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氧垂曲线

2020-04-09 21:02

在受需氧有机物污染的河段中,表示溶解氧浓度沿程或随时间变化的下凹曲线。

河段氧垂曲线表示,在排污口下,河水沿程受需氧有机物污染,呈现溶解氧下降,再经水体自净作用又复氧上升的过程,即河流氧平衡过程。若已知河段起始断面的生化需氧量(L0)和氧亏量(D0),以及耗氧系数(k1)和复氧系数(k2),就可通过计算、绘制氧垂曲线,预测水流运行一段距离(x)或时间(t)后河水中溶解氧的数值。绘制氧垂曲线的方程式为

如以t=x/u(u为河段平均流速)代入,则氧垂曲线的方程式为

式中,Dt和Dx分别为起始断面后t时刻和x距离的氧亏量(参见自净作用) 。绘出的氧垂曲线见图。

氧垂曲线示意图

由图可见,河水中溶解氧值先逐渐减少,这是因为需氧有机物排入河水后,在好氧微生物作用下分解消耗氧,这时耗氧大于复氧,之后,达最低点Cp,称为临界点;然后,由于水体自净作用,复氧超过耗氧,水中溶解氧又逐渐增大,这时以复氧为主。经过一段距离和时间,河流又恢复到原来的含氧状况。

氧垂曲线的临界点(Cp)出现的时间(tp)和最大氧亏量(Dp),可由氧垂曲线方程 对t求导数而得。

由dD/dt=k1L0-k2D0=0,求得

若Cp点的溶解氧量大于有关规定的量,则说明污水排放未超过河段的自净能力。若排入需氧有机污染物过多,超过河流的自净能力,则Cp点低于规定的最低溶解氧含量,甚至在排污口下的某一段会出现无氧状态。出现无氧状态时,氧垂曲线中断,水体失去自净能力。在无氧情况下,水中有机物因厌氧微生物作用进行厌氧分解,产生硫化氢、甲烷等,使水质变坏,腐化发臭。

上述氧垂曲线方程仅考虑有机污染物的耗氧和河流天然复氧,对一般河流尚可使用。有的河段存在底泥耗氧、藻类呼吸作用耗氧、光合作用产氧以及其他化学反应耗氧,利用上述公式进行计算就不易准确。因此,有人就将上述各项耗氧与产氧项作为附加项,推出了修正公式(参见一维水质模型)。如有人工复氧装置,应另加考虑。

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