高含沙紊动系统中泥沙铜的相互作用及其垂向浓度分布

采用谐振式紊动模拟装置 ,通过格栅以一定振幅、不同频率的往复运动 ,在水体中形成均匀紊动场 ,研究紊动对高浓度固液两相系统中泥沙 (黄土 )与铜的相互作用及其垂向浓度分布的影响 ,投沙量 (S)范围为 5kg/m³～800kg/m³.结果表明 ,在均匀紊动条件下 ,黄土对铜的吸附量在S =10kg/m³ 处出现峰值 ,而后随着投沙量的增加而快速下降 .这可能是铜的专性吸附、马兰黄土富含碳酸钙而导致铜的碳酸盐和氢氧化物沉淀 ,以及泥沙浓度效应等过程的共同作用所致 .水相铜浓度随S从 5kg/m³增加到 200kg/m³时快速下降 ,在S>200kg/m³ 的高含沙条件下继续下降趋于 0 .高浓度泥沙紊动水体中 ,水相铜浓度和泥沙吸附铜量的垂向分布分别表现出均匀和波动的不同特点 ,实际含沙量的垂向分布在S<100kg/m³时比较均匀 ,在S>200kg/m³时自上而下逐步增加 .     

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.     

黄河泥沙吸附砷污染物室内静态试验

黄河是典型的多沙河流,其水体中砷的来源有自然本底砷和外来砷2种.随着砷污染的日益加剧,给黄河流域生态环境和饮用水安全构成巨大威胁.黄河泥沙对砷污染物具有吸附能力,其吸附量取决于砷污染物在水、沙两相间的分配比例.为了研究自然状态下黄河泥沙对砷的吸附规律,以黄河原型沙为对象,采用静态吸附微污染含砷废水试验,考察了接触时间、含沙量、泥沙粒径对泥沙吸附砷能力的影响.结果表明:①当含沙量在200 kg/m3以下时,泥沙对砷的吸附在5 min以内基本达到吸附平衡;②相同含沙量情况下,细沙对砷的吸咐量最大,中沙次之,粗沙最小;③同一颗粒级配下,泥沙对砷的吸咐量随含沙量的增加呈对数增长.      

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。     

污染河流悬沙与铜、锌污染相关性研究

通过对矿区选矿废水污染的河流水样和悬沙进行采样,分析悬沙、铜、锌质量浓度,探讨河流悬沙与铜、锌之间的相关关系,是有重要现实意义的.研究结果表明:河流水质铜超标严重,丧失了作为农业用水的使用功能.水中铜污染物量与悬沙量相关关系,锌污染物量与悬沙量相关关系都是极显著的.经过曲线回归方程拟合,锌污染物量与悬沙量之间的回归关系比铜污染物量与悬沙量之间的回归关系显著,有3个曲线方程较优,即:对数方程、二次多项式方程、三次多项式方程.据此,通过测定污染河流悬沙量可以粗略地估算水中锌污染物量.     

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.     

粉煤灰基质复合滤料吸附Mn^2＋试验研究

以粉煤灰基质复合滤料为吸附材料,通过单因素和正交实验相结合的实验方法,考察了吸附滤料投加量、吸附时间、原水初始浓度、振荡频率、温度等因素对除锰效果的影响。从单因素实验可知：随着滤料质量的增大,Mn2＋去除率在开始时增长幅度较大,后来逐渐趋于平缓。在正交实验中固定滤料投加量为300 g/L,发现在锰离子的吸附过程中,吸附时间的影响最大,随后分别是原水浓度和温度,振荡频率的影响程度最小。     

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。     

NaCl改性沸石对水中氨氮的吸附机制

通过颗粒强度测定、扫描电镜分析（SEM）、X射线能谱分析（EDS）和零电点测定（pHPZC）考察改性前后沸石表面特性的变化,考察pH值、沸石投加量、初始氨氮浓度以及温度对吸附过程的影响,并通过吸附等温式和吸附动力学对吸附机制进行描述.经过NaCl改性后的沸石的颗粒强度明显增大,表面更加粗糙,孔径增大,钠离子通过交换作用进入到沸石内部.pH值为7,沸石投加量为8g/L,温度为35℃时吸附效果最好,平衡吸附量（qe）与氨氮初始浓度呈正相关性.Langmuir等温线比Freundlich等温线更适合描述实验数据,最大饱和吸附量为13.210mg/g.吸附动力学符合准二级动力学模型.实验表明NaCl改性沸石能够有效去除水中的氨氮.     

Experimental study on sediment-copper distributions in hyper-concentrated turbulent solid-liquid system

This study presents a special problem on vertical distribution for sediment and copper in hyper-concentrated turbulent solid-liquid system that is essentially different from the ordinary low-concentrated turbulent system. A resonance type turbulent simulation equipment is used for the experimental study in which a vertically uniform turbulent field of the mixture of loess and water is produced in a testing cylinder with a grille stirrer that moves up and down harmoniously with varying vibration frequencies, in order to compare the variations of the vertical profiles of sediment and copper in low- and hyper-concentratod solid-liquid system, different scenarios for input sediment content ranging from 5 to 800 kg/m^3 was considered in the experimental studies. It was found that solids copper content increases with input sediment content, So, and reaches its peak as So goes to 10 kg/m^3 and then decreases rapidly with increasing input sediment content. Such a behavior is possibly resulted from the joint effect of the specific adsorption of copper on loess, precipitation of carbonate and hydroxide of copper due to high carbonate content in the loess and the so-called ＂particulate concentration effect＂ due to the present of the sediment variation in water. The vertical sediment concentration distribution resulted from the uniform turbulence is generally uniform, but slight non-uniformity does occur as sediment concentration exceeds certain value. However, the vertical concentration distributions of soluble copper seem not to be affected much by the variation of sediment concentrations.     

底泥扰动下藻类对不同形态磷在水体中分布的影响

研究了反复扰动与藻类共存条件下,水体中溶解性磷、颗粒态磷、生物有效磷的分布规律,并分析了颗粒物质物理化学吸附与藻类生物利用对水体中磷消失的贡献率.结果表明,扰动抑制了水体中藻类生长,叶绿素a增加量仅为3.53μg/L(初始30μg/L)和4.80μg/L(初始120μg/L),而无扰动下该值分别为21.36μg/L (初始30μg/L)和14.49μg/L (初始120μg/L).并且,溶解氧水平和pH值均低于无扰动状态.扰动导致水体中总磷和颗粒态磷显著增加,但溶解性总磷(DTP)和溶解性磷酸盐(DIP)均有所降低.对于DTP而言,扰动状态下,颗粒物质吸附占90%,而无扰动下,则降低至60%,相应地,藻类生物利用则增加至40%.无论扰动与否,BAP基本处于稳定状态,而BAPP占BAP的百分比则有所增加.扰动状态下BAPP占PP的百分比明显低于无扰动状态.这暗示了扰动对水体中磷迁移和转化的作用大于藻.     

珠江口淇澳岛海岸带沉积柱重金属分布特征及污染评价

为研究珠江口近30 a来的重金属污染状况,自伶仃洋淇澳岛海岸带采集了1个长108 cm的沉积物柱(ZH1)。分析了这些沉积物样品中12种微量金属的含量及粒度参数。结果表明,沉积柱中的重金属呈现四种垂向分布模式。有机质含量是大部分重金属垂向分布的主要控制因素。采用地累积指数法对沉积柱中各重金属元素污染的垂向变化进行了评价,结果表明,Cr、V、Be、Se、Sn和Tl基本上未受污染,而Cu、Ni、Pb、Zn、Cd和Co均受到了不同程度的污染,推测这些元素的污染与富集可能主要与上世纪80年代初起至今人类活动(工业、农业及生活)对珠江口产生的影响逐渐增加有关。另外,也与研究区位于珠江口西侧的水动力条件有关。     

氮在高含沙水向人工浅水湖泊补水期间的变化规律

外来补给水源的水质和作为污染物载体的悬浮颗粒物对人工浅水湖泊的影响备受关注.在2012年4月23～25日东昌湖引黄河水补水期间,从入湖口到出湖口的纵断面5个监测点同步监测流量、泥沙和溶解态氮、颗粒态氮含量,并于23日和26日在整个湖区12个监测点采集水样和底泥样进行不同形态氮含量分析.结果表明,补水导致入湖口附近的流速、悬浮颗粒物含量有明显的上升和回落,但影响范围有限;氮素的空间分布沿入湖湖流方向呈现一定的浓度梯度,入湖口附近水体、悬浮颗粒物和底泥中各形态氮含量比其他湖区高;从入湖口到出湖口的纵断面,补水阶段各种形态氮含量变化幅度依次降低,补水后溶解态和颗粒态总氮含量有不同程度的增加,其中颗粒态总氮增幅较大,受黄河补水影响显著.本次黄河补水氮素以溶解态氮为主,溶解态总氮∶颗粒态总氮=7.3∶1,溶解态氮形态以硝氮为主,颗粒态氮形态以氨氮为主.氨氮受外源补水和悬浮颗粒物吸附沉降影响较大,补水阶段悬浮颗粒物含量与颗粒态氨氮、总氮的相关系数是0.868、0.876,而硝氮受其影响不大.东昌湖底泥氮主要以有机氮形式存在,其输入源是黄河水及泥沙颗粒.     

不同雨强下黄土裸坡水-沙-氮磷流失耦合模拟

采用室内人工模拟降雨试验研究6种雨强3种坡度下黄土裸露坡面水沙及氮磷养分流失规律.结果表明：1）降雨强度与土壤入渗速率,坡面产流产沙量的线性拟合决定系数均大于0.8,有较好的正相关关系;2）25°黄土坡面下：NO₃^--N初始浓度较高,随降雨历时呈波动性减少,具有明显的初期冲刷效应;NH₄⁺-N初始流失浓度由90mm/h雨强下0.6057mg/L增至120mm/h的1.3076mg/L,但其浓度随降雨历时均不断减小;TN流失浓度在雨强为90,105和120mm/h时分别为0.6056,0.8011和1.3076mg/L,随雨强增大而增大;TP初始流失浓度在105mm/h时最大,90mm/h时最小,且不同雨强下TP流失浓度相互交错,不稳定;3）养分流失与坡面产流量具有较强的线性相关性,与产沙量呈显著的幂函数关系.15°坡面时,氮素流失在6种雨强下均以颗粒态为主,平均约占72%,但在雨强增大过程中,颗粒态所占比例先减少后增加;而磷素流失颗粒态所占比例均大于90%,与降雨强度和坡度均没有直接关系.     

天津市居民区不同材质屋面降雨径流污染特征分析

选取天津市居民区典型材质(油毡、塑钢和水泥瓦)屋面下垫面,对其降雨径流污染特征和污染物初期冲刷效应进行了分析,并考察了不同类型材质屋面降雨径流中颗粒物分布及主要污染物赋存形式.场次降雨径流平均浓度分析结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度顺序为油毡屋面＞水泥瓦屋面＞塑钢屋面;颗粒物是降雨径流中...     

潮间带沉积物粒度空间分异及其与TC、TN的空间相关性分析

以辽河口潮间带典型区域作为研究对象，借助现场调查、实验分析、地统计分析和数理统计分析方法，分析了沉积物粒度组成、特征与沉积物营养元素的空间分异之间的相关关系，结果表明:沉积物粒度组成、特征参数在空间分布上呈现由陆向海的梯度变化趋势；沉积物TC和TN在空间分布上与沉积物粒度组成及分选特征具有较强的相关性；发现沉积物粒度参数能够对营养元素进行有效的指示，黏土物质对TC指示作用要强于TN，而分选系数对TN的指示作用要强于TC。本文研究证实了沉积物对环境要素的指示作用，同时也验证了在区域小尺度沉积物对营养元素空间分布的影响。