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.     

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。     

纳米零价铁对水中芴的去除研究

研究了实验室自制的纳米零价铁在不同投加量、初始浓度、pH及温度条件下,对芴溶液的吸附效果、吸附等温线及吸附动力学.结果表明,随着纳米铁投加量的增加,芴的去除率升高;增加芴的初始浓度,去除率则相应下降,同时平衡吸附量增加.另一方面,纳米铁对芴的吸附能力随pH的升高而下降;温度为15~35℃时,芴的平衡吸附量随温度的升高而增加,但变化不大.纳米铁对芴的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程;纳米铁对芴的吸附过程很好地符合准二级速率方程,吸附速率随芴初始浓度的增大而减小,平衡吸附量随芴初始浓度的增大而增大.除上述结果以外,本文还对此反应体系的吸附机理进行了初步探讨.     

长江河口水库沉积物磷形态、吸附和释放特性

为了对长江河口青草沙水库沉积物磷形态分布、磷吸附特性和磷释放特性进行分析,2011年4月~2012年1月对沉积物进行实地调查分析.磷形态分析结果表明沉积物总磷含量范围为535.07~910.9 mg·kg-1,以无机磷为主,有机磷含量相对较低.无机磷主要以钙结合态的磷存在,钙结合态磷占总磷的75.57%.磷吸附特性结果表明沉积物磷的等温吸附特征符合修正的Langmuir模型,沉积物磷的最大吸附量为9.78~39.84 mg·kg-1,沉积物-水界面平衡浓度EPC0(equilibrium phosphorus concentration)范围为0.024~0.12 mg·L-1,均高于上覆水体中相应的磷含量,因此,沉积物有向上覆水体释放磷的趋势.磷的释放特性结果表明沉积物最大释放量为11.03 mg·kg-1,在6 h左右达到最大值.沉积物磷释放量来自沉积物的铁/锰结合态的磷、钙结合态磷和有机磷,其中,铁/锰结合态磷和沉积物释放量呈相关性(P0.01).总体上,青草沙水库沉积物呈现释放状态,影响水库水体磷含量.     

沙质滩涂吸附水中油的实验研究

通过实验研究了沙质滩涂对可溶性油吸附的基本规律以及吸附等温线关系,分析了沙质滩涂粒径、温度、pH和盐度与吸附量的关系.研究结果表明,各沙质滩涂体的吸附动力学曲线和吸附等温线分别符合对数型和直线型理想吸附,沙质滩涂对可溶性油的吸附平衡时间约为10 h;沙质滩涂对海水中可溶性油的吸附量随盐度增加和滩涂体粒度变细其吸附量越大,随温度和pH值的增大而减小.     

改性芦苇生物炭对水中低浓度磷的吸附特征

为吸附处理低浓度含磷废水和实现芦苇资源化利用,将湿地植物芦苇制备成生物炭,通过负载氯化铁进行改性,探究了改性芦苇生物炭对水体中磷的吸附特征.结果表明,改性后芦苇生物炭的含铁量为11.98 mg·g~(-1),是改性前的44.7倍;改性芦苇生物炭p H_(pzc)为7.49,当溶液p H为7.0时,吸附效果最好;在磷溶液浓度为4.0 mg·L~(-1)、温度为298K时,改性芦苇生物炭平衡吸附量为0.658 mg·g~(-1),是未改性生物炭吸附量的34.6倍.研究不同温度下的吸附等温线,Langmiur方程很好地拟合不同温度的吸附等温线,该吸附是单层吸附,温度升高有利于吸附.吸附热力学研究表明,ΔG~θ0、ΔH~θ0和ΔS~θ0,说明该吸附是自发、熵增的吸热过程.假二级方程很好地拟合改性芦苇生物炭吸附磷的动力学数据,初始吸附速率随初始浓度的增大而增大,该吸附主要受颗粒内扩散控制.该研究为改性芦苇生物炭用于污水处理厂和水体深度除磷提供基础数据.     

生物质粒径对负载MgO生物炭吸附水体中磷的影响

为研究生物质粒径对负载MgO芦苇生物炭（MBC）去除水体中磷的速率和能力的影响,以0~0.5、1~2和6~8 mm这3种不同粒径的芦苇颗粒为原料、MgCl₂为改性剂制备MBC,用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等对MBC表征,开展MBC吸附溶液中磷酸盐（PO₄^3--P）动力学和等温线实验以及实验数据模型拟合.结果表明,MBC对溶液中PO₄^3--P的吸附速率随生物质粒径增大而增大,0~0.5、1~2和6~8 mm芦苇颗粒制备的MBC对PO₄^3--P的吸附量在2 h内分别达到平衡吸附量的15.4%、25.8%和80.8%,而生物质粒径对MBC的PO₄^3--P最大吸附量（249.0~254.7 mg·g^-1）无明显影响.6~8 mm芦苇颗粒制备的MBC保留了较完整的芦苇细胞壁结构,且含有丰富的微孔和中孔,形成多层次、规则的、连通性好的孔隙结构.0~0.5 mm和1~2 mm芦苇颗粒制备的MBC孔隙结构较差,孔隙连通性受损,影响了磷酸根离子在MBC内部的扩散速率,限制了对磷的吸附速率.因此,以人工湿地收割的废弃植物芦苇为原料制备MBC用于去除水体中磷时,将芦苇破碎至6~8 mm即可,过度破碎会破坏MBC的孔隙结构,减小MBC对磷的去除速率.     

泥沙沉降对水体中溶解性有机物光谱学特性的影响

以沈阳市新开河为研究对象,考察了泥沙沉降过程中,沉降时间、泥沙含量、pH、盐度对水体中溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响.结果表明,泥沙沉降条件下,水体中DOC随泥沙沉降时间的增长而先增大后减小,随泥沙含量的增加而先减小后增大,随pH的增大而增大,随盐度的增大而减小.随着pH的增大,水体中DOM的芳香性增强;随着盐度的增大,水体中DOM的芳香性降低.随着泥沙沉降时间的增长,DOM中各类荧光物质的含量先增加后减少;随着泥沙含量的增加,DOM中类腐殖酸和类富里酸荧光物质的含量增加,而类溶解性微生物代谢产物荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质的含量降低.在泥沙沉降过程中,下层水体中DOC、在波长为254 nm处的紫外吸光度(UV-254),以及DOM中荧光物质含量的变化量高于上层水体.     

秸秆焚烧物对黄土吸附五氯酚的影响研究

为研究添加秸秆焚烧物对黄土吸附环境激素的影响,以五氯酚（PCP）为目标污染物,采用批量实验法研究了PCP在黄土与添加秸秆焚烧物黄土上的吸附动力学、吸附热力学以及初始浓度、离子强度、粒径、pH值等影响因素.结果表明：添加秸秆焚烧物促进黄土对PCP的吸附,黄土与添加秸秆焚烧物黄土的动力学均较好的符合准二级动力学模型;其热力学吸附过程均更符合Freundlich吸附模型,且吸附等温线符合C-型;温度在25~45℃时,PCP在黄土与添加秸秆焚烧物黄土上的吸附平均自由能（E）小于8kJ/mol,说明其对PCP的吸附主要以物理吸附为主;PCP的吉布斯自由能ΔG^θ、焓变ΔH^θ和熵变ΔS^θ均小于0,表明该吸附属于自发放热且混乱度减小的过程;当pH值在3~7范围内时,PCP的吸附量随pH值升高而逐渐减小,而pH值在7~10范围内时,其吸附量逐渐增大;黄土对PCP的吸附量随其粒径的减小而增大;离子相同时,其浓度越高越有利于PCP的吸附;离子浓度相同时,黄土对PCP的吸附量随其价态的升高而增加.     

风浪扰动对太湖水体中砷在水相-悬浮物相之间分配的影响

在太湖冬季不同风速下(0.8、1.8、2.7、3.2、4.0 m·s-1)采集了不同深度(水深0.1、1.0和1.8 m,分别记为上、中和下层)的水样,测定了水体和悬浮物中的砷含量及水质参数,计算了砷在两相之间的分配系数,以期了解在太湖生物活动最低的阶段,风浪扰动作用对砷在水相和悬浮物相之间分配的影响.结果显示,随着风浪作用的加强,水体总砷含量有所增加,相应的悬浮物总砷含量及砷的分配系数降低,说明风浪作用可以降低悬浮物吸附砷的能力,以至于促进砷从悬浮物中的释放,进而使水体中的溶解态砷增加.相关性分析及变化趋势比较分析发现,砷分配系数的降低与在风浪扰动的影响下悬浮物浓度和溶解氧的增加,以及叶绿素a浓度的下降有关.不同风速下各参数的垂向分布变化显示,风浪扰动对中下层的砷分配系数以及中层的悬浮物砷含量影响较大;风速变大时,中层溶解态砷含量升高,上层与下层溶解态砷含量降低;而风浪扰动作用对水体总砷的分层变化影响不大.悬浮物浓度、砷浓度及分配系数均在3~4 m·s-1风速下发生变化,且呈现与之前不同的分层特征.4 m·s-1可能是一个临界风速,在4 m·s-1以上的风速下风浪占主导作用,而4 m·s-1以下是湖流与风浪共同作用的结果.     

三峡库区石盘丘小流域氮磷输出形态及流失通量

小流域作为三峡库区非点源污染源头,是缓解水体水质恶化的重点防控对象.在三峡库区选取具有多种土地利用类型的石盘丘小流域为研究对象,对流域出水口断面水量水质进行连续监测,分析了小流域氮、磷污染物随降雨径流流失的浓度及形态变化特征,并计算小流域的污染物流失通量,分析影响氮、磷养分流失的主要人为和自然因素,对农业非点源污染特别是三峡库区的农业非点源污染研究具有相当重要的现实意义.结果表明,流域降雨量随季节变化明显,降雨多分布在4～6月,为小流域氮、磷流失的主要输出时期,占全年总氮、总磷负荷的58.94%和67.60%.石盘丘小流域年径流总量为8.02×10~4 m~3,总氮年流失通量为5.04 kg·hm~(-2),其中以硝态氮(2.54 kg·hm~(-2))为流失主体;输出总磷为0.534 kg·hm~(-2),可溶性总磷(0.422kg·hm~(-2))占总磷流失通量的79.00%.因此,对于石盘丘小流域来说,需要注意防范施肥和降雨期重合时水田氮磷流失.     

木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

宜兴市横山水库底泥内源污染及释放特征

为弄清宜兴市横山水库底泥内源污染及释放特征,对水库典型断面进行采样分析.结果表明,横山水库表层沉积物中的总氮、总磷和有机质的平均含量分别为2778 mg·kg^-1、899 mg·kg^-1和3.1%,内源污染严重,且水库下游沉积物的污染程度高于水库上游.磷形态分析结果表明,铁结合态磷（Fe-P）和铝结合磷（Al-P）是沉积物中的主要结合态磷,分别占总磷的质量分数为28%和39%.底泥活性磷（弱吸附态磷、有机磷以及铁磷之和）平均含量为255 mg·kg^-1,占总磷的质量分数为38%.底泥氮磷平均释放速率分别为18.0 mg·（m²·d）^-1和0.60 mg·（m²·d）^-1.相关性分析结果表明,沉积物有机质含量与磷酸根、氨氮、二价铁的扩散释放通量相关性显著（P<0.05）,说明沉积物中有机质的矿化可能是底泥氮磷释放的主要影响因素.     

桑沟湾表层沉积物性质及对磷的吸附特征

通过研究桑沟湾表层沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温线,并结合沉积物的表面电荷性质及磷的形态分析,考察了沉积物对磷的吸附性能和吸附机制.结果表明,桑沟湾表层沉积物对磷的吸附过程包括快吸附过程和慢吸附过程,可用快慢二段一级动力学方程描述,等温线符合Langmuir交叉式模型.夏季沉积物样品的最大吸附量高于春季样品,粒级较小的沉积物吸附能力较强.沉积物样品对磷的最大吸附量Qm在0.047 1~0.123 0 mg·g-1之间,吸附/解吸平衡磷浓度(EPC0)范围在0.059 6~0.192 7 mg·L-1,沉积物充当"磷源"的作用.不同站位表层沉积物中无机磷(IP)是磷在沉积物中的主要赋存形态,吸附后的沉积物样品中弱吸附态磷(Ex-P)、铁结合态磷(Fe-P)明显增加.吸附过程包括物理吸附和化学吸附,以物理吸附为主.     

不同粒径污泥生物质炭对水体中Zn污染的吸附效应研究

为了探究3种不同粒径的污泥生物质炭(S1:大粒径 0.165 mm;S2:中粒径为0.025～0.165 mm;S3:小粒径0.025 mm)对Zn的吸附效率和固化稳定的机理,以此为污泥生物质炭在水污染控制方面的应用提供科学依据.利用实验室模拟法,研究不同反应时间、溶液初始pH和重金属浓度对生物炭吸附效果的影响,并运用四步萃取法分析生物炭上Zn的吸附形态.结果表明:①生物炭在4 h左右达到吸附平衡,吸附率呈先增加后平缓的趋势,最终吸附量S1S2S3;②溶液初始浓度为0～2 mmol·L~(-1)时Zn~(2+)的吸附量呈线性增长趋势,但随溶液浓度超过2 mmol·L~(-1)时吸附量开始趋于饱和;③3种不同粒径生物炭的水溶性组分Zn分别占总萃取量的1.70%、5.02%和7.47%,可交换态组分分别占25.27%、32.35%和27.29%,酸溶性组分分别占35.06%、38.63%和27.90%,非生物利用组分分别占37.97%、24.00%和37.34%.④污泥生物质炭的动力学吸附特征更符合准二级动力学吸附模型,单位质量的污泥生物质炭粒径越小吸附量越大;⑤污泥生物质炭的等温吸附特征更符合Langmuir模型,小粒径的生物质炭最大吸附量最优;⑥在酸性条件下随着pH的上升污泥生物质炭的吸附率在逐渐增加,碱性条件下吸附率的增加可能是形成锌的络合物沉淀导致的;⑦Zn的吸附形态以酸溶性和非生物利用态为主,水溶性占比较小.污泥生物质炭对Zn的吸附以化学吸附为主,S1吸附的Zn酸溶性组分和非生物利用组分占比最大,吸附效果较为稳定.     

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.     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

多种材料对水中氨氮的吸附特性

针对黑臭水体中氨氮难以去除的问题,选取沸石、麦饭石、硅藻土、膨润土和活性炭这5种材料,通过实验考察所选材料对水中氨氮的吸附性能.结果表明,准二级动力学方程更加适用于5种材料的数据拟合,得出最大吸附量分别为2. 067 3、0. 998 2、0. 758 0、1. 748 6和1. 016 0 mg·g~(-1),且接近实验值,因此化学吸附是主要的吸附方式;采用Langmuir和Freundlich等温方程对数据进行拟合,得出硅藻土更适合Langmuir等温方程,属于单层吸附,其他4种材料则更加适合Freundlich等温方程为多层分子吸附,且5种材料的吸附都为有利吸附;通过投加量实验得知,沸石、硅藻土、膨润土和活性炭对氨氮去除率随投加量增加而升高,最大去除率分别为100%、10. 46%、49. 25%和16. 87%,而麦饭石先升高后降低,投加量为0. 4g时,取得最大值为48. 85%;在p H为4～10,沸石和麦饭石吸附量先增加后减少,而硅藻土、膨润土和活性炭的吸附量缓慢升高; 5种材料氨氮解吸量随初始浓度升高而升高.     

水生植物生物质炭去除水体中氮磷性能

在富营养化水体的生物修复中,将产生大量的水生植物,如何进行合理的处置是需要解决的问题.本文采用水生植物制得生物质炭,并通过镁改性,提高了生物质炭对水体中氮磷的吸附性能.材料性质表征结果表明,镁改性不仅在生物质炭表面形成纳米MgO片层,增加比表面积,而且引入了羟基官能团促进对铵态氮的吸附.改性生物质炭对硝态氮和铵态氮的吸附过程均属于多层吸附,吸附等温线符合Freundlich模型.改性后生物质炭对磷的吸附机制由单层吸附变为多层扩散.改性生物质炭对硝态氮、铵态氮和磷的最大吸附量分别为5. 66、62. 53和90. 92 mg·g~(-1),其中对铵态氮的吸附量是未改性生物质炭的178倍.在磷、硝态氮和铵态氮共存时,改性生物质炭对其吸附量分别增加79. 1%、67. 5%和47. 1%.本文结果表明通过生物质炭制备可以实现水生植物资源化,并可回用于水体氮磷污染的修复,具有很好的应用前景.