水域污染物浓度探究-环境水力学

1．浓度

（1）浓度与质量分数

评价水环境质量时，污染物浓度是一个最重要的指标。令C代表单位体积水中含有物的质量浓度，则给定时刻某一点的浓度定义为：

式中，ΔV表示以被研究点为中心所取无限小水体的体积；ΔM为ΔV体积内所含物质的质量。浓度C的量纲为［ML－3］，常用单位为mg／L或g／L，对于一维、二维系统而言，浓度也可表示成单位长度的质量［ML－1］，或者单位面积的质量［ML－2］。

在工程中常用ppm（parts per million）和ppb（parts per billion）来表示浓度，严格意义上来说，ppm和ppb是质量分数的表示方法，即这种物质的质量Mi与混合物总质量M之比，质量分数是无量纲量，1ppm＝1kg水中含有1mg物质的浓度；1ppb＝1kg水中含有1μg物质的浓度。由于水的密度为1kg／L（4℃纯水），所以使浓度单位mg／L和质量分数单位ppm完全一样，但是其他溶剂如海水或者空气，其单位ppm和mg／L则不一样。

向水体中排放超标准的热量也属于对水环境的污染，热污染浓度Ch表示单位体积水中含有的热量，

式中，ρ为水的密度；Cp为定压比热；T为水温。当压力和温度变化范围不大时，水的密度和比热相对变化很小，因此热污染浓度主要取决于水温，可见，水温值的大小是热污染浓度的标志。

（2）平均浓度

对于某段时间平均浓度，定义为：

对于某个空间的平均浓度，定义为：

如某一过水断面上，其流速和浓度分布都是不均匀的，设断面上任意点处的流速为u，相应的含有物浓度为C，通过该断面水流的流量为Q，则流量平均浓度定义为：

式中分子部分为通过断面的含有物流量（即单位时间通过的含有物质量）。

若在某污染水体内共取得n瓶水质样品，各样品体积分别为V1，V2，…，Vn；其浓度分别为C1，C2，…，Cn；则样品组合平均浓度C定义为：

2．水域中的污染物

（1）无毒有机物

主要来自轻工业污水和生活污水中的有机物，如淀粉、蛋白质、糖类等。这类污染物在水体中经生物降解，可以分解为CO2、H2O和硝酸盐等。这类物质降解时会消耗水体中的溶解氧（DO）（未受污染的自然水体常压下DO约为9．17mg／L）。过多的无毒有机物会造成水体缺氧，形成富营养化，导致大量水生物因缺氧死亡。(www.xing528.com)

（2）无毒无机物

主要指各种无毒的中性（或弱酸性、弱碱性）无机盐，如食盐等。

（3）有毒有机物

主要指酚、醛、多氯联苯、有机磷、有机氯等农药及其他化工产品。这类物质化学稳定性强，难分解，能在水体中存留很长时间，且能在生物体内累积、传递。

（4）有毒无机物

主要指氰化物、氟化物、亚硝酸盐等剧毒无机物。这类物质一旦进入生物体内，会导致生物功能紊乱或丧失，引起急性中毒死亡。但这类物质易氧化分解，在水中存留时间不长。

（5）重金属

来自重工业、化工、造纸、制漆以及有色金属开采、加工的三废（废水、废气、废渣）。主要有汞、镉、铬、铅、锌、锑、钴、锡、钨及其氧化物。水体只要含微量浓度（1～2mg／L），就具有毒性。此类物质不能被微生物降解，一旦进入生物体内，就会长期积存在某些器官中，危害极大。

（6）放射性物质

来自铀开采、核工业、反应堆等设施排放的污水，以及各种放射性同位素的研制和应用。这类物质在相当长时间内放射α、β、γ射线，伤害各种生物体组织，诱发恶性贫血、肿瘤和胎儿畸形等。

（7）细菌

尤指大肠杆菌，主要由各种动物（含人、畜等）的排泄物带入水体。可引起各种肠道疾病、皮肤病和其他传染性疾病。

（8）热污染

主要来自热电厂、核电厂、冶炼厂、焦化厂以及印染、纺织、制革等工业的热废水。当水体温度升高时，会破坏水生生物的生态环境，溶解氧（DO）下降，厌氧菌繁殖，会使水体中有毒物质的毒性加剧。