PAGE213第二部分水環(huán)境工程學第三章水環(huán)境和水污染3.1水環(huán)境3.1.1地球的水循環(huán)我們生活的地球表面積的大約3/4都是水域，陸地面積僅占1/4左右，分布在歐亞大陸、非洲、北美洲、南美洲、澳洲等主要陸地和無數(shù)島嶼上。可以說，我們的生存環(huán)境是被水域（絕大部分是海域）包圍著，而且在大陸上也分布著河流、湖泊等天然水域，和運河、水庫等人造水域。因此，水環(huán)境是我們生存環(huán)境中最重要的組成部分，研究水環(huán)境的意義也就不言而喻了。地球上水的總量為1.386x109km3，這一龐大的數(shù)字說明，水是地球及其豐富的自然資源。水能夠以氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)這三種基本形態(tài)存在于自然界之中，形成了地球水圈（Globalhydrosphere），其儲量分布情況如表3.1所示。表3.1地球水圈中的水儲量分布水體水儲量咸水淡水103km3%103km3%103km3%海洋1,338,000.096.53791,338,000.096.5379冰川與永久積雪24,064.11.736224,064.11.7362地下水23,400.01.688312,870.00.928610,5300.7597水凍層中冰300.00.02163000.0216湖泊水176.40.012785.40.0062910.0066土壤水16.50.001216.50.0012大氣水12.90.000912.90.0009沼澤水11.50.000811.50.0008河流水2.120.00022.120.0002生物水1.120.00011.120.0001總計1,385,984.61001,350,955.497.472635,029.242.5274由此可見，地球上水儲量的約97.5％是咸水，淡水儲量僅占2.53％，其中相當大的一部分，如冰川與永久積雪、埋藏過深的地下水、沼澤水等很難作為淡水資源供人們取用。這樣，我們可能從地球水圈中得到的水資源實際上不足總水儲量的0.3％。地球水圈中的水并不是靜止不變的，而是處于不斷的運動之中，存在著明顯的水文循環(huán)（Hydrologicalcycle）現(xiàn)象。圖3.1為水文循環(huán)過程的示意圖。在太陽能的作用下，水分從水體（海洋、河流等）水面蒸發(fā)（Evaporation），同時從土地和植被表面也會發(fā)生蒸騰（Transpiration），成為空氣中的水分。濕空氣在高空冷卻凝結后，又以雨、雪的形式降落下來，一部分被土壤和植被吸收，一部分在地表形成徑流，最終匯入水體。降落到地表的水（包括土壤吸收的水和匯入水體的水）同時又通過滲透對地下水進行補充，在地下含水層中形成地下水流。這樣就形成了以蒸發(fā)→降水→徑流→蒸發(fā)為主的水文循環(huán)過程。在這個過程中參與循環(huán)的水分都是淡水，海水和其他水體中的鹽分不參與循環(huán)而滯留于水體中。

蒸發(fā)蒸發(fā)圖3.1地球范圍的水文循環(huán)在上述水文循環(huán)過程中，主要涉及到的水體包括大氣水、陸地水、海水這三大類。(1)大氣水大氣中的水量通常通過單位面積氣柱中所含水蒸氣的量來計算。將大氣中的水蒸氣量換算成可能降水量的話，其平均值為25mm左右，由此可推算出水在大氣中的循環(huán)周期。全世界的年平均降水量約為970mm，換算成日平均降水量則約為2.7mm，因此大氣水的循環(huán)周期為25/2.7≈9天，也就是說，水分蒸發(fā)到大氣中之后，平均每隔9天又通過降水回到地面。然而位于地球的不同地區(qū)，或同一地區(qū)在不同季節(jié)里，大氣水的循環(huán)周期并不相同，這一是由于地表或水面蒸發(fā)量不同，二是由于大范圍氣流運動的影響。因此存在著圖3.2所示的水蒸氣收支平衡關系。全球范圍內的計算結果表明，中緯度的大陸地區(qū)來源于外部的水蒸氣為67～77％，美國和加拿大為73％，歐洲地區(qū)為89％。由此可見，在局部地區(qū)通過建造水庫增加水面的面積不一定能達到調節(jié)降雨量的目的。(2)陸地水陸地水包括河流、湖泊、地下水等，通常為與人類生活密切相關的淡水資源，它的循環(huán)往往受一個流域內的降雨情況、匯水面積、地形和地貌等自然條件的制約，圖3.3為某一流域內水循環(huán)情況的示意圖。降雨過程中雨水直接或間接（如林地和其它植被）落到地面，根據(jù)地表覆蓋情況和土壤的滲透能力，一部分滲入地下，一部分產生徑流，隨地面坡度匯入河流或在低洼地滯留，同時發(fā)生蒸發(fā)。滲入土壤的水一方面會發(fā)生蒸騰，另一方面繼續(xù)下滲，進入地下含水層。如圖所示，在一個流域內，地表徑流發(fā)生在地面分水嶺以內，同樣地下滲透與地下水流也發(fā)生在地下分水嶺以內，同時根據(jù)地表水位和地下水位（或水壓）之間的關系，地表水和地下水又相互補給。因此，一個流域就構成了一個相對獨立的水文循環(huán)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，水在河流中的循環(huán)周期（或停留時間）一般為10～20天左右，在土壤中的循環(huán)周期則為數(shù)月，但在淺層地下水中的循環(huán)周期可長達數(shù)十或數(shù)百年，在深層地下水中的循環(huán)周期將更長。因此，作為水源的地下水一旦受到污染，就難以全面治理和修復。圖3.3流域內的水循環(huán)(3)海水地球上總水量的將近97％是海水，考慮地球半徑為6,371.22km的話，海水沿地球表面的平均水深為3.79km。在海風以及海水溫度或含鹽量不同引起的密度流的作用下，海洋內部（尤其是深度在1km以內的表層）也存在海水流動。然而由于海水的水量很大，即便是表面的混合層，其循環(huán)周期也長達120年之久，深海區(qū)的循環(huán)周期則長達3000年。海水的平均含鹽量為35000mg/L左右，因而很難作為常規(guī)水源加以利用。3.1.2人類聚居區(qū)域的水環(huán)境代謝自古以來人類聚居地都選擇在水資源相對豐富的流域內。上一節(jié)中我們講了流域內的水循環(huán)，這主要是指流域內自然水循環(huán)（Naturalwatercycle）的過程。然而，在人類聚居的流域內，除了上述的自然水循環(huán)，還存在一個與人類生活和生產活動有關的人為水循環(huán)（Humanrelatedwatercycle）過程，這兩種循環(huán)過程密切相關，可統(tǒng)稱為人類聚居區(qū)域的水環(huán)境代謝（Watermetabolism）。圖2.4是這種水代謝過程的示意圖。圖中的水體（Waterbody）泛指流域內可供取用的水源，包括地表水（河流、湖泊、水庫）和地下水。圖3.4人類聚居區(qū)域水環(huán)境代謝示意圖下面我們來討論一下圖3.4所示的水環(huán)境代謝過程的各個環(huán)節(jié)。(1)人為循環(huán)的各個環(huán)節(jié)取水（Waterintake）：從水體取得原水，以供給各種用水的設施或構筑物。給水處理（Watertreatment）：對原水進行必要的處理，以滿足各種用水對水質要求的設施或構筑物。生活用水（Domesticwater）：供給居民生活的用水量，它取決于城市人口、每人每日平均生活用水量和城市給水普及率等因素。這些因素隨城市規(guī)模的大小而變化。通常，住房條件較好、給水排水設備較完善、居民生活水平相對較高的大城市，生活用水量定額也較高。市政用水有時也包含在生活用水之中。工業(yè)用水（Industrialwater）：供給工業(yè)企業(yè)的工業(yè)生產用水，一般是指工業(yè)企業(yè)在生產過程中，用于冷卻、空調、制造、加工、凈化和洗滌方面的用水，也包括工業(yè)企業(yè)內工作人員的生活用水。農業(yè)用水（Irrigationwater）：供給農業(yè)灌溉的用水量，它取決于農作物品種、耕作與灌溉方法。排水處理（Wastewatertreatment）：包括城市污水處理（Municipalwastewatertreatment）和工業(yè)廢水處理（Industrialwastewatertreatment），以去除排水中的污染物，減輕排放后對水體的污染。(2)人為循環(huán)過程所伴隨的水質變化在圖3.4所示的人為循環(huán)過程中，人們從水體取水，經過各個用水環(huán)節(jié)后，這些水又排回了水體。在這個過程中，除了用水環(huán)節(jié)中的蒸發(fā)耗散外，水量基本上沒有大的變化。也就是說，人們從水體取用的水量經使用后，基本上又全部回到了水體，構成了一個循環(huán)。但是，這一循環(huán)過程中水質卻發(fā)生了較大的變化。以農業(yè)灌溉用水為例，取用的水多數(shù)情況下無須任何處理用于灌溉，經土壤吸收滲透等一系列過程，大量的水（除農作物吸收和蒸發(fā)散失的水量外）最終以灌溉排水或地下滲流的形式又回到水體。在這一過程中，大量的土壤鹽分和營養(yǎng)物質會溶入水中，成為流入水體的污染物。生活用水和工業(yè)用水在使用前經過了給水處理，在使用過程中也同樣溶入了各種各樣的污染物，因此在排放前必須進行排水處理。但是，即使是100％的污水和廢水都進行了排水處理，處理水的污染物濃度通常也大大高于原水濃度。因此，從水體的角度來說，取水和排水兩個環(huán)節(jié)的污染物量是不平衡的，人為循環(huán)過程必然帶來水體水質的下降（當然水體具有一定的自凈能力，這將在3.3節(jié)中進行討論）。(3)天然循環(huán)對水代謝過程的影響在圖3.4所示的水代謝過程中，天然循環(huán)包括降雨、徑流、蒸發(fā)等環(huán)節(jié)。降雨過程有可能將大氣中的污染物帶到地面，通過徑流進入水體（例如酸雨）；徑流過程也會將地面的污染物帶入水體；但蒸發(fā)過程中帶走的只是水分，而將污染物成分留在水體中。從這個意義上說，天然循環(huán)過程會對水體水質產生不良影響。但是，在降雨和徑流過程中帶入水體的污染物的最初來源還是人為活動造成的，不能歸結為自然的原因。從水量的角度來說，天然循環(huán)過程中大致存在著以下的水量收支關系：水體水量的變化=降雨量－蒸發(fā)量 (3-1)當流域內降雨量和蒸發(fā)量基本保持平衡時，水體水量（水資源總量）能夠保持恒定；降雨量大于蒸發(fā)量時，水體水量始終得到充分補充，可能達到飽和容量；而當蒸發(fā)量大于降雨量時，水體水量將不斷減少。(4)維持良性水環(huán)境代謝的條件從以上討論可知，維持人類聚居區(qū)域良性水環(huán)境代謝的條件一是水量的收支平衡，二是污染物的收支平衡。這里我們用“代謝”這個詞，是將區(qū)域的水環(huán)境系統(tǒng)與生物體的代謝系統(tǒng)相比擬。例如一個人體，良好的體內代謝是保持健康體質的前提。人體從外界攝入水分、食物、氧氣等，通過各個器官的加工和轉換，向身體各個部分提供養(yǎng)分和能量，同時產生廢棄物。如果這些廢棄物不能及時排出體外，廢棄物中所含的有毒有害物（類似于水環(huán)境中的污染物）就會在體內積蓄，最終導致人體的衰竭。人類聚居區(qū)域的水環(huán)境體系也是這樣，只有在良好的代謝條件下，維持體系內的水量平衡、污染物總量平衡，才能保證區(qū)域的良好水環(huán)境條件，使人類能從水環(huán)境中獲取“量”和“質”都能滿足生活要求的水資源。3.2水污染3.2.1污染指標(1)有機污染指標有機物是水中最常見的污染物，它是一類不穩(wěn)定的物質，隨時隨地都在向穩(wěn)定的無機物轉化。這種轉化過程通常是一個氧化過程，在微生物的作用下，隨著水中有機物的氧化分解，水中的溶解氧被消耗，嚴重的情況下將造成缺氧狀態(tài)，水體不再清澈透明，水中魚類等動物難以生存。同時有機物將發(fā)生厭氧分解，產生惡臭氣體，水的顏色變黑。根據(jù)有機物分解過程消耗氧氣的特點，人們通常用生化需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）、溶解氧（DO）作為評價有機污染的指標。BOD（Biochemicaloxygendemand）：有機物在微生物作用下進行好氧分解所消耗的氧的量，以此表示水中能被生物氧化的有機物總量。通常以20oC的條件下進行5日生物氧化的耗氧量作為代表值，稱之為五日生化需氧量（BOD5）。COD（Chemicaloxygendemand）：COD是指對水樣用強氧化劑進行氧化分解，所消耗的氧化劑換算成氧的量。在氧化分解的過程中，不僅是水樣中的有機物，而且所有的還原性無機物都有可能被氧化，因此，嚴格地說COD所代表的不完全是水中的有機物。DO（Dissilvedoxygen）：水中的溶解氧量受大氣中氧氣溶入水中的溶氧速度和水中有機物分解的耗氧速度的影響。一般來說，溶氧量受水溫和氧的分壓的制約，存在一個飽和值。水中DO濃度與飽和值相差越大，說明水中耗氧量越大，水的有機污染情況越嚴重。其它指標：除BOD、COD外，總有機碳（TOC）和紫外消光度（UV）也作為水中有機物濃度的指標。TOC是用水中有機物所含的碳原子的總量表示的有機物濃度，能更精確地表示有機物的總量。在254nm波長下測得的UV消光度往往受水中中對紫外光具有吸收性的有機物（具有非飽和構造的官能團）的影響，也能表示水中有機物。(2)重金屬污染指標水環(huán)境標準中重金屬污染物共包含6種：硒（Se）、砷（As）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）。硒元素長期攝取會引起貧血、肝臟病變等。慢性砷中毒主要引起皮膚黑斑和肌肉組織破壞。人體汞中毒后主要發(fā)生“水俁病”，直接影響中樞神經，發(fā)生運動障礙。鎘具有很強的急性毒性和慢性毒性，過量攝取會引起急性胃炎，長期少量攝取后會在肝臟、腎臟等器官內積蓄，并侵入骨骼。人體接觸6價鉻后，會刺激皮膚粘膜，引起皮膚炎，另外攝入體內后會引起腸道功能紊亂，發(fā)生尿毒癥等。水中存在的鉛所引起的通常是慢性中毒，攝取的鉛在骨骼內積蓄，引起貧血和肌肉麻痹。(3)營養(yǎng)鹽類污染指標氮和磷是農業(yè)肥料的元素，屬于植物生長的營養(yǎng)鹽類。地表水體中（尤其是湖泊、水庫等封閉水域）營養(yǎng)鹽濃度過高，會引起水中藻類等低等植物的過量繁殖，造成水華、赤潮的發(fā)生，引起水環(huán)境惡化，這種現(xiàn)象稱之為富營養(yǎng)化（Eutrophication）。富營養(yǎng)化帶來的危害包括：=1\*GB3①發(fā)生水的惡臭，影響水的觀感；=2\*GB3②作為原水使用時，引起濾池堵塞、產生異臭味；=3\*GB3③造成水中魚類窒息死亡；=4\*GB3④造成水中有機物含量增高，溶解氧濃度降低，同時未分解的有機物在水體底部積蓄，發(fā)生厭氧分解。通常存在于水中的營養(yǎng)鹽類指氮和磷的鹽類。氮類營養(yǎng)物質主要包括氨氮（NH4-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）和硝酸鹽氮（NO3-N）。除上述三種氮的無機形態(tài)外，還有以有機形態(tài)存在的氮，稱之為有機氮。磷的存在形態(tài)有無機磷（磷酸鹽）和有機磷。(4)引起廣泛關注的微量污染物引起廣泛關注的微量污染物主要有氰化物、PCB（聚氯聯(lián)苯，PolycholorinatedBiphenyl）、苯和多環(huán)芳烴PAH（PolyaromaticHydrocarbon）、有機氯化物、THM（三鹵甲烷，Trihalomethane）等有機化合物。(5)其它污染物水中的其它污染物還包括致病微生物、感官污染物（如色度、混濁度、泡沫、惡臭等）和酸堿污染物。3.2.2污染源與污染負荷量對于河流、湖泊這樣的水體，在流域水循環(huán)和水環(huán)境代謝的過程中都會受到不同程度的污染，從水環(huán)境保護的角度出發(fā)，將排入水體的污染物總量控制在環(huán)境可容納的界限（環(huán)境容量）之內是保證良好水環(huán)境代謝條件的前提。因此，流域污染源和污染負荷的分析非常重要。污染源包括點源（Pointsource）和面源（Non-pointsource）兩大類。所謂點源，是指集中產生、并有可能集中排入水體的污染源，例如工廠廢水、城鎮(zhèn)生活污水都具有點源的性質。所謂面源，是指非集中產生、不可能集中排入水體的污染源，例如人煙稀少的山區(qū)、曠野、農村地帶也有自然污染產生，降雨時污染物會隨地面徑流進入水體，這樣的污染就具有面源的性質。一般來說，點源是水環(huán)境治理的重點，工業(yè)廢水處理、城鎮(zhèn)生活污水處理都是通過點源治理降低排入水體的污染物總量的重要措施。污染物產生的單位量稱之為污染負荷量（Pollutantload）。以下就不同污染源說明污染負荷量的計算原理。(1)生活污水的污染負荷量生活污水的污染負荷通常按每人每天的污染物發(fā)生量（單位負荷量）來計算。污染物的發(fā)生與生活方式、氣候條件、飲食結構有關，一般應通過實際調查或參考條件相近地區(qū)的經驗來確定。表根據(jù)國內外的經驗，在集中給水排水且衛(wèi)生設備健全的情況下，生活污水單位污染負荷量的大致范圍如表3.2所示。確定了單位污染負荷量之后，就可以按人口推算出生活污水的總污染負荷。表3.2生活污水的單位污染負荷量污水種類排水量（L/人·日）單位污染負荷（g/人·日）SSCODBODTNTP洗滌污水90～25010~308~2010~351~2.50.2~1.1糞便污水50～7020~228~1015~176~80.6~0.8總生活污水150～30015~6015~3020~604~120.8~1.7(2)工業(yè)廢水的污染負荷量工業(yè)廢水的污染負荷量因產業(yè)種類和生產過程而異，其單位污染負荷量一般可表示為單位產量（或單位產值）的污染物發(fā)生量。根據(jù)國家的環(huán)境標準，工業(yè)廢水必須在工業(yè)企業(yè)內部進行廢水處理，達到排水標準之后在能排出廠外。因此對工業(yè)廢水的污染負荷量一般是按實際排水量和排水水質來進行計算。SS和COD是計算工業(yè)廢水污染負荷量的常用指標，此外，根據(jù)工廠排水的性質，有時也計算總氮、總磷和其它污染物的總量。(3)家畜排水的污染負荷量飼養(yǎng)場等集中飼養(yǎng)家畜的地方，產生的污染負荷量也不容忽視。除單位污染負荷有別外，其計算原理與生活污水的污染負荷量計算是完全相同的。根據(jù)國外的研究，家畜排水中豬的單位污染負荷量可高達BOD200g、COD130g、SS700g、TN40g、TP25g/頭·日，而牛的單位污染負荷量可高達BOD640g、COD530g、SS3000g、TN370g、TP50g/頭·日，必須要求按工業(yè)廢水進行專門處理才能外排。(4)其它人為的污染負荷量屠宰場、醫(yī)院、大型洗染店等排出的污水廢水也是重要的污染源，其污染負荷量的計算方法與工業(yè)廢水相類似。(5)自然污染負荷量山區(qū)、林地、農田（大型灌溉系統(tǒng)除外）等產生的自然污染負荷都屬于非點源，一般很難專門治理，但作為環(huán)境背景值在水環(huán)境容量的計算中也不能忽視。根據(jù)國外的經驗，自然污染的單位負荷量按0.5~1.0kg/日·km2來計算比較合適。值得注意的是在進行流域整體污染負荷量時，上述各種污染負荷量并非100％都排入水體，必須考慮污染負荷的排放系數(shù)。該排放系數(shù)主要與排水設施整備情況、地面徑流條件有關。根據(jù)國外的研究，在農村區(qū)域排放系數(shù)往往較低，僅為為0~0.2；在城市周邊地區(qū)為0.1~0.6，中心區(qū)為0.6~1.0；通過下水道等排水設施直接排放時，排放系數(shù)則為1.0。3.2.3水環(huán)境容量環(huán)境容量（Environmentalcapacity）或環(huán)境承載力是指一個環(huán)境系統(tǒng)能承受外界干擾的最大能力。對于一個區(qū)域的水環(huán)境系統(tǒng)，其水環(huán)境容量是指系統(tǒng)容納污染的最大能力。在圖1-4所示的水環(huán)境代謝系統(tǒng)中，水體處于系統(tǒng)的中心位置，既是人類耐以生存的水資源，又是污染物的接受體。因此，區(qū)域的水環(huán)境容量又可以狹義地定義為：水體在保持其基本功能的條件下所能容納污染物的最大限度。大家知道，給水處理的目的是去除原水中的污染物，保障供給飲用的水滿足人體健康的基本要求。如果從水體中取得的原水已能達到這種要求，給水處理就完全不必要了（例如山間泉水、未受污染的井水）。然而，其必要條件是水體的水質達到飲用水的標準，這在人類聚居區(qū)域內往往難以達到。1.3節(jié)中將要討論水體的自凈能力，如果從工廠或居民區(qū)排出的廢水或污水的量比較小，污染物濃度也不高，排入水體后很快就能通過各種作用得以凈化，對水體水質不會造成大的影響的話，圖1-4所示的排水處理也就沒有必要了。然而在現(xiàn)代的人類聚居區(qū)域內，這種情況已不復存在，排水處理已成為保證區(qū)域內良好水環(huán)境代謝的重要環(huán)節(jié)。其原因就在于，人類生活和生產活動中所產生的污染物總量已經超過了區(qū)域的水環(huán)境容量。3.3水體的自凈作用3.3.1水體對污染物的自凈過程污染物在進入水體后，通過物理、化學和生物因素的共同作用，使污染物的濃度降低，曾受污染的水體部分地和完全地恢復原狀。這種現(xiàn)象稱之為水體對污染物的自凈作用。前面所述水體的環(huán)境容量就包含了水體的自凈作用。如果排入水體的污染物超過水體的凈化能力，就會導致水體的污染。水體自凈過程很復雜，按其作用機理可分為3類：（1）污染物通過稀釋、擴散、混合、沉淀和揮發(fā)等作用，濃度得到降低，屬于物理自凈；（2）通過水體的氧化還原、酸堿中和、分解化合、吸附與凝聚等作用，使污染物的存在形態(tài)發(fā)生變化、濃度降低，屬于化學或物理化學自凈；（3）通過水體中的水生生物、微生物的生命活動，使污染物的存在狀態(tài)發(fā)生變化，總量和濃度降低，屬于生物化學自凈。圖3.5以河流為例，描述了水體自凈作用中與上述機理有關的主要現(xiàn)象。在上述自凈過程中，對水中有機物而言最重要的是在溶解氧存在的條件下，好氧性微生物對有機物的氧化分解過程。在這一過程中，有機物被分解為無機物、二氧化碳和水，其總量得以降低。例如，當有機物的主體為蛋白質時，氧化分解的最終產物為二氧化碳、水和氨氮。圖3.5河流自凈作用的主要現(xiàn)象好氧性微生物蛋白質（C,H,O,N）+O2 NH3+CO2+H2O (3-7)有機物的分解將不斷消耗水中的溶解氧，為了維持水體的自凈作用，必須保持水中足夠的溶解氧量，使水體始終處于好氧性環(huán)境狀態(tài)。但是如果排入水體的有機物過多，溶解氧消耗量過大，水體就會變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，出現(xiàn)厭氧性細菌。厭氧菌利用有機物內部所含的氧進行有機物分解，生成硫化氫、甲烷、碳酸等氣體。即使在水體整體處于好氧狀態(tài)的條件下，底部也會因局部缺氧而發(fā)生厭氧反應。這種厭氧反應雖然也是一種自凈作用，但所需時間較長，且有有害氣體產生，同時在厭氧條件下魚類難以生存。因此不是一種好的水環(huán)境條件。水體的自凈作用與當?shù)氐乃牡乩項l件密切相關。對于河流來說，相對穩(wěn)定的水流有利于微生物的生存，能較好地發(fā)揮生物自凈作用。而坡度大、流程短的河流往往是物理稀釋等起主要作用。3.3.2復氧過程影響水中溶氧的因素有壓力、水文、鹽分濃度等，在一定條件下，水中溶氧飽和濃度是一定值。在大氣和水的界面附近，水中溶解氧被消耗時，大氣就會向水中補充氧氣，這一現(xiàn)象稱之為復氧（Re-aeration）。復氧伴隨著氣相和液相間的物質交換，其速度與兩相間的濃度差和界面面積成比例。 (3-8)式中，O：溶解氧濃度；Os：溶解氧飽和濃度；K2：復氧系數(shù)。設D=Os－O為虧氧量（溶解氧濃度與飽和濃度的差值），則上式可改寫為： (3-9)復氧系數(shù)K2的值與水的紊流狀態(tài)有關，河流的K2多在0.2~10（1/日）之間，水流越急K2值一般越大。復氧過程對水體自凈起重要作用。3.3.3Streeter-Phelps方程水體中有機物在消耗溶解氧的條件下得到氧化分解，其速度與有機物量成比例，符合下列1級反應方程。 (3-10)式中，L：有機物濃度（BOD）；K1：耗氧系數(shù)。對上式進行積分，可得到BOD隨時間變化的關系式： (3-11)這里，L：t天后的BOD；L0：t=0時的BOD。BOD本身就是以需氧量表示的有機物量，將式（3-10）改寫為虧氧量D的形式，可得到： (3-12)式（3-9）所示的復氧過程與式（3-12）所示的耗氧過程是同時進行的，將二式合并，可得到式（3-13），稱之為Streeter-Phelps方程： (3-13)運用式（3-13）可以進行污染物排放入河流后，水中溶解氧變化過程的解析。這時，耗氧系數(shù)K1和復氧系數(shù)K2的確定非常重要，通常需要進行實驗室和河流現(xiàn)場測試。實際上，河流中由于生物自凈作用對有機物的去除效