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.     

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。     

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。     

太湖梅梁湾沉积物中磷吸附/解吸平衡特征的季节性变化

室内模拟研究了太湖梅梁湾4个季节沉积物在低磷湖水中的吸附/解吸特征,推测沉积物在各季节的"源"、"汇"转化过程,找出沉积物"源"、"汇"转化过程中最活跃的磷形态;同时通过对冬季沉积物进行不同温度的吸附/解吸热力学实验,探讨了温度对沉积物吸附/解吸磷过程的影响.研究结果表明:梅梁湾4个季节沉积物总磷及各组分磷含量大小关系为春＜夏＜冬＜秋;夏季和秋季沉积物以释放为主,春季和冬季则以吸附为主;铁/铝磷是沉积物"源"、"汇"转化过程中较活跃的磷组分;沉积物对磷的吸附效率和平衡吸附量为春季最小,秋季最大;温度和沉积物磷含量对DIP吸附/解吸平衡浓度都有影响,吸附/解吸平衡浓度随温度的升高而增加,随沉积物磷含量的增加而减小.     

台风强降雨输入水源水库悬浮泥沙的氮磷吸附特性

为研究台风强降雨后输入水源水库的悬浮泥沙对水体氮磷的吸附特性,本文于2015年10月强台风"彩虹"登陆粤西期间,采集高州水库原水和表层沉积物泥沙样品,模拟悬浮泥沙对氮磷的吸附动力学过程,对比分析不同粒径和不同含量悬浮泥沙对磷的吸附等温线.结果表明,高州水库悬浮泥沙不具有明显的氮吸附动力学特性,对磷的吸附动力学平衡时间为10 h;泥沙粒径小于0.25 mm时,对磷的平衡吸附量随着泥沙粒径的减小而增大;泥沙含量在0.2~2.0 kg·m-3时,对磷的平衡吸附量随着泥沙含量的增大而增大;悬浮泥沙对磷的吸附等温线符合Langmuir及Freundlich模型,最大吸附量随泥沙粒径的减小而增大,随泥沙含量的增大而增大,悬浮泥沙对磷的最大吸附量为0.073~1.776 mg·g~(-1).台风强降雨作用导致高州水库水体悬浮泥沙含量增大,促进对磷营养盐的吸附作用,对高州水库富营养化有一定的改善作用.     

饱和性吸附无机活性磷天然泥沙解析—再吸附特征

泥沙是水体中无机活性磷的主要载体。为研究东洞庭湖饱和性吸附无机活性磷的天然泥沙解析再吸附规律,采用室内模拟实验考察饱和性吸附无机活性磷的泥沙解析-再吸附影响因素与特征。结果表明:扰动状态下饱和性吸附无机活性磷的泥沙,其水相无机活性磷平衡浓度及解析无机活性磷速率均比静态大。扰动强度为220 r/min时,饱和性吸附无机活性磷的泥沙水相无机活性磷平衡浓度是静态1.65倍,解析无机活性磷速率是静态6.46倍;扰动条件下饱和性吸附无机活性磷的泥沙在快速解析阶段,其解析无机活性磷速率与含沙量成正相关性;扰动状态下,饱和性吸附无机活性磷的泥沙再吸附无机活性磷过程符合Freundlich等温式,但随水体含沙量增大,其再吸附的平衡吸附量则呈下降趋势;扰动作用下,水体p H值显著影响饱和性吸附无机活性磷的泥沙解析过程。中性水体,解析量最小,降低或升高水体p H值,解析量均增大。     

水合氧化铁对废水中磷酸根的吸附-解吸性能研究

以FeCl₃为原料制备水合氧化铁吸附剂,研究其对废水中磷酸根的吸附-解吸性能.结果表明,随着溶液pH的降低,水合氧化铁对磷酸根的吸附能力不断提高,其吸附动力学曲线符合二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir吸附模型.被吸附的磷酸根在50 g/L的NaOH溶液中进行解吸,解吸率>98%.解吸率与单位水合氧化铁的吸附饱和程度没有相关性.利用水合氧化铁对城市某污水处理厂污泥浓缩池上清液进行磷的吸附和解吸实验,结果表明该工艺对磷的回收率>90%.根据实验结果设计了城市污水中磷去除和回收工艺流程,该流程包括：吸附过程、解吸再生过程、富磷解吸液中磷回收等过程.     

太湖沉积物氮磷吸附/解吸特征分析

通过90组吸附/解吸实验研究了太湖沉积物氮、磷的吸附/解吸等温线特征,同时将平衡点浓度、本底吸附量、吸附效率与间隙水、沉积物中各形态氮、磷进行相关性分析,以期对太湖沉积物的"源"、"汇"情况进行分析.结果表明,在供试的浓度范围内,沉积物氮磷的吸附/解吸等温线呈显著线性关系,全湖氮的平均吸附/解吸平衡点浓度为1.10 m...     

pH和盐度对海河干流表层沉积物吸附解吸磷(P)的影响

采用等温吸附解吸方法,研究大范围pH（2~12）和盐度（2‰~32‰）对海河表层沉积物吸附解吸磷的影响,并与分级提取技术得到的海河沉积物中磷形态分布相结合,进一步探讨磷在沉积物-水界面的迁移转化机理.结果表明,钙磷（Ca-P）和难溶态磷（Re-P）为海河表层沉积物磷的主要形态.沉积物对磷的吸附符合修正的Langmuir吸附等温线(R2>0.90).海河沉积物（8个典型断面）对磷的理论吸附量较大,说明在今后上覆水含磷浓度较高的情况下,沉积物仍能吸附大量的磷污染物.在海河水磷污染较轻的情况下,沉积物中的磷将释放并导致水体发生富营养化.pH对磷的吸附影响呈“U”型,且随着pH增大,磷的解吸量也增大,这是由于OH-交换能力的增强所致;盐度增大,沉积物对磷的吸附总体呈下降趋势,但在10‰~15‰之间有反复,并且随着盐度增大,磷的解吸量也下降.     

镧改性膨润土对磷吸附特性、机理与影响因素

文章研究了镧改性膨润土(锁磷剂,Phoslock~?)对水溶液中磷的吸附特征,通过动力学和热力学方程对吸附过程进行了拟合,用X射线衍射分析和磷分级方法考察了吸附后磷形态变化,并探索了粒径和pH对吸附特征的影响。结果表明:锁磷剂对磷的吸附过程可用伪二级动力学和Langmuir方程很好地拟合,理论饱和吸附量为12.02 mg/g。吸附的磷主要以稳定的HCl-P形态存在,占总可提取形态的97.80%～99.01%,且不易释放。吸附后无晶体生成,矿物成分与膨润土相似,主要为蒙脱石和石英。粒径可影响吸附速率,但对吸附容量影响较小。pH为2.96～11.03时,吸附量为7.63～11.45 mg/g,低pH促进磷的吸附;pH为2.81～11.09时,解吸率≤11.34%,解吸量随pH的升高而升高。该研究为锁磷剂在湖泊内源磷治理中的应用提供了理论依据。     

瓯江引水工程对温瑞塘河水氮磷含量的影响

瓯江引水工程是改善温瑞塘河生态环境的一项重要措施,然而瓯江江水的输入带来了大量的悬移质泥沙。文章通过实验室模拟,研究不同含沙量条件下,江水携带的悬移质泥沙对塘河河水中氮、磷的动力学吸附特征及沉降净化作用。结果表明:悬沙对河水中氮、磷的动力学吸附分别需8 h和12 h达到平衡,但吸附效果不明显。含沙量为0.5 kg/m3的水体中悬沙对氮、磷的净吸附比仅分别为5.9%、2.5%。在静水环境下,泥沙沉降对总磷的携带作用强于总氮,且能吸附少量水相磷。泥沙沉降携带作用在高含沙量水体中较明显。     

长江中下游浅水湖沉积物对磷的吸附特征--吸附等温线和吸附/解吸平衡质量浓度

研究了长江中下游几个浅水湖泊表层沉积物磷吸附等温线和沉积物对磷的吸附/解吸平衡质量浓度.结果表明沉积物对磷的吸附等温线同时符合Langmuir模型和Freundlich模型.据Langmuir模型计算,沉积物对磷的吸附容量为0.122～0.893 mg/g,且吸附容量与Al2O3,TFe2O3和有机磷(O-P)的含量均有较好的正相关关系.沉积物对磷的吸附存在吸附/解吸平衡点,不同沉积物在该点质量浓度为0.02～0.45 mg/L,有较大差异.该值与沉积物中总磷及无机磷有很好的正相关关系,与铁/铝磷及有机磷和有机质含量也有较好的正相关关系,而与钙磷及氧化钙只有较弱的正相关关系.结果还表明富营养化严重的湖泊,沉积物有向上覆水释放磷的趋势.     

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…     

西辽河流域不同土地利用结构沙土磷解吸特征

采用小型回填式土柱淋溶试验方法,研究了西辽河流域沙土的磷解吸特征.结果表明,西辽河流域沙土的磷解吸特征符合Freundlich和Langmuir解吸等温式;沙土磷的解吸比率(D_r)在0.32～0.98之间,平均值为0.70;最大解吸量(D_m)与饱和吸附量(Г_m)呈极显著正相关;沙土对磷的吸附方式以物理吸附为主,解吸可逆性较强.被吸附的磷在环境中较易发生淋失,仍然存在一定的环境风险.土壤中w(有机质)和w(团聚体)对磷的固持能力有较大影响;不同土地利用结构磷的D_r排序为农田(0.64)=草地(0.64)＜林地(0.67)＜沙荒地(0.91),农田、草地和林地磷淋失的环境风险较小;沙荒地磷淋失的环境风险最大,D_r与土壤中w(粗黏粒),w(黏粒)和w(有机质)呈极显著负相关.      

pH和沸石处理池塘底泥磷吸附与解吸行为的研究

取天津西青区小南河村和东丽区永和村池塘底泥于室内,采用调pH值、加沸石的处理,培养1个月后,进行了底泥中磷的吸附与解吸分析。结果表明,供试底泥磷的吸附过程符合Langmuir方程,在低磷浓度下3个池塘底泥吸磷能力较强,随着磷浓度的增大吸磷能力减弱。不同处理底泥对磷的吸附能力不同,其中沸石处理对磷的吸附量最大,吸附平衡常数也最高。3个池塘底泥对磷的解吸趋势也是一致的,即解吸量随着浓度的增加而增加,而后逐步趋于平稳。其中沸石处理磷的解吸量明显低于pH和CK处理。     

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.     

高州水库底泥磷吸附与解吸模拟研究

通过室内实验模拟高州水库底泥中磷的吸附与解吸过程,分别对比不同样点底泥和不同磷浓度上覆水对底泥磷释放和吸附的影响,研究了水库底泥中磷的吸附与解吸动态变化规律.结果表明:高州水库不同样点底泥对磷的吸附和解吸的动态平衡浓度为0.03 mg/L~0.05 mg/L,不同磷浓度上覆水底泥对磷的吸附和解析动态平衡浓度为0.05 mg/L.上覆水和底泥中磷含量的高低均会影响磷的吸附和解吸动态变化.底泥中磷含量与磷吸附速率成反比;上覆水中磷含量与磷吸附速率成正比关系.     

再生水中溶解性有机质的存在对河湖沉积物吸附氮磷行为的影响

文中以氮、磷为目标污染物,研究了北京地区4种城市河湖沉积物对氮、磷的平衡吸附/解吸、吸附动力学特性以及再生水中DOM对氮、磷的吸附影响效应,结果表明:氮、磷在4种沉积物上的吸附可用Linear和Freundlich模型来进行描述,且解吸存在一定的滞后性;再生水中DOM会抑制沉积物对氮、磷的吸附,使得吸附系数K_d降低了0.04%~56.88%,并达到显著水平(置信度α=0.05);而且会增加非线性参数1/n,最大可达2.20倍,导致吸附稳定性降低。常规吸附动力学方程都不能很好地描述沉积物对氮磷的吸附行为,但可以借助ExpAssoc方程进行表征。     

近海泥沙输运与生态系统的耦合模拟研究进展

详细描述了泥沙输运过程的生态学概念,即悬浮泥沙和底沙动力过程对近海海洋生态系统的作用,包括泥沙的吸附解吸、沉降与再悬浮过程,底床营养物质释放、对光合作用的影响,以及对近岸海水富营养化和有害赤潮的影响;在近几年近岸海域泥沙输运过程及生态动力学模型研究基础上,回顾了泥沙输运过程与生态系统模型的研究现状。结合现阶段取得的主要研究成果,认为海洋生态系统动力学模型研究应考虑近海泥沙输运过程,定量研究泥沙动力过程的影响,并逐步构建包含泥沙动力模块的海洋生态动力学业务化模型体系。