紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

泥沙浓度和水相初始浓度对泥沙吸附重金属影响的研究

从吸附动力学方程和质量守恒方程出发，导得静态试验中，重金属离子的泥沙吸附量和水相浓度随时间变化的计算公式，进而导出重金属离子的泥沙平衡吸附量和水相平衡浓度随泥沙吸附特性、水相初始浓度（泥沙初始吸附量）和泥沙浓度变化的计算公式。试验结果表明，泥沙浓度不影响吸附特性参数如饱和吸附量ｂ，解吸与吸附速率系数之比ｋ及吸附速率系数ｋ＿１，而水相初始浓度对ｋ＿１有较大影响；对平衡吸附量而言，泥沙浓度和水相初始浓度均有较大影响，并可从质量守恒得到解释。     

水体污染及其防治

X52 9502912泥沙浓度和水相初始浓度对泥沙吸附重金属影响的研究/黄岁梁(中国水利水电科学研究院》二//环境科学学报/中科院环委会一1995,15(1)一66~75环信X一9 从吸附动力学方程和质量守恒方程出发,导得静态试验中,重金属离子的泥沙吸附量和水相浓度随时间变化的计算公式,进耐导出重金属离子的泥沙平衡吸附量和水相平衡浓度随泥沙吸附特性、水相初始浓度(泥沙初始吸附量)和泥沙浓度变化的计算公式。试验结果表明,泥沙浓度不影响吸附特性参数如饱和吸附量b,解吸与吸附速率系数之比k及吸附速率系数k,,而水相初始浓度对k,有较大影响;对平衡吸…     

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.     

膜生物反应器中膜的最佳反冲洗周期

将解吸分为平衡解吸和完全解吸两种类型，对水环境中含油泥沙上油分子的解吸特性进行了研究，通过试验，分析了解吸平衡时的吸附等温线及平衡解吸量随清水解吸液用量变化的规律，同时也对含油泥沙发生完全解吸时的最大解吸量和极限残留量进行了研究，并得出了它们随泥沙粒径变化的规律。     

模拟重金属污染土壤的强化解吸与解吸液降解

文章对EDTA强化解吸模拟重金属污染土壤进行了实验研究。结果表明,EDTA能够迅速地解吸模拟土壤中的Cu、Cd和Pb等重金属。初始EDTA浓度、解吸时间以及离子强度的增加对土壤中重金属的解吸效果有一定的正影响作用。此外,考察了土壤解吸废液在零价铁/曝气体系中的处理。经过零价铁/曝气技术后,解吸废液中的重金属离子能被完全去除,EDTA和TOC的去除率分别达到了94.8%和86.6%。     

河流泥沙对石油的吸附、解吸规律及影响因素的研究

通过静态（搅拌）实验,研究了河流泥沙对石油乳化油的吸附、解吸和极限残留量变化的基本规律。泥沙对石油乳化油的吸附规律符合Langmuir-Freundlich等温式,吸附与解吸过程不可逆,在清水中不能完全解吸出来。吸附量与油浓度、沙浓度、沙粒径及溶液中的电解质（盐）浓度等因素有关。根据实验资料建立了吸附等温式、解吸方程、极限残留方程、以及吸附量和极限残留量随泥沙粒径的变化关系式。最后对溶液盐度对吸附的影响作了初步探讨。     

靖江市某电镀集中区典型重金属迁移转化模型参数灵敏性分析

伴随重金属污染风险的不断提高,流域重金属迁移转化模型的构建和水体重金属的模拟预测受到广泛关注,关键参数的甄选是模型优化的重点.本文构建了某电镀集中区Ni、Cu重金属迁移转化数学模型,以Ni为例,采用标准秩回归分析方法(SRRC法)和Sobol多元自适应回归样条算法(Mars-Sobol法)对7个重金属模型参数进行敏感性分析,并针对确定的2个敏感性参数对Ni、Cu模型进行率定和验证.结果表明:1SRRC法的Ni河沙分配系数的敏感性占比为96.1%~99.7%,平均为99.2%,泥沙沉降速率为0.1%~3.3%,平均为0.5%.2Mars-Sobol法的Ni河沙分配系数的总敏感度占比为87.18%~93.44%,平均为90.28%;泥沙沉降速率为5.68%~10.68%,平均为8.21%;随水流运动方向,Ni河沙分配系数敏感性逐渐减低,泥沙沉降速率参数敏感性逐渐增强.3相较于SRRC法,Mars-Sobol考虑了参数间的交互作用,通过Ni、Cu迁移转化模型中敏感参数"河沙分配系数"和"泥沙沉降速率"的率定和验证,Ni、Cu模拟相对误差可控制在15.28%和14.46%,实现了重金属模型的高效和高精度预测.     

流作用下泥沙悬浮释放污染物的数值分析

基于一维垂向模型(1DV模型),建立了波流共同作用下泥沙悬浮释放污染物的数学模型,模型通过验证可较好的描述床面附近紊动特性、水流结构、泥沙垂向分布及污染物解吸释放规律. 利用数学模型,通过设置不同的模拟情景,分析计算了波流共同作用下泥沙悬浮特征、污染物释放动态过程及时空分布特征. 研究表明: 波流共同作用下,吸附态污染物及总污染物垂向分布与悬浮泥沙分布一致,波浪底部边界层的周期性振荡限制了从底部悬扬的泥沙向上部水体的扩散,在近床面存在梯度较大的高浓度层,在悬浮释放的初期,溶解态污染物的垂向分布规律与吸附态污染物一致,达到平衡后,沿垂向均匀分布.水流流速和波浪强度对泥沙悬浮释放污染物有着不同程度的影响,水流对泥沙及污染物的垂向分布影响明显,波浪的影响主要体现在床面附近形成高浓度含沙层和污染物层.     

污染水体重金属化学稳定性的研究

本文采用湘江霞湾重金属污染江段沉积物及其相应体系,模拟实验研究了在静态和动态条件下沉积物中重金属的释放量及释放规律,获得了在50—150d的模拟实验期间沉积物中重金属的释放速率及相关系数,同时讨论了不同水环境条件对污染沉积物中重金属化学稳定性的影响。     

基于析因设计的多种重金属对发光菌联合毒性研究

文章采用析因设计的方法,研究沉积物水浸提液掺杂的多种重金属Cu、Cd、Zn、Pb和Ni对发光菌的联合毒性。通过对试验结果进行方差分析和多元线性回归,建立了重金属浓度和发光菌发光抑制率的关系模型:T=97.983Cu+41.111Cd-27.297Zn+129.869Pb+16.715Ni-5 803.639Cu*Cd+2 270.182Cd*Zn-6 411.870Cd*Pb-675.052Cd*Ni-3 108.544Pb*Ni+15 9552.434Cd*Pb*Ni+274 718.434Zn*Pb*Ni。模型分析结果表明:Zn对联合毒性产生负的影响,Cu、Cd、Pb、Ni对联合毒性具有正的贡献;Cd*Zn二元交互作用和Cd*Pb*Ni、Zn*Pb*Ni三元交互作用表现为协同作用,Cu*Cd、Cd*Pb、Cd*Ni、Pb*Ni二元交互作用表现为拮抗作用,而重金属四元和五元交互作用对联合毒性的贡献不显著。上述重金属联合毒性的作用可为沉积物中重金属复合污染控制提供参考。     

渤海沉积物中重金属分布及环境背景值

讨论了渤海25柱岩芯样细颗粒（<0.063mm）中重金属含量分布,采用统计学方法确定了底质重金属的分布类型,通过渤海中部岩芯样分析结果,获得渤海沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd的环境背景值。在研究中,借助Pb²¹⁰测年技术测定了百年前沉积层中重金属含量,结果与渤海底质Cu、Pb、Zn和Cd环境背景值是吻合的。     

基于梯形模糊数的沉积物重金属污染风险评价模型与实例研究

综合考虑到经典确定性污染评价模型的现实缺陷,将梯形模糊数理论引入环境评价领域,通过将研究区域重金属背景值及重金属实测含量的梯形模糊数化,结合聚类分析、α-截集技术和区间数隶属度计算,最后基于定义的重金属生物毒性评价权重系数建立了沉积物重金属污染风险模糊评价模型.采用该评价模型评价了洞庭湖表层沉积物重金属污染的风险状况,结果表明,洞庭湖水系表层沉积物中7种重金属污染风险程度排序为:Hg>Cd>Pb>Cu>Cr>Zn>As,Hg、Cd和Pb应成为洞庭湖水环境污染治理的优先控制因子.与确定性模型评价结果的对比分析表明,模糊评价模型得出了各重金属地累积指数的可能值区间,并进而得出与之对应的隶属可信度水平,从而较好地弥补了确定性评价的不足,更客观地、全面地表征了评价区域沉积物中重金属的真实污染状态与空间分布差异.     

清淤底泥处置中添加粉煤灰/炉渣对重金属生物有效性及毒性的影响

在清淤底泥中添加碱性粉煤灰、燃煤炉渣进行钝化处理后,通过浸出毒性实验、重金属形态分级实验及植物生长实验对底泥基质中重金属的活性及生物有效性进行了研究.结果表明:清淤底泥中添加粉煤灰、燃煤炉渣等碱性物质后显著降低了底泥基质中可溶态重金属含量,其中,交换态、有机结合态Pb、Zn所占比例显著降低;碱性物质的加入缓解了重金属的浸出危害,钝化底泥基质中粉煤灰、炉渣对Cu的稳定率可达90.34%~96.88%;与此同时也抑制了底泥中重金属在植物体内的富集与迁移,降低了重金属的生物有效性.相关性分析表明,底泥基质中交换态重金属含量、浸出浓度、植物茎叶中重金属含量及植物根伸长抑制率之间存在显著正相关关系(p0.01).     

基于盲数理论的水体沉积物重金属污染评价模型

针对污染风险评价系统多种不确定信息共存的特点,将盲数理论引入污染评价领域,建立基于盲数理论的地累积指数评价模型.用盲数表示沉积物污染物浓度和地球化学背景值,并通过盲数可靠性分析BM模型和隶属度加权计算得出重金属污染程度等级.将该模型应用于洞庭湖水系沉积物重金属污染的评价,结果表明,这些重金属的富集程度由高至低排列的顺序为:Cd>Cr=Cu=Zn=Hg=As>Pb,Cd是洞庭湖沉积物污染的主要环境污染因子.该模型算出了重金属地累积指数的可能值区间,并且得出与其相对应的可信度水平,进而定量计算出重金属隶属于各污染程度的可能性,它弥补了传统确定性方法的不足,更真实、更客观地表征了评价区域沉积物重金属的富集污染程度.     

胶州湾沉积物柱状样重金属垂向分布特征及其控制因素

于2011年在胶州湾采集一根沉积物柱状样,分析了0～1 m不同层次沉积物样品中汞（Hg）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、铅（Pb）和 锌（Zn）等8种重金属含量并计算富集因子指数（enrichment factors, EF,代表元素富集程度）。结果表明,多数重金属在次表层20 cm左右浓度和EF值都达到峰值或有一个高值区,这可能主要是由上世纪八九十年代胶州湾周边区域高强度人为排放的重金属导致的。进一步通过Pearson相关分析和多元线性回归分析探讨了控制胶州湾沉积物重金属垂向分布的关键因素,结果发现8种重金属的关键控制因素不同。采用沉积物潜在生态风险指数法评估了胶州湾重金属的生态风险及历史变化趋势,发现8种重金属中Hg风险较高,整体处于中等风险水平,且近年来风险还呈一定增大趋势,应列为胶州湾优先控制重金属。     

鄱阳湖沉积物重金属污染影响因素分析——基于STIRPAT模型

为探究人类活动对鄱阳湖沉积物重金属污染的影响,于2017年10月在鄱阳湖入口、出口及湖区布设20个采样点位,开展鄱阳湖沉积物重金属表层及垂向分布特征调查,评价其潜在生态风险.利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb计年法推算出鄱阳湖沉积物的平均沉积速率,并结合柱状分层样品重金属含量,得出具体年代的重金属蓄积特性.基于STIRPAT模型,通过偏最小二乘回归分析得到鄱阳湖沉积物重金属演变与总人口数量、城镇化率、实际人均GDP、绿色专利申请数、第二产业占比、第三产业占比6种社会经济指标的多元非线性模型.结果表明：（1）鄱阳湖表层沉积物重金属Cu污染最为严重且生态风险程度最高, 地累积指数为“强”或“中-强”污染范畴,单因子潜在生态风险指数平均值为47.25,属于“中等”生态风险.整个湖区的总潜在生态风险指数RI平均值为107.07,表明鄱阳湖表层沉积物重金属总体处于低生态危害水平.（2）1988~2017年总人口数量是影响鄱阳湖沉积物重金属Cd和Cu污染的最主要正向因素,其他正向因素为第二产业占比、第三产业占比、城镇化率及实际人均GDP,绿色专利申请数所反映出的区域绿色技术创新能力及环保研发投入对鄱阳湖沉积物重金属Cd、Cu污染具有负相关关系.