亏氧状态河流水质模拟

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1、第18卷第6期河海大学学报Vo]．18No．61990年11月,IOTJRNALoFHOH^JUNⅣERSIrYNov．19g0亏氧状态的河流水质模拟郑英铭橱志、．(环境水利研究所)摘要车文对我国城市河流昔遍存在的水羼黑臭、严重缺氧的水质转化规律和有机物氧化障解水质模型作了讨论．定义了好氧状态、厌氧状态和亏氧状态的生化降解垃程+对亏氧状态有机物降解机{5

2、作了详细的分析，论述判断了亏氧状态的几项水质指标．提出由二十方程组成的不同氧收支机{5

3、的亏氧状态水质模型组．用鞍山市运粮河连续2{～8小时二次现场实测资料，估计

4、模型参数t作了模型验证，{臣涎誊舟析，站果是稍意的．关键词亏氧，好氧}有机韧，氧化降解，水质模型l问题的提出-现今我国城市河流的严重污染已使这些河道近乎成了“阴沟”+造成这种严重社会问题的原因，仍然是城市下水道系统的不完备和急剧增加的污水量卫不加处理地任意捧放．其中较为典型的有：上海市苏州河，流经杭州市、苏州市、无婚市、常州市等市l区内河。等等．用通用的水质指标描述这类河流的污染情形：河水的BOD疽多在20~30ms／t以上，甚至可达4O~50mg／IlDO值则在1～1．5rnsll以下，最低达到零}COD值可超过

5、100rag／1}氨氨超过10rag／1+由此可见，这类河流多属于有机物污染型，并处于严重缺氧状态．往往是鱼虾绝迹，水质黑臭．显然，治理与管理这类河流已成了广大城市居民普遍关心的环境问题．而模拟这类河流的水质迁移转化规律则是为满足治理与管理要求所必备的理论根据．由于河水是处于严重缺氧状态，有机物的转化机制与存在充足氧源情况是不相同的，而是属于厌氧状态或亏氧状态有机物转化机制．本文将亏氧状态下的水质转化规律和有机物氧化分解的水质模型进行探讨．■2亏氧状态下河水中可降解有机物的氧化分解机制2．1定义河水中有机质的生化降

6、解是通过以细菌为主体的各种微生物作用将含碳有机物转化为各种气体和细胞组织．有些细菌只能生存于溶解氧的环境中，并发生生物化学作用，去除水中的有机质，称为好氧状态的生化降解过程．有些细菌髓在设有溶解氧的环境中生存，并发生收稿日期l990-04—29第l8卷第6期郑英铭等亏氧状态的河流水质模拟101生化作用，称为厌氧状态的生化降解过程．处于这两者之间的一种状态，即环境中溶解氧含量已接近零或等于零，但生化降解机制仍属于好氧细菌的作用，与好氧状态相似，如用“厌氧”一词似不甚贴切，用“亏氧”一词更为恰当，因而称之为亏氧状态的生

7、化释解过程．2．2好氧状态可降解有机物耗氧和木体复氧机制在好氧条件下，有机物的氧化分解是通过傲生物的生物化学作用．这个过程存在两个阶段即含碳有机物分解的碳质耗氧和含氮物质分解的硝化耗氧，第二阶段大致是在第一阶段的5～l0天后发生．对这两个阶段的耗氧能力常用N4-定量数值表征，即碳化反应耗氧速率系数Kl[]和硝化反应耗氧速率系数K口]．据认为，第二阶段耗氧过程的发生，除与水体溶解氧含量有关外，还取决于pH值．当pH=8．3时，硝化反应最佳jpn=6时，硝化反应能力只相当最佳时的10，文献[1]对此作过专门论述．而复氧

8、则存在两种机制．一是大气中游离氧通过水气交面传输到水体中，这是物理的对瀛扩散过程I另一是水生植物的光合作用产氧，是生物化学过程，当然如果水中寸草不生，这个反应也耱不存在．对复氧能力也常用定量数值表征，即大气复氧系数嚣z口]和光合作用产氧暑P[·L-s．T-]．、除上述耗氧过程外，水体还存在含有机质底泥的耗氧讳[M-L一，]和瘩生植物呼吸作用的耗氧冠[·L·叫]．2．3亏氧状态可降解有机物氧化分解机翩天然水域的亏氧状态通常发生在溶解氧小于ling／1(或1．5ms／1)时，此时水体固然处于缺氧，但有机物的衰减过程仍然

9、属于好氧机制演变也就是只要水体能禧封一定量掳氧气就会产生一定程度的好氧消化过程，消化程度取决于供氧暑，并且这类反应仅仅存在于第一阶段的碳质耗氧中．至于第二阶段耗氧是否发生，除DH值条件外，据研究认为：因硝化细菌是完全好氧的，当DO~2mgB时，硝化反应会急剧降低I当DO<0．3mg／l，氧化反应停止．可见，亏氧状态时第二阶段耗氧反应已近停止[2]．Ounclelach和Costillo对这种状态的氧化机制通过数学形式建立了水质模型．令t时刻水中BOD消耗暑Y()=一L()，L()是时刻水中BOD剩余景[幽。】，LD

10、=L(0)是亏氧开始时刻“=0)水中BOD的初始暑[吨]．则单位时_『习内B0n消耗暑的变化应等于同时间内的复氧暑，dY(t)—=胃2(一0)(1)alL(t)或写成—d(t)一一K20．(2)式中0．——溶解氧饱和值[·L]；O——溶解氧实测值．在本情况下已等于零或接近零．解式(2)得L=一K20A三二)(3)式(3)是稳态解，L——离起始点为刈的BOD值