第二节 污染物在水体环境中的迁移与转化
1、水体的自净作用
河流的自净作用是指河水中的污染物质在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。
根据净化机制分为三类。 物理净化：稀释、扩散、沉淀
化学净化：氧化、还原、分解 生物净化：水中微生物对有机物的氧化分解作用
2、污水排入河流的混合过程
竖向混合阶段：污染物排入河流后因分子扩散、湍流扩散、弥散作用逐步向河水中分散，由于一般河流的深度与宽度相比较小，所以首先在深度方向上达到浓度分布均匀，从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称为竖向混合阶段，同时也存在横向混合作用。
横向混合阶段：当深度上达到浓度分布均匀后，在横向上还存在混合过程。经过一定距离后污染物在整个横断面上达到浓度分布均匀，这一过程称为横向混合阶段。
断面充分混合后阶段：在横向混合阶段后，污染物浓度在横断面上处处相等。河水向下游流动的过程中，持久性污染物的浓度将不再变化，非持久性污染物浓度将不断减少。
3、持久污染物的稀释扩散
当持久性污染物随污水稳态排入河流后，经过混合过程达到充分混合阶段时，污染物浓度可由质量守恒原理得出河流完全混合模式：
式中： ρ——排放口下游河水的污染物浓度；
ρw，qvw——污水的污染物浓度和流量；
ρh，qvh——上游河水的污染物浓度和流量。
4、非持久性污染物的稀释扩散和降解
河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用和污染物的自身分解作用不断减小。根据质量守恒原理，其变化过程可用下式描述：
式中： u——河水流速；
x——初始点至下游x断面处的距离； Mx——纵向分散系数；
K——污染物分解速度常数； ρ0——初始点的污染物浓度；
ρ——x断面处的污染物浓度。
5、水体污染与恢复
氧垂曲线：
水体受到污染后，水体中溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程，称氧垂曲线。
有机物降解： 氧垂曲线的求解：
某点处的氧不足量变化速率是该处耗氧速率和复氧速率之和：
求解得某点的亏氧量：
某点的溶解氧： ρc= ρcs- ρD
到达最缺氧点时间dρD /dt=0：
6、讨论：
①氧垂曲线反映：废水排入河流后溶解氧的变化,表示河流的自净过程；最缺氧点的位置及其溶解氧含量
②溶解氧的来源：原有水中的氧；大气复氧；水生植物光合作用。
③氧的消耗：有机物的生物氧化；硝化作用；水底沉泥的分解；水生植物的呼吸作用；无机还原性物质的影响。
④若Cp点的溶解氧(DO)大于规定的标准值，从溶解氧的角度，污水的排放未超过河段的自净能力。
⑤若Cp的溶解氧(DO)小于规定的标准，从溶解氧的角度，污水的排放超过河段的自净能力，甚至出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，水体失去自净能力，产生厌氧分解，水质变坏，河水发臭。
⑥水体存在的生物群可反映河流自净的进程。如污染重时，真菌、蓝、绿藻占优势；水质变好时，后生动物(钟虫、轮虫)、硅藻就会出现。因此，可用水生物群落结构来判断和评价水体自净的状况。
7、污染物在不同水体中的迁移转化规律
污染物在河流中的扩散和分解受到河流的流量、流速、水深等因素的影响。
河口是指河流进入海洋前的感潮河段。河口污染物的迁移转化受潮汐影响，受涨潮、落潮、平潮时的水位、流向和流速的影响。
湖泊水库的贮水量大，但水流一般比较慢，污染物的稀释、扩散能力较弱。
海洋虽有巨大的自净能力，但是海湾或海域局部的纳污和自净能力差别很大。
污染物在地下水中的迁移转化受多种因素影响，地下水一旦污染，要恢复原状非常困难。
1、污水的最终出路：排放水体，工农业利用，处理后回用
2、污水排放水体的限制 污水综合排放标准GB8978—1996
城镇污水处理厂污染物排放标准 GB 18918—2002
地表水环境质量标准GB 3838—2002 ，海洋水质量标准GB3097
3、污水回用应满足的要求
对人体健康不应产生不良影响，对环境质量和生态系统不应产生不良影响，
对产品质量不应产生不良影响，应符合应用对象对水质的要求或标准，
应为使用者和公众所接受，回用系统在技术上可行，操作简便，
价格应比自来水低廉，应有安全使用的保障
4、城市污水回用的几个方面
城市生活用水和市政用水：供水 城市绿地灌溉 市政与建筑用水 城市景观
农业、林业、渔业和畜牧业
工业：工艺生产用水 冷却用水 锅炉补充水 其他杂用水 地下水回灌 其他方面
废水处理方法
1、废水处理方法
通常分为物理处理法、化学处理法、生物处理法三大类；
物理处理法：利用物理作用分离或回收废水中的悬浮物(或油)的处理方法。通常有重力分离法(沉淀池、沉砂池、气浮池)、离心分离法(离心机和水旋分离器)和筛选分离法(格栅、筛网、砂滤池、微滤机)。此外，利用蒸发法浓缩废水中的溶解性不挥发物质也是一种物理处理法。
化学处理法： 通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状的污染物或将其转化为无害物质的处理方法。在化学处理法中，以投加化学药剂为基础的处理单元有：混凝、中和、氧化还原反应等；以传质作用为基础的处理单元有：萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换、电崐渗折和反渗透等(后二种又称膜分离技术)。在传质作用的处理单元中，既有化学反应，又有与之相关的物理作用，所以可以从化学处理法中分离出另一类处理方法，称为物理化学法。
生物处理法：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体和微细悬浮状态的有机物，转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。根据作用微生物的不同，生物处理又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。好氧生物处理又分为活性污泥法(完全混合、多点进水、延时曝气)和生物膜法(生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物硫化床)
2、废水处理的分级和处理程度
一级处理：从废水中除去呈悬浮状的固体污染物，SS去除率为70％-80％，BOD去除率为25％-40％，废水净化程度不高。
二级处理：大幅度去除废水中的有机污染物(BOD)去除率为80％-90％
三级处理：进一步去除二级处理中未能去除的污染物，如氮、磷。三级处理耗资较大，管理复杂，主要用于废水复用为目的处理。
以计算为例说明废水排放前所需处理的程度。
例：
河水最旱年最旱月平均时流量：Q=5 m3/秒
含酚废水流量(最大) q=100 m3/时=0.028 m3/秒
废水含酚浓度 C0=200 mg/L
河水中酚浓度 C1=0.005 mg/L
混合系数取 a=0.75
计算此生产废水排入河道前,酚所需处理的程度？
(注：计算时应以最不利的情况为基准，即河水流量以最旱年最旱月平均流量计，废水以最高时流量计。水体中酚浓度C2≦0.01 mg/L)
解：由于废水和河水混合前后所含的酚量相等，所以
C1×aQ＋C×ｑ＝(aQ＋q)×C2
C＝(aQ＋q)×C2－C1×aQ/q
式中：C ─允许排入河流的挥发酚浓度 mg/L
C1─废水排放口上游河水中的挥发酚浓度 mg/L
C2─水体中挥发酚最大容许浓度 mg/L
a─混合系数
C＝(0.75×5＋0.028)×0.01-0.75×5×0.005/0.028＝0.68 mg/L
但由于排放标准为0.5 mg/L,所以废水所需处理的程度为
E=（C0-C）/C0×100％=(200-0.5)/200×100％=99.75％
如果计算值C〈0.5 mg/L，则计算上式时采用计算所得的数字。
