九龙江口湿地表层沉积物微观形貌特征与成因分析

基于沉积物N2吸附脱附曲线,通过不同植被沉积物采样、扰动模拟和化学清洗实验,分析河口滨海湿地表层沉积物的微观形貌特征与形成原因.研究表明,光滩(A)的沉积物比表面积最低(17.07m2/g),表面分形维数也是最低(2.5177);互花米草(E)沉积物的比表面积和表面分形维数次之,分别为20.82m2/g、2.5354;而湿地中间的红树(D)、互花米草(B)及其二者混交(C)的3种沉积物的比表面积和表面分形维数较高.其原因可能是光滩(A)和互花米草(E)由于靠近河边,受到河流与潮水影响较大,较其他长有植被且离河流较远的沉积物,更易受到扰动与污染,空间填充能力弱化所致.相关关系分析表明,沉积物比表面积与表面分形分数同沉积物无机氮磷形态显著正相关,这表明沉积物比表面积和表面分形维数较低的沉积物,其表面吸附能力和空间填充能力较弱,而使得吸附的无机氮磷形态污染物减少.另外,受扰动的沉积物具有较低的比表面积和表面分形维数,污染程度较轻的沉积物具有较高的比表面积和表面分形维数.可见,受潮汐、河流扰动和污染程度的不同是九龙江口湿地表层沉积物微观形貌差异形成的主要原因.     

杭州湾泥沙中重金属元素的分布及影响因素

通过对杭州湾海域表层沉积物和悬浮泥沙中重金属等含量分析,并结合三维流场和沉积动力环境计算结果,研究了该海域泥沙颗粒中重金属元素的分布特征及影响因素,分析了动力沉积在重金属元素汇聚的作用.结果表明,杭州湾海域泥沙中重金属含量相比20世纪80年代有明显减少,环境质量有好转,表层沉积物中重金属含量相比国内其他重要河口海湾区域处于中等水平.湾口中部是重金属重要的汇集区域,表层沉积物中各重金属含量均为湾口高、湾顶低,Cu、Hg最大值出现在湾口中部,Pb最大值出现在湾口北侧,悬沙中金属含量均比在表层沉积物中略高,离散性相比更小,空间分布更为均匀.有机质对表层重金属含量和分布具有重要作用;悬浮颗粒物和表层沉积物中重金属的含量和空间分布具有较大的差异,一定程度上表明海湾颗粒物重金属是长江口输沙和杭州湾北岸排污的共同作用;研究海域水动力作用强烈,潮流对泥沙的沉积分异是造成悬沙和表层沉积物中金属含量和离散性差异的重要原因.     

燃煤电厂脱硫粉煤灰理化特性及排放特征

以徐州某电厂脱硫粉煤灰为研究对象,分别研究了脱硫粉煤灰的粒径分布、微观形态、矿物组成和元素含量4方面的物理化学特性,并在此基础上研究了该电厂脱硫粉煤灰颗粒及其中所含元素的排放特征.结果显示,该电厂粉煤灰颗粒物以拉径在3～45 μm的颗粒为主,数量占80％以上,并以表面光滑的球形颗粒居多,并含有少量表面附着小颗粒晶体的球形颗粒和表面有孔的球形颗粒,以及一些不规则颗粒,其主要的矿物组成是莫来石和石英.该电厂粉煤灰颗粒物的排放因子达到了1.95 kgt.粉煤灰的元素组成选取了Mn,Zn,Cr,Cu,Pb,Ni,Cd 7种元素,其中Mn在粉煤灰中的含量最高,相对应的Mn元素的排放因子也高,达到了125.04 g/t.由于该厂粉煤灰含有一定量的重金属元素,随意堆放和处理会对人体和环境产生一定的影响,因此必须做好粉煤灰的处理与处置,降低粉煤灰对人体和环境的危害作用.     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)冷冻干燥絮体的表面微观形貌及其孔表面分形特征

采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了不同pH(9.0、7.0、5.0)原水在45.89mg·L-1(以Fe3 计,原水pH=9.0)或28.41mg·L-1(以Fe3 计,原水pH=7.0、5.0)投药量下混凝后形成的PFC-HA絮体的粉末样品,研究了它们的表面微观形貌和孔表面分形特征.SEM图像表明,PFC-HA絮体具有不规则的块、片状形貌,而且在原水pH=9.0或pH=7.0时形成絮体也存在簇状结构.3种样品对N2的吸附-脱附等温线上均存在滞后圈,但样品3的形状不同.它们的吸附量、BJH累积吸附孔体积与脱附平均孔径的大小顺序均为:样品3＞样品2＞样品1,即随原水pH的降低而升高,而且孔尺度分布曲线显示样品3的表面存在大孔.BET比表面积的变化趋势与它们不一致,且样品2的比样品3稍大,样品1的最小.基于分形FHH方程,采用吸附等温线和脱附等温线数据计算出样品1和样品2的孔表面分形维Ds数均在2.94左右,而样品3的均小于2.38.这些Ds值似乎不能完全表示出因孔表面粗糙性而导致的空间填充能力的大小,主要表达了3种样品的中孔甚至大孔的尺度分布引起的不规则性.本试验中采用热力学模型计算出的3个样品Ds值大都超过3,它们已经失去了维数的实际意义;但样品3因其吸附-脱附等温线上的滞后圈接近圆桶式的A类,如果缩小分形标度区间,可以得到与分形FHH方程计算出的Ds接近的值.     

柴油/碳酸二甲酯燃烧颗粒的微观结构和分形特征

为降低柴油机颗粒物排放,探讨了柴油机燃用柴油/碳酸二甲酯混合燃料燃烧颗粒微观结构和分形特征的变化规律. 采用扫描电镜、透射电镜和SAXS(同步辐射小角X射线散射)相结合的方法,针对DMC(碳酸二甲酯)添加量(以w计)对柴油机燃烧颗粒微观结构和分形特征参数的影响规律进行了研究. 结果表明:与柴油燃烧颗粒相比,D10〔w(DMC)为10%〕、D20〔w(DMC)为10%〕燃烧颗粒的碳粒子平均层面间距分别增加了5.3%、15.1%,弯曲度平均值分别增加了4.0%和10.3%,表明燃烧颗粒的氧化活性增加;与柴油相比,D10、D20燃烧颗粒的质量分形维数分别增加了0.44和0.52,下限均升高了0.2,SAXS与电镜图像对燃烧颗粒的质量分形维数的分析结果相一致,即质量分形维数随DMC添加量的增加而升高,表明燃烧颗粒的团聚程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒表面分形维数的下限分别升高了0.1和0.2,表明其燃烧颗粒表面的粗糙程度和不规则程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒的活化能分别降低了3.9和7.9 kJ/mol,表明燃烧颗粒的氧化活性随着DMC添加量的增加而增强,验证了燃烧颗粒微观尺寸结构和分形特征的研究结果. 研究显示,柴油中添加DMC能够提高燃烧颗粒的氧化活性,燃烧颗粒的氧化活性越强,其在后处理过程中就越易被氧化,有助于降低柴油机的颗粒物排放.      

天然石英砂的表面络合模型研究

天然泥沙颗粒表面特性复杂,其与营养物质及重金属之间的相互作用,是研究天然水体水环境效应的关键科学问题之一.本文以石英砂为例,在考虑天然泥沙表面形貌引起的电荷非均匀分布的基础上,建立了统计意义上的表面电荷分布-表面电位数学关系,并修正表面络合模型,对表面络合常数采用更合理的静电力校正,模拟营养物质及重金属在天然泥沙颗粒表面的吸附-解吸关系.同时,表面滴定实验及吸附实验数据被用来进行模型验证.结果表明,泥沙颗粒的吸附特性受pH值、水相平衡浓度和背景离子强度等影响,考虑颗粒表面电荷非均匀分布的修正模型,更接近天然泥沙的吸附特性,相比传统表面络合模型,能够更好地模拟吸附结果.     

多重分形与地球化学元素的分布规律

为进一步探讨用分形与多重分形的方法研究地球化学场中元素的分布规律的重要意义,运用Q Q图和直方图探讨了元素的空间分布规律,随后运用多重分形矩方法研究了安徽省长江以南以北各约22000km2和18100km2区域内5489个和4524个水系沉积物样品中14种元素的分形分布规律。结果表明,金属地球化学场元素在空间上的分布并不是简单的正态或对数正态分布,而四连续多重分形分布,其α f(α)曲线上凸且连续,拥有主要大型矿床的安徽江南地区α f(α)曲线的开口明显大于成矿相对较弱的安徽江北地区。元素的多重分形谱函数的形态特征对区域成矿潜力研究将具有一定的指示意义。     

金盆水库沉积物磷的来源及分布特征

为探究分层型水源水库沉积物中磷的来源与分布特征,以西安金盆水库为对象,针对2017年3～11月金盆水库水体、沉降颗粒及沉积物柱状样品总磷(TP)含量及形态分布特征进行研究.结果表明,金盆水库主库区表层沉积物总磷含量及形态分布受水体颗粒磷(PP)沉降作用明显,相关系数r~2=0. 877 5;同时表层沉积物总磷含量还受到沉积物内部生物地球化学的共同作用. 6～8月金盆水库水体藻类剧烈繁殖演替,繁殖过程中大量失去活性、死亡的藻类不断向底部水体沉积,形成以藻类等颗粒磷为主导的内源污染,沉降颗粒总磷含量达(753. 51±17. 11) mg·kg~(-1),表层沉积物总磷含量随之增加,以铁铝结合态非活性磷(NaOH-nrP)为主; 9～11月进入汛期,径流水体携带大量泥沙等负荷较大的污染物汇入水库,使得水体颗粒磷浓度相应增大,然而由于单位质量泥沙中总磷含量占比较小,导致径流过程中表层沉积物总磷含量逐渐降低,泥沙径流过程中颗粒磷以无机态的钙磷(Ca-P)和残渣态磷(rest-P)为主,二者约占沉积物总磷(TP) 55. 8%～66. 2%,受颗粒沉降影响相对较大.活性磷(SRP)、铁锰螯合态磷(BD-P)和铁铝结合态活性磷(NaOH-srP)这3种形态磷较活跃,在环境条件的变化(主要是氧化还原条件)下发生一系列迁移转化,受沉积物内部生物地球生物化学过程作用明显.     

雨水管道沉积物沉淀特性及主要污染物含量分布

为研究雨水管道沉积物的沉淀特性和污染物含量特征,在武汉市对建筑(包括住宅小区)、道路和绿地3种用地类型的雨水管道沉积物进行采样和分析.沉速测试结果表明,高沉速颗粒在沉积物中所占比例较大,建筑和道路中沉积物的沉速分布相对稳定,建筑、道路和绿地中沉速大于3.00 cm·s-1的颗粒占比依次递减.粒径分析结果显示,沉积物粒径分布范围较广,大多集中在13~628μm范围内,且同种用地类型沉积物粒径分布差别很大.按沉降速度将每份沉积物样品分为7组,分析化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)含量与沉降速度之间的联系.结果表明,沉速大于3.00 cm·s-1和小于0.025cm·s-1的沉积物中污染物含量较低,但高沉速沉积物中污染物总量较多.对沉积物样品整体而言,各用地类型COD含量从高到低依次为:绿地道路建筑;道路雨水管道沉积物中氮含量较低,其余两种用地中含量接近;建筑区雨水管道沉积物中磷含量较高,其余两种用地中含量接近;COD∶TN在(51~89)∶1之间,COD∶TP的值在(102~186)∶1之间.     

粘土颗粒吸附直接染料的分形特征

粘土颗粒对直接耐晒黑和直接大红染料的吸附均可分为快速的边缘覆盖和慢速的晶层吸附2个过程,整个吸附过程符合准-二级反应动力学方程式,除了伊利土-直接耐晒黑染料的吸附体系之外,其它体系的吸附过程中以晶层吸附为主的阶段均具有类分形特征.体系的非线性吸附等温线符合Langmuir型吸附等温模式,并且除了蒙脱土吸附直接大红染料之外,也可以用分形Langmuir吸附等温模式获得较好的模拟效果.在不同原始浓度下直接大红染料在粘土颗粒表面发生的边缘覆盖和晶层吸附这2个过程的程度是不同的,从而导致了吸附等温线在原始染料为150mg·L-1时出现最大的吸附量,而且颗粒边缘覆盖的直接大红染料的比例较高.染料进入粘土颗粒的晶层后,扩大了晶层间距,改变了其表面微孔几何结构.颗粒表面棱角变得光滑,结构疏松,片层结构逐渐减少,上述效果在蒙脱土颗粒上或直接耐晒黑染料吸附时表现地更为显著.而且吸附染料后蒙脱土颗粒对N2的吸附量比伊利土下降的幅度小,其比表面积、孔体积和平均孔径的下降比例也比伊利土小,其中平均孔径的差异比较明显.吸附染料之后粘土颗粒表面分形维数Ds均升高了,晶层膨胀和开孔作用抵消了"表面粗糙度屏蔽"、"孔阻塞效应"机理降低Ds的影响.增加了表面粗糙度.     

聚合氯化铝-腐殖酸(PACl-HA)絮体的物理与分形特征研究

采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了PACl-HA絮体的粉末样品,研究了这些样品的物理与分形特征.结果表明,PACl-HA絮体具有无定形结构,主要组成元素为C、O、Al,所含特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征;絮体的BET比表面积为130～161 m²·g^-1,BJH累积吸附孔体积为0.38～0.52 cm³·g^-1,BJH脱附平均孔径为7.7～9.6nm,PSD峰值对应孔径8.4～11.2nm.PACl-HA絮体具有自相似性的粗糙表面,呈现多尺度分形特征;图象法和N₂吸附/脱附等温线法确定的表面分形维数Ds分别为2.03～2.26、2.24～2.37,前者的分形尺度大约处于23～390nm之间,主要属于絮体外表面尺度,而后者的分形特征尺度区间的下限大约为0.2nm,属于孔表面尺度;另外,对同一絮体,N₂吸附法和脱附法确定的孔表面分形维数不同.热力学模型计算出的D_s远大于3,与Sahouli等的研究不符.     

Fractal analysis of polyferric chloride-humic acid （PFC-HA） flocs in different topological spaces

The fractal dimensions in different topological spaces of polyferric chloride-humic acid (PFC-HA) flocs, formed in flocculating different kinds of humic acids (HA) water with different initial pH (9.00, 7.00, 5.00) and PFC dosages, were calculated by effective density-maximum diameter, image analysis, and N2 absorption-desorption methods, respectively. The mass fractal dimensions (Df) of PFC-HA flocs, being more than 2.0, calculated by bi-logarithm relation of effective density-maximum diameter and Logan empirical formula at initial pH of 7.00 had 11-13 percentage greater than those at pH 9.00 and 5.00, indicating the most compact flocs formed in flocculated HA water at initial pH of 7.00. The image analysis for those flocs indicates that after flocculating the HA water at initial pH greater than 7.00 with PFC flocculant, the fractal dimensions of D2 (logA vs. logdL) and D3 (logVsphere vs. logdL) of PFC-HA flocs decreased with the increase of PFC dosages, and PFC-HA flocs showed a gradually looser structure. At the optimum dosage of PFC, the D2 (logA vs. logdL) values of the flocs show 14%--43% difference with their corresponding Df, and they even had different tendency as the change of initial pH values. However, the D2 values of the flocs formed at three different initial pH in HA solution, calculated from the horizontal projected images with magnification about 9, had a same tendency with the corresponding Df. Based on fractal Frenkel-Halsey-Hill (FHH) adsorption and desorption equations, the pore surface fractal dimensions (Ds) for dried powders of PFC-HA flocs formed in HA water with initial pH 9.00 and 7.00 were all close to 2.9421, and the Ds values of flocs formed at initial pH 5.00 were less than 2.3746. It indicated that the pore surface fractal dimensions of PFC-HA flocs dried powder mainly show the irregularity from the mesopore-size distribution and some marcopore-size distribution.     

柴油机排气颗粒表面特征与吸附能力分析

利用全自动比表面积与孔隙分析仪和光学接触角测量仪,分别对炭黑和柴油机排气颗粒的比表面积与孔隙以及接触角等表面特征参数进行了测量,并对炭黑和柴油机排气颗粒的分形维数和表面张力进行了计算,对比分析了炭黑和柴油机排气颗粒的吸附能力,探讨了柴油机排气颗粒表面特征参数与吸附能力之间的关系.通过检测与分析,炭黑和柴油机排气颗粒的比表面积分别为78.003和65.408m²/g,平均孔径分别为13.845和14.483nm,分形维数分别为2.5885和2.5515,在0.985s时刻的表面张力分别为51.1和56.6mJ/m²,结果表明炭黑与柴油机排气颗粒的比表面积,孔径分布,分形维数和表面张力均相似.炭黑和柴油机排气颗粒均表现了极强的亲油性,轻微亲水性.柴油机排气颗粒亲水性略强,表面更为光滑,吸附能力略低于炭黑.     

Fractal analysis of polyferric chloride-humic acid (PFC-HA) flocs in di erent topological spaces

The fractal dimensions in di erent topological spaces of polyferric chloride-humic acid (PFC-HA) flocs, formed in flocculating di erent kinds of humic acids (HA) water at di erent initial pH (9.0, 7.0, 5.0) and PFC dosages, were calculated by e ective densitymaximum diameter, image analysis, and N2 absorption-desorption methods, respectively. The mass fractal dimensions (Df) of PFC-HA flocs were calculated by bi-logarithm relation of e ective density with maximum diameter and Logan empirical equation. The Df value was more than 2.0 at initial pH of 7.0, which was 11% and 13% higher than those at pH 9.0 and 5.0, respecively, indicating the most compact flocs formed in flocculated HA water at initial pH of 7.0. The image analysis for those flocs indicates that after flocculating the HA water at initial pH greater than 7.0 with PFC flocculant, the fractal dimensions of D2 (logA vs. logdL) and D3 (logVsphere vs. logdL) of PFC-HA flocs decreased with the increase of PFC dosages, and PFC-HA flocs showed a gradually looser structure. At the optimum dosage of PFC, the D2 (logA vs. logdL) values of the flocs show 14%–43% di erence with their corresponding Df, and they even had di erent tendency with the change of initial pH values. However, the D2 values of the flocs formed at three di erent initial pH in HA solution had a same tendency with the corresponding Df. Based on fractal Frenkel-Halsey-Hill (FHH) adsorption and desorption equations, the pore surface fractal dimensions (Ds) for dried powders of PFC-HA flocs formed in HA water with initial pH 9.0 and 7.0 were all close to 2.9421, and the Ds values of flocs formed at initial pH 5.0 were less than 2.3746. It indicated that the pore surface fractal dimensions of PFC-HA flocs dried powder mainly show the irregularity from the mesopore-size distribution and marcopore-size distribution.     

柴油机EGR氛围颗粒的空间结构与表面形态分析

为揭示EGR(废气再循环)对柴油机颗粒表面形态以及空间结构的影响,针对不同EGR率下产生的柴油机颗粒,采用颗粒粒径分析仪以及X射线小角散射等分析手段,研究了EGR对柴油机排气颗粒粒径、数浓度和质量浓度的影响,分析了颗粒团聚程度、团粒间隙尺寸以及表面形态等参数随EGR率的变化规律.结果表明:随着EGR率从10%增至30%,颗粒数浓度峰值粒径向大粒径方向偏移,粒径在10～50 nm的核模态颗粒数浓度分别降低了14.7%和29.4%;粒径在50～500 nm的积聚态颗粒数浓度分别增加了17.1%和139.4%;总颗粒数浓度也有较大幅度增加,分别增加了4.5%和72.1%.采用EGR后,颗粒的质量分形维数和表面分形维数分别增加了12.1%和18.2%,表明EGR会使颗粒的质量分布不均匀,表面粗糙程度增加.随着EGR率的增加,颗粒的团粒间隙分布有明显差异,EGR率为0时的团粒间隙尺寸主要分布在8～11 nm,EGR率为30%时的团粒间隙尺寸主要分布在4～6 nm,表明EGR可在总体上降低团粒间隙尺寸和数浓度,增加了颗粒的团聚程度和空间结构的紧密程度.研究结果对于拓宽EGR的工况使用范围、提高DPF等后处理装置的工作效率、进一步降低柴油机的NO_x和颗粒排放具有重要意义.      

室内打印机颗粒污染物特性的测量与分析

文章对打印机工作所产生的可吸人颗粒污染物进行研究,使用FMPS3091对5.6～560nm粒径范围的颗粒物进行数量浓度、质量浓度测量;使用分形理论对所产生的空气污染特性进行分析,并通过粒度的分形维数对其进行了定量表达.测量和分析的结果显示:打印机工作所产生颗粒物的数量浓度、质量浓度远远大手背景浓度,并随打印机工作时间增...     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的粒度和分形维数的动态变化

通过采集PFC-HA絮体的单个样品和拍摄它们的二维图像,研究了在不同混凝条件下絮体的粒度和分形维数的变化.结果表明,原水pH的下降滞后了PFC-HA絮体的出现.原水pH≥7.0时,随着投药量的增加,PFC-HA絮体的分形维数D2(lgA-lgdL)和D3(lgV1-lgdL)随之降低,表明絮体的结构越来越疏松;而原水pH=5.0时,PFC-HA絮体的分形维数存在波动.在PFC的最佳投药量时,水力条件的优化可以提高HA的去除效果,但随着原水pH的下降,HA去除效果的提高程度也随之减小.在最佳水力条件下,PFC-HA絮体的粒度为数百微米,其分形维数值较大,表明絮体的结构较为密实.此外,PFC-HA絮体的粒度分布具有(类)分形特征,最佳水力条件下正的D.值表明絮体的粒度分布趋向平稳.在整个混凝搅拌过程中,PFC-HA絮体的分形维数的变化是与混凝的溶液化学条件、搅拌时间和分形维数类型有关,其D2具有先上升后下降的趋势,这一过程中絮体结构先趋向密实,然后趋向疏松.而且慢速搅拌过程中絮体的尺度也是先增加后下降.     

底栖动物扰动对河床渗透性的影响研究

河床渗透性是影响地表水与地下水相互交换的重要因素,为探究底栖动物扰动对河床渗透性的影响,以渭河干流上5个研究点为例,通过对河床沉积物垂向渗透系数和沉积物粒度进行分析,再结合底栖动物的种类和密度,研究垂向渗透系数与底栖动物之间的相关性,以及底栖动物扰动对河床渗透性的影响.结果表明,沉积物成分分布以沙和砾石为主的草滩,渗透系数达到18.479 m·d-1,底栖动物的生物密度为139 ind·m-2;沉积物成分中粉沙和黏土占很大比重的眉县,渗透系数为2.807 m·d-1,底栖动物的生物密度为2 742 ind·m-2;沉积物粒度分布基本相同的眉县、咸阳、临潼和华县等4个渗透性较差研究点中底栖动物的生物密度和垂向渗透系数均差别较大,但是生物密度和垂向渗透系数呈显著相关性,其两者之间皮尔森相关系数r=0.987.不同研究点影响沉积物渗透性的主要决定因素不同,渗透性较强研究点主要为沉积物颗粒大小,渗透性较差研究点主要为底栖动物扰动;不同研究点内生物密度差别较大,不同生物种类差别也较大;底栖动物的生物扰动能够缓解细小沉积物的阻塞,以使弱渗透性河床沉积物的渗透性增强.     

Morphology of single inhalable particle inside public transit biodiesel fueled bus

In an urban-transit bus,fueled by biodiesel in Toledo,Ohio,single inhalable particle samples in October 2008 were collected and detected by scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectrometry(SEM/EDS).Particle size analysis found bimodal distribution at 0.2 and 0.5 μm.The particle morphology was characterized by 14 different shape clusters:square,pentagon,hexagon,heptagon,octagon,nonagon,decagon,agglomerate,sphere,triangle,oblong,strip,line or stick,and unknown,by quantitative order.The square particles were common in the samples.Round and triangle particles are more,and pentagon,hexagon,heptagon,octagon,nonagon,decagon,strip,line or sticks are less.Agglomerate particles were found in abundance.The surface of most particles was coarse with a fractal edge that can provide a suitable chemical reaction bed in the polluted atmospheric environment.The three sorts of surface patterns of squares were smooth,semi-smooth,and coarse.The three sorts of square surface patterns represented the morphological characteristics of single inhalable particles in the air inside the bus in Toledo.The size and shape distribution results were compared to those obtained for a bus using ultra low sulfur diesel.