q=0.15m3/s、BOD5浓度30mg/L、河川流量Q=5.5m3/s、流速ux=0.3m/s、本底BOD5浓度0.5mg/L、BOD5的衰减速度常数K=0.2/d、纵分散系数dx=。 解：1，其起点初始浓度：2，考虑纵向分散作用的

6、下游10Km处的浓度：3，不考虑纵向分散作用的下游10Km处的浓度：(2)二维模型(略)，程生通主编，环境系统分析教程，化学工业出版社2006年，P55-87， 第三章水体环境、三、河川水质模型、(2)生物化学分解(3)大气的氧再利用、(4)简单的河段水质模型、(1)污染物和河水的混合、(1)污染物和河水的混合污染物排出到河川后，从污水排出口到污染物在河川横截面上均匀分布，通常为垂直混合台和横向混合两个阶段纵向混合台：河流深度通常比其宽度小得多，污染物排出河流后，在较短的距离内达到纵向均匀分布，完成纵向混合过程。 完成垂直混合所需的距离约为水深的数倍至几十倍。 在垂直混合阶段，河流发生的物理作

7、用非常复杂，涉及污水与河流之间的质量交换、热交换和运动量交换等问题。 纵向的混合阶段也发生横向的混合作用。 横向混合：从污染物纵向均匀分布到污染物在整个截面上均匀分布到污染物在整个截面上均匀分布的过程称为横向混合阶段。 在直线均匀河道中，横向混合的主要动力是横向分散作用。 在河曲中，水流形成的横环流大大加速了横混合的过程，完成横混合所需的距离比纵混合大得多。 横向混合完成后，污染物均匀分布在整个截面上。 如果没有新的污染物进口，保守的污染物总是保持一定的断面浓度，非保守的物质在生化等作用下会产生浓度变化，而在整个断面上的分布总是均匀的。 在纵混层殴打，在研究问题上涉及空间的三个方向。 垂直混合

8、问题也被称为三维混合问题。 对应的横向混合问题称为二维混合问题，横向混合完成后的问题称为一维混合问题。 当研究的河段长，水深水面宽度比较小时，一般可以简化为一维混合问题，处理一维混合问题比二维三维混合问题简单得多。、第三章水体环境，(二)生物化学分解，1，一次反应式：Lt时有机物的残留生化需氧量L0初期时有机物的总生物化学需氧量K以有机物分解速度常数为基准时， KT=K20T-20 =1.047(T=1035oC )衰减常数Kr的确定：第三章水体环境，2，河川中的BOD的衰减规则：LAA断面中的BOD浓度LBB断面BOD的浓度tA， b断面间的流行时间， 如果一次反应规则满足稳定河川的BOD的

9、变化规则，则L河川中的任意截面的BOD浓度l 03354河川中的开始断面从BOD浓度x的开始断面到下游的距离ux的开始断面到测定点的流速为CS河川中的饱和溶解氧的浓度， C河川溶解氧的浓度(DO )、(csc ) 溶解氧不足量(也称为缺氧值d )、作为恢复的溶解氧含量的最大值的复氧、一般河川的溶解氧为7ppm以上5ppm以下，各种浮游生物不能生存的4ppm以下的鱼类的生存界限2ppm的水(4)简单河流断水质模型S-P模型，1，条件：排出口只有一个的单一河段，排出口为河段的起点，x=0； 以上游河段的水质为河段水质的底值的河中的BOD的衰减和溶解氧的复氧全部反应为一定的一次反应的河川中的氧消耗量由BOD决定。 河流的溶解氧来自大气中的氧。 氧气消耗和复氧的反映速度是一定的。 2、S-P模型的基本形式：解析解：用溶解氧表现：3、氧垂直曲线，根据S-P模型作成的溶解氧沿程的变化曲线为氧垂直曲线。 那么：那么：污水排放点的河流BOD，例题：河流起始端面的污水浓度分布比较均匀，该截面的BOD浓度为22mg/L，与当时水温对应的饱和溶解氧相当于10.5mg/L。 开始断面缺氧量为0.91mg/L，河川水中的BOD衰减常数为2.8 1/d，河川