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排水工程下册(第1篇)word版99真人

日期:2020-05-18 15:25

  排水工程下册(第1篇)word版_工学_上等造就_造就专区。第二节 水体自净的根基次序 一、水体的自净效率 污染物正在进入自然水体后,通过物理、化学和生物要素的合伙效率,使污染物的总量减 少或浓度下降,曾受污染的自然水体一面地或齐备地光复原状。这种形象称为水体净

  第二节 水体自净的根基次序 一、水体的自净效率 污染物正在进入自然水体后,通过物理、化学和生物要素的合伙效率,使污染物的总量减 少或浓度下降,曾受污染的自然水体一面地或齐备地光复原状。这种形象称为水体净化或水 体自净。借使排入水体的污染物赶过水体的净化才气,就会导致水体的污染。 水体自净历程特殊杂乱,按机理可分为 3 类:(1)物理净化:污染物通过稀释、扩散、 混淆、重淀和挥发等效率,使浓度下降;(2)化学净化:通过水体的氧化还原、酸碱反映、 瓦解化合、吸附与凝集(属物理化学效率)等效率,使污染物质的存正在状态爆发转移和浓度 下降;(3)生物净化:通过水体中的水生生物、微生物的性命行动,使污染物质的存正在状况 爆发转移,污染总量和浓度下降,最首要的是微生物对有机污染物的氧化瓦解效率,以及对 有毒污染物的转化。 图 2-2 水体的物理净化效率历程图 (一)物理净化效率 物理净化只可下降污染物正在水中的浓度,而不行削减污染物的总量。物理净化效率历程 睹图 2-2 所示。 1.稀释与扩散 (1)污染物进入自然水体后,被水体水混淆,使浓度下降称为稀释。如图 2-2 所示, 污染物进入水体后,正在水活动的历程中,逐步被河水稀释,然后不才逛某个断面处,与河水 齐备混淆。正在该断面处,污染物浓度漫衍平均且远低于排污口处的浓度。大江、大河因宽度 大,能够不易崭露齐备混淆断面,而正在排污口一侧下逛造成安稳的污染带。 1 影响稀释的两种运动时势:(1)污染物质顺水流宗旨(x 宗旨)运动,称为“平流”或“对 流”,即沿纵向 x,横向 y 和深度宗旨 z 运动的统称。水体内任性单元面积上的移流率 O1 可 用下式推度: O1 ? U (x,t)gC(x,t) 或 O1 ? U (x, y, z,t)gC(x, y, z,t) (2-1) 式中 O1 —— 污染物质的“平流”或“对流”率,mg/(m2·s); U、C—— 永别为水体断面均匀流速与污染物均匀浓度,m/s,mg/L 。 (2)污染物进入水体后,正在水体中爆发浓度梯度场,污染物由高浓度区向低浓度区迁 移,这种运动称为“扩散”。扩散包含分子扩散与紊动扩散。湖泊、水库等静水体,正在没有风 生流、异重流(由浓度差、温度差惹起)、行船等爆发的紊动效率影响时,扩散的首要式样 是分子扩散。而活动水体的扩散式样首要是紊动扩散。分子扩散才气远小于紊动扩散,故分 子扩散常渺视不计。扩散效率适当虎克定律,可用下式推度污染物质顺流向 x 的扩散通量值 O2: 式中 O2 ? ?Dx ?C ?x O2 —— 顺流向 x 的扩散通量值,mg/(m2·s); Dx —— 为顺流向 x 的紊动扩散系数,m2/s; ?C —— 为顺流向 x 的浓度梯度,mg/m4; ?x “-”—— 流露沿污染浓度削减宗旨扩散。 (2-2) 借使筹议的是三维宗旨的扩散通量则可写成: O 2 ? ?(Dx ?C ?x ? Dy ?C ?y ? Dz ?C ) ?z (2-3) 式中 O 2 —— 顺流向 x 的扩散通量值,mg/(m2·s); Dx , Dy , Dz —— 为 x,y,z 向的紊动扩散系数,m2/s; ?C , ?C , ?C —— 为顺流向 x 的浓度梯度,mg/m4; ?x ?y ?z “-”—— 流露沿污染浓度削减宗旨扩散。 是以,对流和扩散是同时存正在、互相影响的运动时势。 2 2.混淆 指污水与水体水的混淆情形。对付河道,定夺于混淆系数 a = Q混 Q总 , Q混 为与污水相混 合的河道流量,Q总 为河道的总流量。河道形势、污水排放时势(包含排污口特性、排放式样, 排污流量等)。 估量断面的混淆系数的最简洁公式为: ? ? ? = L估量 L全混 L估量 ? L全混 (2-4) 式中 L估量 —— 排污口至估量断面(掌握断面)的间隔,km; L全混 —— 排污口至齐备混淆断面的间隔,km; ? —— 混淆系数,当 L估量 ≥ L全混 ,? =1。 河道混淆的数学形式,可通过对河道的实测数据举办领会后取得。 外 2-1 为岸边排放时,排放点与齐备混淆断面的间隔统计数据,可行为参考。 岸边排污口与齐备混淆断面间隔(km) 外 2-1 Q 河水流锖与污水流量之比值 q 5 河水流量 Q(m3/s) 5-50 50-500 500 5:1~25:1 25:1 ~125:1 125:1 ~600:1 4 5 6 8 10 12 15 20 25 30 35 50 600:1 50 60 70 100 注:当污水正在河心举办会集排污时,外列间隔可缩短至 2/3;当举办离别式排放时外列间隔可缩短至 1/3。 齐备混淆断面污染物均匀浓度为: C ? Cwq ? CR?Q ?Q ? q (2-5) 式中 Cw —— 原污水中某污染物的浓度,mg/L; q—— 污水流量,m3/s; CR —— 河水中该污染物的浓度,mg/L; Q—— 河水流量,m3/s。 3 若原污水中没有该污染物,且河水流量弘远于污水流量时,上式可简化为: C ? Cwq ? Cw ?Q n (2-6) 式中 n—— 河水与污水的稀释比 n ? ?Q 。 q 3.重淀 重淀使水体中的浓度下降,但填充了水体底泥的浓度,借使长远重淀积蓄,一朝受到暴 雨冲洗,可变成对河水的二次污染,故需庄严应付重淀效率。 重淀效率的巨细可用下式外达: dC dt ? ? k3C 式中 C—— 水中可重淀污染物浓度,mg/L; (2-7) k3—— 重降速度常数(重淀系数),借使 k3 取负值,流露已重降物质再被冲起,d-1。 (二)化学净化效率 1.氧化还原效率:这是水体自净的首要化学效率。水体中的消融氧可与污染物爆发激烈 的氧化反映。使水中某些重金属离子被氧化成难溶物而重淀(如铁、锰等被氧化成氢氧化铁、 氢氧化锰而重淀),有些被氧化成各式酸根而随水迁徙(如硫离子被氧化成硫酸根离子等)。 还原反映也对水体起着净化效率,但众半情景下是由微生物效率举办的。 2.酸碱反映 自然水体因为含有众种物质,故不呈中性,PH 值正在 6~8 之间。当含酸或含碱污水排入 后,PH 爆发转移,变成对污染物的净化效率,如正在碱性的前提下,已重淀于底泥的三价铬 可氧化成六价铬(如 K2CrO4)。又如硫化砷(AsS,As2S3)正在酸性或中性的自然水中是难溶性 物质,重淀终于泥中,正在碱性自然水中不妨天生硫代亚砷酸盐(AsS+3)成为消融性物质。 3.吸附与凝集 属于物理化学效率,爆发这种净化效率的理由正在于自然水中存正在着洪量具有很大轮廓能 并带电荷的胶体微粒。胶体微粒有使能量变为最小及同性相斥、异性相吸的物理形象,它们 将吸赞同凝集水体中各式阴、阳离子,然后扩散或重降,抵达净化的目标。 正在自然水体中,净化的首要效率是物理效率与化学效率,生物化学效率较少。 (三)生物化学净化效率 物理净化效率与化学净化效率,只可使污染物的存正在园地与存正在状态爆发转移,使水体 4 中的存正在浓度下降,但不削减污染物的总量。而生物化学净化可使污染物的总量下降,使水 体取得线 自然水体中含氮有机物生物化学净化示妄图 经一系列生物化学效率后,最终使有机污染物无机化,由无益向无害转化。图 2-3、图 2-4 注解了生物化学效率对有机物降解的杂乱示意历程。 化学和生物化学净化机制的定量形式,有待进一步筹议。目前只可对污水排入河道后, 通过必定光阴或流经必定间隔,其生物化学净化量的众少,用下列模子外达。 S ? KC (2-8) 式中 S—— 逐日生物化学净化量,mg/(L·d); C—— 可生物降解污染物初始浓度,mg/L; K—— 该污染物的生物化学降解速度常数 d-1 。 二、水体质根基模子 水体水质包含水体中污染物质的物理、化学和生物化学的迁徙与转化历程。这种迁徙和 转化受水体自身杂乱运动的影响,是以,常用的水体模子首要商讨物质正在水体中的物理迁徙 历程。至于化学及生物化学的转化历程则采用归纳的法子处置,然后将它和物理迁徙历程叠 加。 水体水质根基模子有 5 种分类法子:(1)按水体运动的空间分为一维、二维和三维;(2) 按水质构成分为单变量和众变量型;(3)按光阴闭连性分为稳态(与光阴无闭)和动态(与 光阴相闭)型;(4)按数学特性分为有线与非线型,确定性与随机性型等;(5)按水体类型 可分为河道、湖泊水库、河口、海湾与地下水等的水质模子。 水体水质转移的预测与预告的常用水质模子是水体运动的空间三维、二维或一维模子。 (一)三维水体水质模子(Brooks 模子) 污染物正在水体三维空间内因水流运动与污染物质地扩散惹起的浓度下降次序可用三维 5 水体水质模子即布洛克斯(Brooks)模子来形容: ?C ?t ? ? ? ? ux ? ?C ?x ? uy ?C ?y ? uz ?C ?z ? ? ? ? ? ? ? Dx ?2C ?x2 ? Dy ?2C ?y2 ? Dz ?2C ?z 2 ? ? ? ? ? S (2-9) 式(2-9)右侧第一括弧项是由水体水流导致的污染物质蜕化量,它不光有 x 向的蜕化 量 ux ?C ?x ,也有 y 与 z 宗旨的蜕化量 uy ?C ?y , uz ?C ?z ;第二括弧项是污染物质的扩散项, 也包含 x、y、z 宗旨的扩散量;第三项 ? S 是水体中某污染物浓度的增减项,包含降解项或 旁侧污染物进入量,是 C,x、y、z、t 的函数。 式中 C —— 污染物浓度,mg/L; t —— 光阴,d; ux , u y , uz —— 永别是 x,y,z 宗旨的水流运动速率,m/s; Dx , Dy , Dz —— 永别是 x,y,z 宗旨的紊动扩散系数,m3/s; ? —— 如上述。 三维模子求解特殊贫苦,工程使用贫苦。 (二)二维水体水质模子 设水体水质正在 z 向(即水体深度宗旨)漫衍平均,即污染物质正在 z 向的输移和扩散量为 零, ?C ? 0 ,况且不商讨旁侧的进入量 ?S ? 0 ,则可简化为二维水体水质模子 ?z ?C ?t ? ? ? ? ux ? ?C ?x ? uy ?C ?y ?? ? ? ? Dx ?? ?2C ?x2 ? Dy ?2C ?y2 ? ? ? (2-10) 三、二维水体水质模子的使用 1.污水正在河道中的扩散稀释及使用 污水正在河道中的扩散稀释,可视做横向流速 uy ? 0 ,纵向扩散系数 Dx 与纵向流速 ux 相 比,其稀释效率甚微,可渺视不计。横向扩散系数 Dy 视为常数。则式(2- 10)的偏微分方程 解为: C(x, y) ? M /h 2? u? y ? exp ??? ? y2 2? 2 y ? ??? ? 2 y ? 2Dy x u (2-11) (2-12) 6 Dy ? ?yhu* (2-13) u* ? ghi 式中 C —— 坐标点(x,y)处的污染物浓度,mg/L; M —— 排放源的强度,g/s; (2-14) h —— 河道均匀水深,m; u —— 河道均匀流速,m/s; ? y —— 横向均方差; ? y —— 无因次横向弥散系数; u* —— 摩阻流速,m/s; i —— 河道均匀水力坡度; g —— 重力加快率,m/s2; exp ? ??? ? y2 2? 2 y ? ??? ? y2 —— 指数函数,即 e 2? 2 y 。 污水排放口下逛 x 公里处污染云横向增量 Ly ? 4 2TxDy (2-15) 式中 Tx —— 河水流到 x 地方需光阴(s)。 竖向混淆系数为: ?z ? 0.067hu * 污水正在竖向与河水齐备混淆所需光阴为: 此时污水的升流高度为: Tz ? 0.4 h2 ?z (2-16) (2-17) Lz ? uTz (2-18) 式(2-11)是会集排放估量式,如为离别排放,则排放源的强度应为 M / n ,n 为排放 孔数。离别排放扩散稀释睹图 2-5。明白 x 轴处浓度最大,其增量为: 7 n?1 ? ?C ? x, 0? ? ? ? 2 2 i ?1 ? ? gexp ??? ? yi 2 2? 2 y ? ??? M ? ? ngh 2? u? y 式中 i=1、2、? n ?1 ; 2 yi ? pi ; p —— 排放孔间距。 (2-19) (2-20) 图 2-5 离别排放扩散稀释图 设河道污染物浓度基值为 Cb ,则正在排污口下逛 x 处的最大浓度为: Cmax ? Cb ? ?C 排放口下逛 x 处扩散器两头的浓度增量为: ? ?C1 ? ?? x, L 2 ? ?? ? ? ? n?1 ? i ?1 ? gexp ??? ? yi 2 2? 2 y ? ??? 式中 L—— 扩散器长度,m。 (2-21) (2-22) ∴ C1 ? Cb ? ?C1 污染云周围的浓度增量为 ? ?C2 ? ? ? x, L ? Ly 2 ? ? ? ? n?1 ? ? gexp ?? ? j?0 ? yj2 2? 2 y ? ??? 式中 yj —— yj ? Ly 2 ? pi (2-23) (2-24) ∴ C2 ? Cb ? ?C2 (2-25) 【例题 2-1】 某市污水流量为 5.4 m3/s,经一级处置后,用众孔扩散器排入大江,排放水的 BOD5 = 280mg/L。该大江宽 2000m,均匀水深 20m,枯水期日均匀流量 6000 m3/s,均匀流速 0.16m/s, 均匀水力坡度 6.7×10-6,江水 BOD5 基值为 2.3 mg/L。正在排污口下逛 8km 处已修有会集式取 水口,距岸边 350m。估量污水排入后,对取水口水质的影响。 【解】 因为大江的宽度大,污水的 BOD5 浓度也较高,故取扩散器的长度为 300m,分三段, 8 每段长 100m,三段的管径永别为 DN2000mm,1600mm,1200mm,三段共设 45 个排出孔, 孔径 175mm,孔距 6.5mm,正在均匀水深的 1/3 处喷入江中。扩散器的结尾距岸边 1000m。 由式(2-14)得 u* ? ghi ? 9.8? 20?6.7?10?6 ? 0.0362m / s 式(2-16)得 ?z ? 0.067hu* ? 0.067 ? 20? 0.0362 ? 0.0485m2 / s 式(2-17)得 式(2-18)得 Tz ? 0.4 h 2 ?z ? 0.4? 202 0.0485 ? 3300s Lz ? uTz ? 0.16? 3300 ? 528m 依据现场示踪测定,大江正在该市河道段的? y ? 0.5 ,故用式(2-13) Dy ? ?yhu* ? 0.5?20?0.0362 ? 0.362m2 / s 每个排放孔的排放源强度为: m ? M ? 5.4? 280 ? 33.6g / s n 45 依据题意恳求,用式(2-11)~式(2-24)估量出沿河道宗旨 2km、4km 及会集取水口 8km 处 的 BOD5 浓度值。估量值列于外 2-2。 二维水体水质摸型使用估量衷 外 2-2 排放扩散器下逛间隔 x(km) 2 4 8 流达光阴 Tx (s) 扩散宽度增里 Ly (m) 横向均方差 ? 2 y ?y ? (mg / L) 12500 380 9050 95 0.044 25000 538 18100 135 0.031 50000 760 36200 190 0.022 9 浓度增量 ?C(mg / L) 1.41 1.16 0.90 最大浓度值 Cmax (mg / L) 3.71 3.46 3.2 浓度增量 ?C1(mg / L) 0.7 C1(mg / L) 3.0 ?C2 (mg / L) 0.04 取水口处浓度 C2 (mg / L) 2.3 + 0.04=2.34 估量结果证据,取水口处于污染云的周围,因江水基值 BOD5 为 2.30mg/L,因为污水的 排入沿江水扩散至该处,BOD5 浓度的增量为 0.04mg/L,故该处的江水 BOD5 =2.3 + 0.04 = 2.34mg/L,仍属于二级水体(BOD53mg/L),以为是安然的。 (二)污水排海的扩散稀释及使用 因为海水的本质与江河区别,海水的含盐量髙,密度大,水层上下温差大,有潮汐与洋 流的回荡。是以污水排人海湾后,扩散稀释存正在着初始轴线稀释、输移扩散稀释与大肠菌群 的衰亡稀释等。 初始轴线稀释可用初始轴线)当海水密度平均时,污水喷出后,羽状流可无间 浮升至海面: ?1 ? S1 ? Sc ??1? ? 2Sc uh q ? ??? Sc ? 0.38? g 1 ?3 ?2 hq 3 (2-26) (2-27) 式中 S1 —— 初始轴线 初始轴线稀释 Sc —— 无水流时,即 u=0 时的初始轴线; —— 由干海水与污水密度差惹起的重力加快率差值, g ? ?a ? ?0 g ; ?a ?a —— 海水密度; ?0 —— 污水密度; g —— 重力加快率,9.81m/s2; 10 h —— 污水排放深度,m; q —— 扩散器单元长度的排放量,m3/(s?m); u —— 海水流速,m/s。 (2)海水密度随深度呈线性漫衍时,即海水密度自海面向海底呈线性逐步填充,污水 喷入海水后,羽状流上升至必定高度 zmax 后,终止上升,此时污染云的密度比其上面的海 水的密度大。则 ? S1 ? Sc ???1? 2Scq uzmax ??1 ??? ? ?1 ?2 Sc ? 0.31 g 3 zmaxq 3 (2-28) (2-29) 式中 zmax ——污染云的最大浮升髙度,m。 zmax ? 2 6.25(g q)3 ? ??? ?0 g ??a ? ? ?0 ? ??? (2-30) 2.因为洋流惹起的输移扩散 海洋的流态较杂乱,除主导洋流外,再有潮汐的影响。对干海域、或宽绰的海湾,可不 商讨潮汐的回荡效率,不然就应试虑回荡对稀释扩散的影响。别的,污水中有机污染物正在海 水中的生物化学降解效率远小于洋流惹起的输移扩散稀释效率。是以生化降解效率可略去不 计。又由于经初始轴线稀释后,可视深度宗旨的浓度是平均的,故也可用二维水质扩散模子 估量。 (1)不商讨回荡的影响 依据式(2-10),假设污染云随洋流的搬动是单向的、不断的和均速的,污水的横向扩散 混淆可东西有水准扩散系数的扩散历程来形容,则 Brooks 求解式为: S2 ? erf 1 3/2 ???1 ? 2 3 ? x L 3 ? ?? ?1 (2-31) 式中 S2 —— 输移扩散稀释度; ? erf ?? ? —— 差错函数, erf ?? ? ? 2 ? e??2 d? ; ?0 x —— 排污口至下逛某点的水准间隔,m; 11 ? —— 系数, ? ? 12E0 ; ugL 2 E0 —— 排污口处(x= 0)的涡流扩散系数, m3 s , E0 ? 4.64 ?10?4 gL4/3 ; L —— 扩散器长度,m。 (2)商讨回荡的影响 对付不太宽的潮汐海口,污水正在一段受纳海水内,通过几次回荡后才调移开排污口向外 海宗旨输移,此时的 S2 为: ? ? ? ? S2 ? C1 ? ? uE ?? L uE ? Ly L? hC p Ly h ? ? 2nQC0 2nQ ? ?1 ? ?? 式中 C1 —— 经初始稀释后,污染云轴线上的浓度,mg/L; (2-33) C0 —— 原污水口污染物的浓度,mg/L; Q —— 排放的污水量,m3/s; C p —— 海水中污染物的浓度,mg/L; uE —— 涨潮水速,m/s; n —— 污染物正在潮汐效率下的回荡次数。 ?K uEitEi n ? i?1 uFitFi ? uEitEi K 式中 tEi —— 第 i 个潮周的涨潮历时,s; tFi —— 第 i 个潮周的落潮历时,s; uEi , uFi —— 永别为第 i 个潮周的涨、落潮水速,m/s; K —— 观测的潮周期数。 污染云经几次回荡后的横向增宽: Ly ? 4 2nTDy 式中 T —— 涨落潮历时,T ? t涨 ? t落 ; Dy —— 横向扩散系数,m2/s。 (2-34) (2-35) 12 对付潮汐海口, Dy 可用下式估算: Dy =0.96hu* (2-36) 式中 u* —— 海口摩阻流速,m/s。 u* ? ghi (2-37) 式中 i —— 海床坡降; h —— 污水排污口深度,睹图 2-6。 做策划打算时,从安然商讨,可渺视由横向扩散所填充的稀释效率或海口不宽,无充塞 空间让污染物横向扩散,即 Ly = 0,由此估量的扩散器长度,应餍足氷质目的 Cm 的恳求, 即 uE LhCp ? 2nQC0 uE Lh ? 2nQ ? Cm (2-38) 此时 3.大肠菌群的衰亡稀释度 S2 ? C1 Cm ? C0 S1Cm ? 2.3x ? S3 ? exp ? ? T90u ? 3600 ? ? 式中 u —— x 处的流速,m/s; T90 —— 大肠菌群衰亡 90%所需的光阴,h。 4.总稀释度 (2-39) (2-40) 5.污水排海扩散器的估量 S ? S1 ? S2 ? S3 (2-41) 13 图 2-7 扩散器时势 图 2-8 扩散器长度估量图 因为海洋流向对照众变,是以扩散器的安排相对付洋流宗旨大致可分为 3 种,即Ⅰ型、 T 型与 Y 型(实用于无主导洋流宗旨时),睹图 2-7 所示。 (1)扩散器长度的估量 当不商讨潮汐回荡的影响并已知排放深度及静潮(或称憩潮)的初始轴向稀释度 Sc 时, 扩散器的长度用式(2-27)或式(2-29),先估量出 q,然后依据排故污水量估量出扩散器长 度,全部估量睹[例题 2-2]。借使污水量较大,则用式(2-42)估量出污染云的均匀初始稀 释度 S1,然后依据图 2-8 求出扩散器长度。 ?1 s1 ? ? 2Sc ???1? 2Scq uzmax ? ??? (2-42) 式中 s1 ——污染云均匀初始稀释度,m2/s。 当商讨潮汐回荡的影响并已知水体的水质目的及水文水质前提时,扩散器长度用式 (2-38)估量。 (2)喷孔数 m 的估量 海底排放时,扩散器上喷孔之间的间距约为排放深度的 1/3,此时的稀释才气较好,扩 散器的长度可缩短,投资可削减。扩散器喷孔数 式中 m —— 扩散器上喷孔数; m ? 3L h (2-43) 其他符号同前。 (3)喷孔直径及所需总水头估量 14 图 2-9 喷孔及总水头估量图 扩散管内流速正在 0.6~3.0m/s 之间,即处于不重淀与不冲洗的流速之间,污水通过每一个 喷孔的流量按下式汁算: qn ? CDan 2gEn (2-44) 式中 qn —— 从一个喷孔中排出的污水流量,m3/s ; CD —— 喷孔管嘴的流量系数,依据管嘴时势,如喇叭口、尖嘴口等区别査图 2-10。 因为扩散管内的流速是一向减小的,若估量值 vn 2 2g / En 小于化 0.01 时,则喇叭口喷孔 CD 值均取 0.9,尖嘴喷孔均 CD 均取 0.6; an —— 一个管嘴的过水断面积,m2; En —— 污水喷孔内的总水头,m; g —— 重力加快率 9.81m/s2。 如将最远的喷孔称为 1 号,睹图 2-9,则自该喷孔流出的流量为: 15 v2 n ?1 2g / En ? vn2 2g / En 图 2-10 两种管嘴时势的出口流量系数 q1 ? CDa1 2gE1 ? CD ? 4 d12 2gE1 式中 q1 —— 1 号喷孔的流量,m3/s ; (2-45) d1 —— 喷孔的直径,m; a1 —— 1 号喷孔的面积,m2; E1 —— 1 号喷孔的总水头。 E1 ? h1 ? v12 2g (2-46) 式中 h1 —— 1 号喷孔处,管外里压力差,m,其值等于喷孔出流所需的自正在水头(可取 0.7m)加喷孔的限度水头亏损(可取 0.3m)加沿程亏损。 v1 —— 扩散器内流向 1 号喷孔的管内流速,m/s。 式中 D —— 扩散器的直径,m。 v1 ? q1 ? D2 4 按序估量 2 号喷孔处的管内总水头: 16 (2-47) E2 ? E1 ? hf ? ?a ? ?0 ?0 ? Z1 (2-48) 式中 E2 —— 2 号喷孔处的管内总水头,m; hf —— 1?2 号喷孔之间管内的水头亏损, hf ? f l D v22 2g ,m; f —— 管材的摩阻系数,铸铁管为 0.022; l —— 相邻两喷孔的间隔,m; v2 —— 1?2 号喷孔之间管内流速,m/s; ?0 —— 管内污水的密度; ?a ? ?0 —— 海氷和污水的密度差;污水比海水轻时 ?a ? ?0 ? 0 ;污水比海水重时 ?a ? ?0 ? 0 ,海水的密度 ?a 为 1.01?1.03; ?Z —— 两相邻喷孔间的高程差,m,顺坡时 ?Z ? 0 ,反坡时 ?Z ? 0 ?a ? ?0 ?0 ?Z1 —— 称为比重水头。 2 号喷孔的流量: q2 ? CDa2 2gE2 (2-49) 式中 q2 —— 2 号喷孔的流量,m3/s ; a2 —— 2 号喷孔的面积,m2。 由 1 号喷孔流向 2 号喷孔的管内流速: v2 ? v1 ? q2 ? D2 4 (2-50) 遵守上述规律,慢慢地估量到结果一个喷孔,即第 n 个喷孔。可用估量机实行估量。 【例题 2-3】 某都邑的都邑污水量为 1.4m3/s,经一级处置后,BOD5=100mg/L,排海。海水的密度为 1.026,污水的密度为 0.999,近海海底坡度 0.02,拟排海深度为 10m,海洋的洋流流速:近 海区洋流均匀流逨力 0.3m/s,宗旨与海岸笔直,岸边洋流流速为 0.03m/s。最大潮差 1.5m。 17 策划恳求排污水后,憩潮时污染云轴线初始稀释 Sc。不得小于 85,请打算排放管、扩散器 及近岸海水 BOD5 浓度的增量。 【解】 排放管的估量: 污水流量为 1.4m3/s,若取排放管管径为 DN=1200mm,钢管,由《给水排水打算手册》 第一册,水力估量外得,管内流速为 1.238m/s,1000 i= 1.294m。 因为恳求排海深度为 10m,海底坡度为 0.02,故排放管长度应为: 10 L排 = 0.02 =500m 沿程水头亏损为: h 排 =500 ? 1.294 1000 =0.65m 。 扩散器估量: 依据题意,海水密度平均,于是污水排放后的初始稀释度用式(2-26)及式(2-27)估量, 同时估量得扩散器单元长度排放量。 由式(2-27) Sc ? 0.38? g 1 ?3 ?2 hq 3 g ? ?a ? ?0 g ? 1.026 ? 0.999 ? 9.81 ? 0.265m / s2 ?0 0.999 ∴ 85 ? 0.38? 1 0.265?3 ?10m ? ? q 2 3 得 q ? 0.00486m3 / (sgm) 喷孔间距约为排海深度的 1/3,于是间距为 10/3= 3.3m。故每个喷孔的排出量应为: q1 ? 3.3? q ? 3.3? 0.00486 ? 0.016m3 / s 扩散器长度为: L ? 1.4 ? 288m ,取扩散器长度 300m。 0.00486 扩散器喷孔数用式(2-43)估量: m ? 3L ? 3?300 ? 90个 h 10 因洋流宗旨笔直于海岸,故釆用 T 型扩散器,为了使扩散器内的流速平均,分为三段, 每段长 100m,喷孔 30 个,睹图 2-11。 18 图 2-11 排放管与扩散器估量图 Ⅰ段:每旁长度 50m,流量 1.4 =0.7m3 / s 。若取管径为 DN900mm,由水力估量外得, 2 管内均匀流速 1.1m/s,属经济流速,所取管径及格,1000i= 1. 51m,∴ 沿程水头亏损为 0.076m。每旁长度喷出流量为 50m ? 0.00486m3 / (sgm) ? 0.243m3 / s 。 Ⅱ段:长度 100m,进人Ⅱ段的流量为 0.7 - 0.243=0.457m3/s。若取管径 DN= 700mm, 得管内均匀流速为 1.2m/s,属经济流速,1000i = 2.4m,∴ 沿程水头亏损为 0.24m。 排放管起端所需总压力等于排放水深、各段沿程亏损、自正在水头、喷孔限度亏损、T 型 三通亏损、最大潮差之和,即 H=10+ 0.65+ 0.076+ 0.24+ 0.7+ 0.3+ 1.5+ 1.5 = 15m 。 总稀释度及近海岸处海水 BOD5 增量: 轴线Scq uh ??1 ??? ? ? 85 ???1 ? ?1 2 ?85? 0.00486 ? 0.3?10 ??? ? 71.7 输移扩散稀释度用式(2-31)估量: 扩散器至海岸边 x = 500m,由式(2-32)得 4 4 E0 ? 4.64 ?10?4 ? L3 ? 4.64 ?10?4 ? 3003 ? 0.932m2/3 / s 近海岸处洋流流速为 0.03m/s。 ∴ 由式(2-31)得 ? ? 12E0 ? 12? 0.932 ? 1.24 uL 0.03?300 19 S2 ? erf 1 ? 3/2 ???1 ? 2 3 ? x L 3 ? ?? ?1 erf 1 3/2 ? 1 ? 2.63 0.33 ???1 ? 2 3 ?1.24 ? 500 300 3 ? ?? ?1 至海岸边的总扩散度 S总 =S1 ? S2 =71.7 ? 2.63=188.6 ∴ 正在海岸边处海水的 BOD5 增量?C 为: ?C= BOD5 = 100 =0.53mg / L S总 188.6 可睹,扩散器的水头亏损是采用每段扩散器内的均匀流速举办估量的,但因为喷孔一向 喷出污水,于是每段扩散器内的沿程流量是一向减小,流速也一向减慢,故所需总水头及各 喷孔排出的流量应逐孔逐段估量,计箅公式用式(2-44)至式(2-50)。 四、河道氧垂弧线方程——菲里普斯(Phelps)方程 有机物质排人河道后,可被水中微生物氧化瓦解,同时损耗水中的消融氧(DO)。于是, 受有机物污染的河道,水中消融氧的含量受有机污染物的降解历程掌握。消融氧含量是使河 流生态编制坚持平均的首要要素之一。消融氧的快速下降乃至磨灭,会影响水体生态编制平 衡和渔业资源,当 DO1mg/L 时,民众半鱼类便阻塞而死,是以筹议 DO 的转移次序具有 紧张的现实意旨。 (一)氧垂弧线 有机污染物排入河道后,经微生物降解而洪量损耗水中的消融氧,使河水亏氧;另一方 面,气氛中的氧通过河道水面一向地溶人水中,又会使消融氧慢慢取得光复。于是耗氧与复 氧是同时存正在的,河水中的 DO 与 BOD5 浓度转移形式睹图 2-12。污水排入后,99真人DO 弧线呈 悬索状下垂,故称为氧垂弧线 弧线呈慢慢低落状,直至光复到污水排入前的基值浓 度。 20 图 2-12 河道中 BOD5 及 DO 的转移弧线 氧垂弧线可分为三段:第一段 α?o 段,耗氧速度大于复氧速度,水中消融氧含量大幅 度低落,亏氧量填充,直至耗氧速度等于复氧速度。o 点处,消融氧量最低,亏氧量最大, 称 o 点为临界亏氧点或氧垂点;第二段 o?b 段,复氧速度入手赶过耗氧速度,水中消融氧 量入手回升,亏氧量逐步削减,直至改变点 b;第三段 b 点今后,消融氧含量接连回升,亏 氧量接连削减,直至光复到排污点前的状况。 (二)氧垂弧线方程——菲里普斯方程的修设 (1)有机物耗氧动力学 美邦粹者斯蒂特-菲里普斯(Streeter-Phelps)于 1925 年对耗氧历程动力学筹议领会后得出: 当河道受纳有机污染物后,沿水流宗旨爆发的输移有机物量弘远于扩散稀释量,当河水流量 与污水流量安稳,河水温度褂讪时,则有机物生化降解的耗氧量与该时代河水中存正在的有机 物量成正比,即呈一级反映,属一维水体水质模子,99真人其外达式为: ? ? ? dL dt = ? K1L ?? t=0, L ? L0 (2-51) Lt ? L0 gexp(? K1t) 或 Lt ? L0 g10?k1t (2-52) 式中 L0 —— 有机污染物总量,即氧化统统有机物所须要的氧量; Lt —— t 岁月水中残余的有机污染物量; t —— 光阴,d; k1, K1 —— 耗氧速度常数, k1 ? 0.434K1 。 21 耗氧速度常数 K1 或 k1 因污水本质区别而异,须经尝试确定。生涯污水排入河道后, k1 值睹外 2-3 生涯污水耗氧速度常数 k1 外 2-3 水温(℃) 0 5 10 15 20 K1 值 0.0399 0.0502 0.0632 0.0795 0.1 外 2-3 的相干9 ,可用下式外达: ? ? k ? k k ? k 或 (T1?T2 ) (T1 ?T20 ) 1 2 1 20 25 0.1260 30 0.1583 (2-53) 式中 k1, k2 , k20 —— 永别为温度 T1、T2、T20 时的的耗氧速度常数; ? —— 温度系数,? ?1.047 ; k20 —— 20℃时的温度系数, k20 ? 0.1。 2.消融氧转移历程动力学 通过河道水面与大气的接触,氧一向溶入河水中,当其他前提必定时,复氧速度与亏氧 量成正比例: ? ? ? dD dt =K 2 D ??t=0, D ? D0 (2-54) 式中 k2 —— 复氧速度常数; D —— 亏氧量, D ? C0 ? CX ; C0 —— 必定温度下,水中饱和消融氧,mg/L; CX —— 河水中消融氧含量,mg/L。 菲里普斯对为有机物污染的河道中消融氧转移历程动力学举办了筹议后得出结论,河水 中亏氧量的转移速度是耗氧速度与复氧速度之和。正在与耗氧动力学领会沟通的条件前提下, 亏氧方程也属一级反映,可用一维水质模子流露: ? ? ? dD dt =k1L ? k2 D ??t=0, D ? 0, L ? L0 (2-55) 式中 k2 —— 受污染河道的复氧速度常数,与水温、水文前提相闭,其数值列于外 2-4 中。 22 河道水文前提 复氧常数 k2 值 水温(℃) 10 15 20 外 2-4 25 缓流水体 - 0.11 0.15 - 流速小于 1m/s 水体 0.17 0.185 0.20 0.215 流速大于 1m/s 水体 0.425 0.460 0.50 0.540 激流水体 0.684 0.740 0.80 0.865 式(2-55)的解析式为: ? ? Dt ? k1L k2 ? k1 10?k1t ?10?k2t ? D0 g10?k2t (2-56) 式中 Dt —— t 岁月河道中亏氧量。 式(2-56)称为河道中氧垂弧线方程式,即菲里普斯方程式。它的工程意旨正在于: (1)用于领会受有机物污染的河水中消融氧的变论动态,推度河道的自净历程及其环 境容量,迸而确定可排入河道的有机物最大限量; (2)算计确定最大缺氧点即氧垂点的名望及抵达光阴,并依此拟定河道水体防护设施。 氧垂弧线抵达氧垂点的光阴,可通过方程式(2-56)求定,即当 dD =0 时: dt tc ? lg ?? ? ?? k2 k1 ? ?1 ? ? D0 ?k2 ? k1L0 k2 ? k1 k1 ? ? ? ?? ? ? ?? (2-57) 式中 tc —— 从排污点到氧垂点所需的光阴,d。 式(2-56)与式(2-57)正在行使时应留神如下几点: (1)公式只商讨了有机物生化耗氧和大气复氧两个要素,故仅实用于河道截面转移不 大,藻类等水生植物和底泥影响可渺视不计的河段; (2)仅实用于河水与污水正在排放点处齐备混淆的前提; (3)所行使的 k1,k2 值必需与水温相适当; (4)如沿河有几个排放点,则应依据全部情景兼并成一个排放点估量或逐段估量。 按氧垂弧线方程估量,正在氧垂点的消融氧含量达不到地外水最低消融氧含量恳求时,则 应对污水举办妥贴处置。故该方程式可用于确定污水处置厂的处置水准。 23 (三)氧垂弧线方程——菲里普斯方程的使用 氧垂弧线方程用于处置水准真实定与境遇容量的估量,通过[例题 2-3]注解。 【例题 2-3】 某都邑人丁 35 万人,排水量程序 150L(/ p ?d),每人逐日排放于污水中的 BOD5 为 27g, 换算成 BODu 为 40g。河水流量为 3m3/s,河水夏日均匀水温为 20℃,正在污水排放口前,河 水消融氧含量为 6mg/L,BOD5 为 2mg/L(BODu = 2.9mg/L)。依据消融氧含量求该河道的自 净容量和都邑污水应处置的水准。排放污水中的消融氧含量很低,可渺视不计。 【解】 (1)先确定各项原始数值 排入河道的污水量为: q ? 350000 ? 0 .150 ? 52500m3 / d 污水排放口前河水中的亏氧量为: D ? C0 ? Cx ? 9.17 ? 6.0 ? 3. 17mg / L ,(20℃时的饱和消融氧量为 9.17mg/ L)。 污水排人河道后的最高承诺亏氧量为: 9.17 ? 4.0 ? 5.17mg / L (2)求污水与河水混淆后的 BODu 及 L0。 依据外 2-3,因水温为 20℃,k1 = 0.1,由外 2-4,因流速较小,取 k2=0.2,混淆系数 α 取 0.5。 最高承诺亏氧量为 5 .17mg/ L=Dt,采用式(2-56)时,仍有两个未知数 t 与 L0,是以可 用式(2-57)举办试算: 1)开头假设 L0=15mg/ L,代入式(2-57)得: tc ? lg ?? ? ?? 0.2 0.1 ? ?1 ? ? 3.17?0.2 ? 0.1? 0.1?15 ? ?? ?? ? ?? 0.2 ? 0.1 ? 1.98d 2)将所得 tc 值代入式(2-56)求 L0 值: ? ? 5.17 ? 0.1L0 10?0.1?1.98 ?10?0.2?1.98 ? 3.17 ?10?0.2?1.98 0.2 ? 0.1 得 L0 ? 5.17 ?1.27 0.232 ? 16.8mg / L 3)将估量所得的 L0 代入式(2-57),求出较为无误的 tc 值: 24 tc ? lg ?? 0.2 ? ?? 0.1 ? ?1 ? ? 3.17 ?0.2 ? 0.1? 0.1?16.8 ? ?? ?? ? ?? 0.2 ? 0.1 ? 2.1d 4)将 tc=2.1d 代入式(2-56),做第二次试算得: ? ? 5.17 ? 0.1L0 10?0.1?2.1 ?10?0.2?2.1 ? 3.17 ?10?0.2?2.1 0.2 ? 0.1 ∴ L0 ? 5.17 ?1.21 0.24 ? 16.5mg / L 5)第二次试算所得的 L0=16.5mg/ L,与第二次试算 L0=16.8mg/ L,特殊亲密,故可定 L0=16.5mg/ L。 6 ) 因 河 水 本 身 含 有 BODu=2.9mg/L, 因 此 水 体 能 够 接 纳 的 污 水 所 含 的 BODu 为 16.5-2.9=13.6mg/L。 7)为了确保氧垂点处的消融氧含量不低于 4mg/L,河水逐日可能经受的 BODu 总量(即 水体的自净容量)为: 13.6?3?0.5?86400 ?52500? ? 2476560g ? 2476.56kg 8)每人逐日能排入水体的 BODu 值为: 2476560 ? 7.08g 350000 9)因每人逐日爆发的 BODu 值为 40g,排入水体前应去除的 BODu 量为:40-7.08=32.92g。 10)污水应抵达的处置水准为 32.92 ?100 ? 82.3% 40 11)污水的 BODu 浓度为 40?350000 ? 266.7g / m3 ?mg / L? 52500 12)排放污水的 BODu 承诺浓度为 266.7?(1? 0.823)? 48mg / L 故污水必需采用生物处置,BODu 的处置水准为 82.3%。 五、湖泊、水库水体水质摸型 湖泊、水库水体的首要污染源有:点污染源(生涯污水、 工业废水会集排入);非点污染源 (雨水径流、农田灌溉水 的回流等);大气降尘等。湖泊、水库内的水流首要是:河 流入流口左近;洪量污水排放口左近;风生流、异重流(由 温度差、密度差惹起);人类行动(如行船,灌溉抽水)制 成的紊流。故湖泊、水库的水体运动与自净次序至极杂乱。 25 图 2-13 湖泊、水库扩散示妄图 湖泊、水库的巨细与水文前提区别,污水排入后,与湖水的混淆情景可分为:齐备混淆 型(即污水与湖水可齐备混淆),面积较小、水深较浅的湖泊存正在这祌能够;非齐备混淆型, 面积较大、水深较深的湖泊存正在这种情景。本书首要叙述非齐备混淆型的水体水质模子。 (一)A?B?卡拉乌舍夫扩散模子 A?B?卡拉乌舍夫采用圆柱坐标将二维水体水质模子(睹式 2-10)简化为一维水质模子得: ? ?C ? ? ?t ? ? ? ? D ? q ?H ?1 ? ? r ?C ?t ? ?2C ?r 2 ? ? r=r0 , C ? C0 式中 q —— 入湖污水量,m3/d; (2-58) C —— 估量点污染物浓度,mg/L; H —— 污染物扩散区湖水准均深度,m; ? —— 污水正在水体中扩散角度,辽阔岸边笔直人流? =180°,湖中央排放时,? =360°; C0 —— r0 处(即排污口处),水体中污染物原有浓度或地面水境遇质地程序(睹附录 10),mg/L; r —— 湖泊某估量点离排污口间隔,m; D —— 湖水的紊流扩散系数。 当排放量安稳,并代人鸿沟前提 r=r0,C=C0,则式(2-58)的积瓦解为: ? ? 1 C ? C0 ? ?1 r1?? ? r1?? 0 ? ?1? q DH? (2-59) (二)有机污染物自净方程 前已述及,湖、库紊动扩散才气很小,可能略去不计,只商讨平流效率和有机污染物的 生物降解效率,则可将式(2-58)中的扩散项略去,得: 式(2-60)的解为: ??q ? dC dr ? ?K gCgH g? gr ?? r=0,C ? C0 (2-60) C ? C0 ? exp ? ? ? K? Hr2 2q ? ? ? (2-61) 26 式中 K —— 湖、库水的自净速度系数,d-1。 (三)消融氧方程 湖、库水体中 DO 含量漫衍,首要定夺于入湖、库污染物的生化耗氧与水体水面复氧; 水生植物的光合效率产氧;其他增氧(如入湖、库河道的带入等)与耗氧(如水灵动物的耗 氧等)。 为简化方程的数学外达式和便于求解,只商讨有机污染物的生化降解与大气复氧行使, 由圆柱坐标作一维氧垂弧线方程: ??q ? dD dr ? ? k1L ? k2 D ?? Hr ?? r=0, D ? D0 (2-62) 式中 k1 —— 湖、库水体的耗氧速度常数,d-1; k2 —— 湖、库水体的复氧速度常数,d-1; D0 —— 排污口处的亏氧量,mg/L。 式(2-62)的解为: ? ? D ? k1L0 k2 ? k1 e ? e ?nr2 ?mr 2 ? D0e?mr2 (2-63) 式中 m ? k2? H 2q n ? k1? H 。 2q 27 第三节 水境遇守卫 水境遇守卫有量和质两个方面。以水质守卫为主,合理操纵水资源,通过策划提出各式 设施与途径,使水体不受污染,以包管水资源的寻常用处,餍足水体首要效用对水质的恳求。 一、水体水质评议 通过对水体的水质评议不妨判明水体被污染的水准,为拟定水体的归纳防治计划供给 科学凭借。 水质评议是依据监测得到的洪量原料,対水体的水质所作出的归纳性的定量评议。水质 评议的首要目标是:(1)对区别区域各个时代水质的转移趋向举办领会。(2)领会对工农业 临蓐和生态编制的影响。(3)领会対人体强壮的影响。 单项污染目标的全部浓度值,仅能反应这项目标的倏得水质情形,而不行反应由众种污 染物合伙排放所造成的杂乱水质情形。故应采用归纳指数对各式污染物的合伙影响逬行评 价。评议又可分为近况评议和预断评议。 (一)近况评议 目前常用的水质评议法子有:归纳污介入数( K )法和水质质地系数( P )法。 归纳污介入数( K )法是流露各式污染物对水体归纳污染水准的一种数目目标。估量 式为: ? K ? Ck COi Ci (2-64) 式中 Ck —— 地面水体各式污染物的联合最高承诺目标,如对水库,此值为 0.1; COi —— 各式污染物的水境遇质地程序,睹附录十,mg/L; Ci —— 各式污染物的实测浓度,mg/L。 估量结果,借使 K ? 0.1,注解各式污染物总含量之和和未赶过水境遇质地程序,属未 污染水体;当 K ? 0.1时,证据河水中各式污染物的总含量已相当于一种有毒物质赶过水环 境质地程序,称为污染水体。污染水体又可分为轻度污染( K ? 0.1 ~ 0.2 )、中度污染 ( K ? 0.2 ~ 0.3)和重度污染( K ? 0.3 )。 【例题 2-4】 按酚、氰、砷、汞、铬等 5 项有毒物质目标,估量某河道的归纳污介入数,并据此占定 28 其污染水准。该河道按Ⅳ类商讨。 按中华群众共和邦邦度程序《地面水境遇质地程序》(GB3838-88)(睹附录十):上述 5 项有毒物质的境遇质地程序为:挥发酚<0.01mg/L;总氰化物<0.2mg/L;总砷 0.1mg/L;总 汞 0.001mg/L;铬 0.05mg/L。通过实测,该河道中各项浓度为:挥发酚未检出~0.0015mg/L; 总氰化物未检出~0.0005mg/L;总砷未检出~印迹;汞未检出~印迹;铬 0.0052~0.0176mg/L。 【解】 通过逐项估量结果叠加得该河道归纳污介入数为 ? K ? Ck COi Ci ? 0.0512 ? 0.1 该河属未污染水体。估量均用检出最高值。 水质质地系数( P )法估量式为: ? P ? Ci COi 式中符号同式(2-64)。 对付有机污染物的归纳评议估量式,是式(2-65)的全部操纵; (2-65) A ? BODi ? CODi ? NH3 ? Ni ? DOi BOD0 COD0 NH3 ? N0 DO0 (2-66) 式中 BODi , CODi , NH3 ? Ni , DOi —— 水体各项目标的实测值,mg/L; BOD0 , COD0 , NH3 ? N0 —— 地面水境遇质地程序,mg/L; DO0 —— 水体消融氧最低承诺浓度,mg/L。 对付河道,以 A ? 2 行为被有机污染物的记号, A 值越大,水质越差。 (二)预断评议 预断评议是指人类行动对水质能够爆发的影响举办预先的断定和评议。正在修设新的工业 基地时必需举办这一职责。 预断评议又分为通常评议和目的评议。通常评议是查明工业修立区域的境遇近况、自净 才气和境遇容量,并以此作依据安排该区域的工业构造。目的评议系指估算临蓐污水的水量、 水质及对境遇能够爆发的影响。 预断评议的数学模子和生态编制形式,可参考相闭文献。 29 二、水境遇容量 水境遇容量的界说:正在餍足水境遇质地程序的恳求下,水体最大承诺污染负荷量,又称 水体的纳污才气。它修设正在水质目的和水体稀释与自净次序的根本之上。 河道的水境遇容量可用函数相干外达为: 式中 W ? f (C0,CN , x,Q, q,t) (2-67) W —— 水境遇容量,用污染物浓度乘水量流露,也可用污染物总量流露; C0 —— 水中污染物的原有含量,mg/L; CN —— 水境遇的质地程序,睹附录十,mg/L; x,Q, q,t —— 永别流露间隔,河道流量,排放污水量和光阴。 水境遇容量通常包含两一面:差值容量和夹杂容量、水体稀释效率属差值容量;自净作 用的去污容量称夹杂容量。 (一)河道水境遇容量的算计 1.中小河道的水境遇容量算计 假设污染物沿河呈线)上逛转输来的污物量是安稳的,即 C0 是必定 的;(2)渺视河段中污染物的离散和重降效率;(3)河道的流量是褂讪化的,估量时应选仅 一个打算枯水期流量,以包管安然。 图 2-14 单点排放水容量估量图 图 2-15 众点排污水境遇容量估量图 河段中只要一个排污口(又称单点)的水境遇容量算计,睹图 2-14。 W点 ? 86.4[CN (Q ? q) ? C0Q] ? k1 x u C0 (Q ? q) (2-68) 或 W点 ? 86.4?? CN ?? ? C0 ??Q ? ? k1 x u C0 (Q ? q) (2-69) 式中 ? ? Q 称为稀释流量比, ?? CN Q?q ?? ? C0 ??Q ? 称差值容量, k1 x u C0 (Q ? q) 称夹杂容量。 30 式中 W点 —— 单点河段水境遇容量,kg/d; C0 —— 河水中邦有污染物浓度,mg/L; CN —— 水境遇的质地程序,睹附录十,mg/L; k1 —— 污染物衰减系数,即耗氧系数, d ?1 ; x,u —— 沿河道经的间隔(m)与均匀水流速率,m/s。 对付难降解污染物,没有夹杂容量项。 有众个排污口(又称众点)的河段水境遇容量算计,睹图 2-15。 ? ? ? W点 ? 86.(4 CN ? C0)Q0 ? k1C0Q0 ?x0 u0 ? 86.4CN n i ?1 qi ? CN n?1 i ?1 ? ?k1 ? ?xi ui ? Qi ? ? (2-70) Q1 ? Q0 ? q1, Q2 ? Q1 ? q2 , Qi ? Qi?1 ? qi 式中 ?xi ——各排污口断面之间的间距。 沿河均与排入污水(又称面污染源)的容量算计,睹图 2-16。 图 2-16 沿河平均排入污水 沿河平均排入污水的容量算计公式由众点公式推出,即当 n ? ?,?xi ? 0 时,初始流 量即河道流量为 Q0 ,结尾流量为 QN 。 ? ? ? W最大 ? 86.4(CN ? C0)Q0 ? C(N QN ? Q0)? lim n?? k1CN n?1 Qi i ?1 ?xi ui ? 86.4(CNQN ? C0Q0 ) ? Q0 ? QN 2 CN ? ki x u (2 ? 71) 2.大河道水境遇容量的算计 大河道的流量大,宽深比大,流速也大,排入的污水流量相对很少,当举办岸边排放时, 污水常造成岸边污染带,污染物质正在河流内的横向扩散系数与河流流量、流速、水深以及排 31 放时势有亲近相干。水境遇容量的估量法子通常采用简化后的二维扩散模子,即式(2-11) 举办。 3.沿河各排污口排放限量真实定 (1)估量方法: 1)起首应对河道的史籍和近况,污染源与污染物举办归纳观察,并作现正在评议;2)按 河道的自然前提与效用,将河道划分为若干河段;3)确定几项首要的水质目标,通常可选 择 DO,BOD,COD, NH3 ? N ,酚及 pH,T℃等行为水质参数。依据地面水境遇质地标 确凿定上述各目标的程序;4)确定排污口处的河道流量,从安然商讨,通常以 90%~95%频 率的最枯月均匀流量或不断 7d 最枯均匀流量行为河道的打算流量;5)估量河道水境遇容量, 先确天命学形式与系数,然后估量河段现有各排污口的河道点容量及其总和;6)举办区别 排放程序计划的经济效益和可行性对照,采选最优计划,确定向河道排污的减少总量及各排 污口的合理分拨率;7)按最优排放程序计划,对河段举办水质预测,即预先推出奉行排放 程序后的河段水质情形。 (2)闭于减少总量的估量和分拨 减少总量用下式估量 ? Wk ? W* ? W点 (2-72) 式中 Wk —— 减少总量,kg/d; W * —— 河段中逐日排入河道的污染负荷归纳,kg/d; ?W点 —— 众点排放的河段水境遇容量归纳,kg/d。 从式(2-72)可知: ? 当W* ? W点,Wk 为负,即尚有一一面水境遇容量未被操纵。通常应预留 10%~20% 行为安然容量,众余一面可行为以后发扬用。 ? 当W* ? W点,Wk 为正,注解该河已超负荷,各排污口应减少排污量,应减少的量按 各排污口的污染物量比举办加权分拨,即某排污口应减少量为: ?Wk ?i ? Wk Wi W* 式中 Wi —— 某排污口逐日排入河道的污染物量,kg/d; (2-73) 32 (Wk )i —— 该排污口应减少量,kg/d。 (3)污水排入河道后,各污染目标的转移估量: 当污水排入河道后,排污口上逛及排污口下逛某断面,有机污染物浓度的转移可用下式 估量: C下 ? ? C上 ??1 ? ? 0.0116 k1 x u ? 0.0116 W ? C上Q ????? (2-74) 式中 C上 —— 排污口上逛河水中某有机污染目标的浓度,mg/L; C下 —— 距排污口 x 处,该有机污染目标的浓度,mg/L; W ? —— 该有机污染目标逐日入河的负荷总量,kg/d; ? —— 稀释流量比,? ? Q 。 Q?q 【例题 2-5】 今有某都邑的河道水体效用分段及水文原料,水质实测原料睹外 2-5 及图 2-17。 图 2-17 河道水境遇容量估量图 33 河道效用分段、水文原料及水质实测原料 外 2-5 河道节点 编号 间隔 (km) 效用 断面 0-0 0 支流 1 2.5 逛 断面 1-1 3.0 览 排污口 1 4.5 断面 2-2 4.5 断面 3-3 6.0 渔 排污口 2 7.5 业 支流 2 水 断面 4-4 8.0 体 断面 5-5 10.0 质地程序 BOD (mg/L) DO (mg/L) 流量(m3/s) 河水 P=90 (%) 污水 q 4 1.0 稀释 流量 比α 0.8 水质实测原料 BOD COD (mg/L) (kg/d) (mg/L) (kg/d) 2.5 7 2.0 172.8① 8 691.2② 1.0 0.83 50 4320① 0 0 0.5 0.92 2 86.4① 0 0 1.5 0.81 2 259.2① 7.5 972 0.75 ①因 Q=1m3/s=86400m3/d,∴86400×0.002kg/m3=172.8kg/d。 ②因 Q=1m3/s=86400m3/d,∴86400×0.008kg/m3=691.2kg/d。其他项估量沟通。 由外 2-5 实测原料及质地程序可知,断面 1-1 以上的河段,BOD,DO 均能适当旅行水环 境质地程序。断面 1-1 以下河段,有两个排污口及直流 2 汇入。请按渔业用水程序,睹附录 十四,估量排放程序。 【解】 依据各河段的流速、水文原料,选定各河段的耗氧系数 k1 与复氧系数 k2 值。睹外 2-6。 (参照外 2-3,外 2-4 选定)。 河道各河段的流速 k1、k2 外 外 2-6 河段编号 流速(m/s) 耗氧速度常数 k1 (d-1) 复氧速度常数 k2 (d-1) 河段长度(km) Ⅰ 0.45 0.25 0.60 3.0 Ⅱ 0.40 0.30 0.55 1.5 Ⅲ 0.35 0.35 0.50 1.5 Ⅳ 0.30 0.32 0.30 2.0 Ⅴ 0.25 0.37 0.40 2.0 求断面 1-1 处的 BOD 值: 用式(2-74)估量断面 1-1 处的 BOD 值 34 BOD1?1 ? 2.5 ???1 ? 0.0116 ? 0.25? 3 0.45 ? 0.0116 172.8 2.5? 4 ??? ? 0.8 ? 2.362mg / L 求第Ⅱ河段排污口 1 前的 BOD 点容量: 采用式(2-69) W点 =86.4 ? ?? CN ? ? C0 ? ?? Q ? k1 x u C0 ? Q ? q ? 式中 Q ? 4 ?1 ? 5m3 / s ,? ? 0.83,CN ? 5mg / L(渔业水水质程序,睹附录十四)。 C0 ? 2.362mg / L ,k1 ? 0.3(外 2-6)x ? 3?1.5 ? 4.5km(外 2-6),污水 q ? 0 ,u ? 0.4m / s ∴ W点 =86.4 ? ?? 5 0.83 ? 2.362 ? ?? ? 5 ? 0.3 ? 4.5 0.4 ? 2.362 ? 5 ? 1622kg / d 明白无法采用排污口 1 排入的污染物 4320kg/d(睹外 2-5)。故排污口 1 必需减少的排 污量为 4320 - 1622 = 2698kg/d。 估量断面 3-3 处的 BOD 值: 因为断面 2-2 至断面 3-3 没有新的污染源,于是污染负荷为 0,即W * ? 0 ,? ? 1,第 Ⅲ段的流速 u ? 0.35m / s ,耗氧系数 k1 ? 0.35d ?1 ,长 x ?1.5km 。 故 BOD3?3 ? 5? ???1? 0.0116 0.35 ?1.5 0.35 ? ?? ? 4.91mg / L 求河段 IV 各个点容量总和: 本段现实排污量 BOD 包含排污口 2 与支流 z,即 BOD = 86.4 + 259.2 = 345.6kg/d 本段各点容量总和用式(2-70)估量: ? ? ? W点 ? 86.(4 CN ? C0)Q0 ? k1C0Q0 ?x0 u0 ? 86.4CN n i ?1 qi ? CN n?1 i ?1 ? ?k1 ? ?xi ui ? Qi ? ? ? 86.4 ?5 ? 4.91? ? 6 ? 0.32 ? 4.91? 6 ? 1.5 0.3 ? 86.4 ? 5 ?0.5 ? 1.5? ? 0.32 ? 5? ? ?? 6.5? 0.5 0.3 ? ?? ? 975.13kg / d>345.6kg / d 可睹现实排污量 BOD 并未赶过该河段的各点容量总和,是以所排入的 BOD 不会赶过 渔业水水质程序。 排污口 2 的容量: 用式(2-69) 35 W点 =86.4 ? ?? CN ? ? C0 ? ?? Q ? k1 x u C0 ? Q ? q ? =86.4 ? ?? 5 0.92 ? 4.91??? ? 6 ? 0.32 ? 4.91? ? ?? 1.5? 6 0.3 ? ?? =319.15kg / d 是以处的现实排污量 BOD=86.4+259.2=345.6kg/d(包含支流 2),故排污口 2 须要减少量 为: 345.6kg / d ? 319.15kg / d ? 26.45kg / d (二)湖泊、水库水境遇容量的算计 1.单点排污 湖泊、水库只要 1 个污水排污口或者正在一个排污口边缘至极宽敞的水域没有其他污染源 的情景下,可按单点污染源废水稀释扩散法算计入湖污水承诺排放量(即境遇容量)。 估量前应确定:(1)排污口左近水域的水质程序(按水体首要效用和污水中的首要污染 物确定);(2)污水的入湖排放角度 φ(通常为 60°);(3)与相闭部分合伙商定承诺该排污 口污水稀释的间隔 r(m);(4)按必定包管率(90%?95%)的湖、库月均匀水位先定出相应 的打算齐备容积,再算计相应污水稀释扩散区的均匀水深 H(m);(5)水体自净系数 K,可 依据现场调査或室内尝试确定之。 承诺排放浓度 C,用式(2-61)估量。 承诺排放量,即境遇容量: W点 =Cgq (2-75) 对照估量的境遇容量W点 与现实排放量W * ,确定是否须要减少排放量。 2.众点排污 湖泊、水库边缘常有众个排污口,正在这种情景下,先应依据现场观察与水质监测原料, 确定湖、库是属于齐备混淆型还诟谇齐备混淆型。非齐备混淆型对照杂乱,需作专题探究。 通常湖、库众属于齐备混淆型,其境遇容量算计法子如下。 (1)观察与搜求原料 1)按必定包管率(90%?95%)定出湖、库最枯月均匀水位,相应的湖、库容积及平 均深度。 2)枯水季的降水量与年降水量。 3)枯水季的入湖地外径流量及年地外径流量。 36 4)各排污口的排污量(m3/d)及首要污染物的品种和浓度。 5)湖、库水质监测点的布设与监测原料。 (2)举办湖、库水质近况评议,以该湖、库的首要效用的水质行为评议的程序,并确 定须要掌握的污染物及能够的设施。 (3)依据湖、库用水水质恳求和湖、库水质形式,作某些污染物的承诺负荷量(即水 境遇容量) 估量,睹下式: ?W点 =C0 ? ?? H Q V ? 10 ? ?? A (2-76) ? 式中 W点 —— 该湖、库水体对某种污染物的承诺负荷量,kg/a; C0 —— 湖、库水体对某种污染物的承诺浓度,g/m3; Q —— 进人该湖、库的年水量(包含流入湖、阵的地外径流、湖面降水与污水), 104m3/a; V —— p=90%~95%包管率时的最枯月均匀水位相应的湖、库水容积,104m3; H —— p=90%~95%包管率的湖、库最枯月均匀水位相应的均匀深度,m; A —— p=90%~95%包管率时的湖、库最枯月均匀水位相应的湖泊面积,104m2。 ? (4)将算计的境遇容量 W点 与现实排污量W * 比拟较,判别是否须要减少排放量, 如须要减少,则举办减少总量估量。 37

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