□ 李東?。ㄖ芸谒乃Y源勘測局）

0 引言

人類離不開水，自古以來就注意了水體水量的合理開發(fā)利用。但是由于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人口的急劇增長，大量廢水排入天然水體，使水體遭受污染，水環(huán)境被破壞，生態(tài)系統(tǒng)失去平衡。在水質(zhì)污染中，有機(jī)污染占很有大的比例，主要污染物是氨氮、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量等。由于大量有機(jī)物排入河流，需要大量微生物進(jìn)行分解，從而消耗河流水體更多的溶解氧，溶解氧降低，水質(zhì)污染進(jìn)一步惡化，使得天然河流自凈能力減弱，水生態(tài)平衡被破壞。從而使污染的河流在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)不能被自然修復(fù)。在這其中，起著關(guān)鍵作用的溶解氧、有機(jī)物、微生物之間存在了非常微妙的關(guān)系，文章通過研究分析天然河流的復(fù)氧和耗氧兩個(gè)過程，分析溶解氧在河流水體自凈中所起的作用。

1 天然河流水體中的溶解氧

自然河流水體中溶解的氧，就是指溶解于自然河流水體中的溶解氧。它是以分子形式溶解于水中，通常用DO來表示。天然河流水體中的溶解氧含量的高低與許多因素有關(guān)。隨著溫度、壓力、鹽分等變化，天然河流水體中的溶解氧隨著溫度的升高而降低。相對季節(jié)而言，夏季水體中的溶解氧低，冬季水體中的溶解氧高，甚至達(dá)到過飽和狀態(tài)。天然河流水體的鹽分越大，溶解氧越小。當(dāng)?shù)氐臍鈮涸酱螅恿魉w中的溶解氧越大。溶解氧是天然河流水體污染與否非常重要的一個(gè)條件；是天然河流水體是否具有自凈能力的一個(gè)重要指標(biāo)；也是河流中水生物生存不可缺少的條件。對于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)來說，水體溶解氧對水中生物,如魚類的生存有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)溶解氧低于4mg/L時(shí)，就會(huì)引起魚類窒息死亡，對人類來說，飲用水源地水源水富含溶解氧，表明水質(zhì)沒有受到污染，如果水源水溶解氧過低，說明水體受有機(jī)物及還原性物質(zhì)的污染。因此天然河流水體中溶解氧的高低，是水體污染程度的重要指標(biāo)，也是衡量水質(zhì)的綜合指標(biāo)。

2 天然河流水體中溶解氧的采集與檢測

2.1 溶解氧的采集

采集河流水體中的溶解氧有兩種方法。第一，用采樣器采集溶解氧時(shí)。首先用1個(gè)惰性材料的軟管插入到瓶子的底部，另一端與采樣器相連，將采樣瓶注滿直至溢流出瓶容積的1/3至1/2左右。在消除采樣瓶壁上的空氣泡之后，慢慢抽出軟管，避免劇烈攪動(dòng)，產(chǎn)生氣泡，立即蓋上瓶塞。第二，直接用溶解氧瓶采集溶解氧。把溶解氧瓶放在水面下30 cm的河水、池塘水、湖水或海水，使水樣充滿廣口瓶，立即蓋上瓶塞。

2.2 溶解氧的固定

現(xiàn)場立即加入1mL硫酸錳溶液和2mL堿性碘化鉀溶液固定采樣瓶中的溶解氧。在加硫酸錳和堿性碘化鉀溶液時(shí)，移液管要插到液面下10mm處，慢慢放入溶液同時(shí)，輕輕提出移液管。這一過程稱為溶解氧的固定。其原理是，在水中加入硫酸錳和堿性碘化鉀溶液，生成氫氧化錳沉淀，此時(shí)氫氧化錳是不穩(wěn)定的，又迅速與水中的溶解氧結(jié)合生成錳酸錳棕色沉淀。溶解氧固定后送實(shí)驗(yàn)室及時(shí)檢測。

2.3 溶解氧的檢測

檢測溶解氧通常采用的方法有：碘量法、膜電極法、便攜式溶解氧儀。

碘量法就是固定后的溶解氧，再加入1mL濃硫酸，蓋上瓶塞，上下?lián)u動(dòng)，直至沉淀物完全溶解，如果沉淀物沒有完全溶解，可以再加少量的濃硫酸。然后用硫代硫酸納溶液滴定，根據(jù)硫代硫酸鈉溶液消耗的量，計(jì)算出水中溶解氧量的含量。采用碘量法測定溶解氧時(shí)，當(dāng)河流水體中含有藻類、懸浮物、氧化還原性物質(zhì)時(shí)，必須進(jìn)行預(yù)處理。

膜電極法和便攜式溶解氧儀多用于現(xiàn)場快速測定。

3 天然河流水體的復(fù)氧和耗氧分析

3.1 大氣中的氧擴(kuò)散溶解

天然河流都是流動(dòng)水體，在流動(dòng)過程中，河水與大氣充分接觸，大氣中氧分子向水中擴(kuò)散并溶解于水體中。流動(dòng)的水體從空氣中吸收氧的過程稱為大氣復(fù)氧，空氣中的氧溶解到水體中的現(xiàn)象是一種氣液之間的對流擴(kuò)散過程，也是氣體的傳輸過程，這也是天然河流水體中溶解氧的主要源泉，也就是為什么天然河中流動(dòng)的水體相對于靜止的水體不易污染腐敗的主要原因。

3.2 水體植物的光合作用產(chǎn)生氧

水體植物是水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化的中間站，水體植物白天進(jìn)行光合作用，由二氧化碳和水經(jīng)過一個(gè)由光供給能量的反應(yīng)而產(chǎn)生碳水化合物和氧氣，光合作用產(chǎn)生的溶解氧。這類單細(xì)胞植物有機(jī)體的生長和死亡對天然河流水體中有限的氧資源起著深遠(yuǎn)的影響。

3.3 有機(jī)物的氧化分解耗氧

有機(jī)物耗氧有兩個(gè)階段，第一階段碳化階段：好氣微生物參與分解有機(jī)物，碳化合物氧化生成二氧化碳和水，從而消耗天然水體中的溶解氧。第二階段為硝化階段：氮化合物氧化過階段，反應(yīng)過程：NH+4→NO-2→NO-3，在厭氣性微生物作用下，有機(jī)氮氧化分解的最終產(chǎn)物是甲烷、硫化氫（嗅氣）、氨、使水體黑臭。

天然河流中的有機(jī)無毒物質(zhì)，主要有碳?xì)浠衔?、蛋白質(zhì)、脂肪等，這類物質(zhì)的性質(zhì)極不穩(wěn)定，在有氧或缺氧的條件下，都能在微生物的作用下，借助于微生物的新陳代謝功能而被降解為無機(jī)物。將被分解氧化，降為水、二氧化碳等穩(wěn)定的無機(jī)物。

3.4 河流底泥耗氧

河流底泥耗氧是指河流流水體底部的污泥內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的耗氧，一般情況下底泥耗氧量并不大，只占河流總耗氧量的1%左右。

3.5 水生植物夜間呼吸耗氧

天然河流水生植物，白天主要進(jìn)行光合作用供氧，到了夜晚，沒有了光的照射，光合作用減弱，水生植物主要進(jìn)行呼吸作用消耗氧氣，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

4 天然河流水體中氧平衡

天然河流中的氧平衡主要指的是生物的耗氧與大氣的復(fù)氧平衡關(guān)系。當(dāng)河流中污染物的濃度不超過一定的限度，河流可維持正常的生態(tài)平衡。河流水體中的溶解氧對水質(zhì)及其變化起著決定性作用，通過分析并計(jì)算水體中溶解氧的平衡，以了解水體受污染的程度，它是反映有機(jī)物污染的重要指標(biāo)。當(dāng)有大量有機(jī)物排入河流，由于有機(jī)物被好氣微生物氧化分解，水中溶解氧將急速下降而形成缺氧狀態(tài)，當(dāng)水中溶解氧耗盡，有機(jī)物又被厭氧微生物分解，發(fā)生腐敗現(xiàn)象，產(chǎn)生甲烷、硫化氫（嗅氣）、氨、使水體黑臭，由此可知，一定數(shù)量的溶解氧是天然河流水體自凈過程并維持生態(tài)平衡的基礎(chǔ)。

水體的自凈包括兩個(gè)方面。第一物理作用，河流水體的流動(dòng)，對污染物擴(kuò)散和遷移而產(chǎn)生稀釋，或因吸附沉降等過程使污染濃度降低，這部分是物理作用，只能降低污染物濃度，而不能減少物質(zhì)總量。第二生化作用，主要包括污染物的分解與化合、氧化與還原、水解與聚合等，特別是微生物對河流水體中有機(jī)物的氧化分解作用。分解作用是水生生物通過消化作用、呼吸作用及光合作用，將水體中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)復(fù)雜的好氣分解或嫌氣分解，分解成簡單的無機(jī)分子，使污染降解。在這一過程中，河流水體中的溶解氧與河流自凈作用有著密切的關(guān)系。

5 根據(jù)河流水體的溶解氧，建立BOD-DO水質(zhì)模型

通過研究河流水體的耗氧與復(fù)氧過程，如果從兩個(gè)方面假設(shè)推導(dǎo)BOD-DO水質(zhì)模型：

第一，只考慮河流水體耗氧只是有微生物引起的，微生物分解河流水體中的有機(jī)物，從而消耗河流水體中的溶解氧,這部分就是生化需氧量（BOD），這部分反應(yīng)過程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。S=K1L。

第二，河流水中溶解氧(DO)，認(rèn)為耗氧的原因只是BOD反應(yīng)引起的，BOD的反應(yīng)速度與水中溶解氧的減少率相同。

基于上面項(xiàng)假定，一維穩(wěn)態(tài)河流水質(zhì)模型BOD-DO方程表達(dá)式為：

水質(zhì)模型，是將水體受污染的物理、化學(xué)、生物等復(fù)雜現(xiàn)象與過程以及各影響因素間的相互作用加以簡化、模擬，用數(shù)學(xué)關(guān)系式，如代數(shù)方程或微分方程來表達(dá)，而表達(dá)式反映了水污染的本質(zhì)。水質(zhì)模型最基本的功能是模擬和預(yù)測污染物在水環(huán)境中的行為。對污染物的時(shí)空分布和危害程度作出定量的分析和判斷，從而為評(píng)價(jià)、預(yù)測和控制河流水體污染提供可靠的依據(jù)。

6 結(jié)語

有研究表明，控制好河流水體中溶解氧、微生物、有機(jī)物三者比例關(guān)系，就有保持天然河流的自凈能力，當(dāng)河流受到污染時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)可以自行進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)天然河流中溶解氧含量過低時(shí)，可以人工向天然河流曝氣增氧，增加天然河流的溶解氧，加快微生物對河流水體中污染物的分解，從而降低河流水體的污染。當(dāng)天然河流水體中微生物過少，由于大量有毒、高酸、高堿的污水排入河流，會(huì)導(dǎo)致河流水體中的微生物死亡，這時(shí)可以向河流水體投放合適的微生物菌種，加快河流水體中污染物的分解，從而降低污染，使河流恢復(fù)自凈能力。