黄河包头段不同粒径沉积物分形校正下重金属的吸附研究

推导了分粒级的表面分形维数计算公式,根据推导公式计算了分粒级沉积物的分维值.应用已有的表面分形分维计算公式分别计算了黄河包头段沉积物整体的表面分形分维(1.91)及＜63 μm粒级的分维值(1.36),揭示出黄河水环境的磨蚀和分选2个原因引起黄河包头段沉积物低的分维值.用分形校正吸附模型、Freundlich和Langmuir吸附模型对黄河包头段重金属分粒级沉积物吸附进行了拟合,表明分形校正吸附模型具有较好的适用性,同时揭示分形校正吸附模型与MEA理论结合能更好的对热力学吸附结果进行描述;由吸附结果分析得出4种重金属因粒径引起的吸附量变化程度序列为Cu＞Pb＞Zn≈Cd,初始浓度高的吸附量曲线变化较初始浓度低的曲线变化明显,同时指出Cu、Pb的吸附主要与矿物组成有关,而Zn、Cd的吸附则与吸附剂沉积物空间几何性质(或沉积物表面物理特征)有关.     

引黄水库沉沙条渠沉积物的表面理化及分形特征研究

研究了引黄水库沉沙条渠泥沙沉积物的表面微观形貌和孔表面分形特征.采集了引黄供水鹊山水库沉沙条渠6个泥沙沉积物样品,对其粒径、形貌、孔隙结构、表面元素分布及分形特征进行分析,目的是考察由不同模型计算的颗粒孔表面分形维数和标度空间存在差异的原因,探讨这些颗粒表面微观形貌对其表面元素分布的影响.结果表明,泥沙沉积物颗粒的平均...     

上海市大气可吸入颗粒物的粒度分布分形特征

采用分形维数定量表征颗粒物的粒度分布的方法,计算2005年上海市大气可吸入颗粒物粒度分布的分形维数,分析不同采样点颗粒物粒度分布分形维数的变化与可吸入颗粒物粒度分布的关系,讨论采样时气象条件等因素对颗粒物粒度分布分形维数的影响;推导大气颗粒物的粒度分布分形维数与颗粒物表面吸附性能之间的关系,并结合部分金属元素的含量进行讨论.结果表明,上海市可吸入颗粒物粒度分布的分形维数在0.6506～2.9254之间,并且相对湿度较大,风力较小均会使颗粒物的粒度分布分形维数减小;粒度分布分形维数值越大,颗粒物中细颗粒物越多,粒度分布分形维数较好地表征了颗粒物的粒度整体分布.粒度分布分形维数和颗粒物比表面积等物理性能有直接关系,粒度分布分形维数值越大,细粒子所占的比表面积越多,对有毒有害污染物吸附更多.     

对硝基苯酚在沉积物上的吸附特征---吸附等温线和吸附热力学

研究了对硝基苯酚在不同沉积物上的吸附等温线,比较分析了Linear方程、Freundlich方程和Langmuir方程描述吸附等温线的准确性和稳定性结果表明,Iinear方程更适合描述沉积物吸附对硝基苯酚的等温线对硝基苯酚在沉积物上的吸附主要是溶质在沉积物有机质中的分配,其吸附热为-7 8 kJ@mol-1,主要的吸附作用力为疏水键力.对硝基苯酚在18个沉积物有机质上吸附自由能改变量为-5 4--7.2kJ@mol-1.标准自由能的变小是对硝基苯酚在沉积物有机质上吸附的推动力.     

不同营养水平沉积物在不同pH下对磷酸盐的等温吸附特征

研究了不同营养水平沉积物在不同pH下对磷酸盐的吸附等温线,分别采用了线性和非线性2种方法拟合吸附等温线,并分析比较了2种方法的适用性.结果表明:①不同营养水平沉积物对磷酸盐的吸附量在接近中性时最大,酸性和碱性条件下均下降,污染严重的沉积物对磷酸盐的吸附受pH影响较污染轻的大;②不同pH下,不同营养水平沉积物对磷酸盐的吸附等温线没有明显规律;③沉积物对磷酸盐的吸附行为采用线性和非线性拟合均存在不足,不能仅仅根据R2和X2的大小进行拟合方程的适用性比较;④为了获得更为真实可靠的拟合结果,可以利用线性和非线性方法分别进行拟合,而每一种拟合方法也要同时采用多种拟合方程,在对多个拟合结果比较的基础上确定更符合实验数据的拟合方程.      

ABR成熟颗粒污泥的分形特征与尺度效应

建立了基于SEM照片研究ABR成熟颗粒污泥分形特征的操作程序,采用Photoshop、Newscan和Fips程序对该图形进行处理和分形维数计算.颗粒污泥的计盒维数值处于1.85以上,第3格室和第5格室形成的颗粒污泥较为致密.不同格室颗粒污泥边界的计盒维数的值在1.10左右,表明它们的边界或表面是不规则的,而且第1格室和第5格室形成的颗粒污泥的表面不规则程度高一些.颗粒污泥边界的圆规维数计算结果也表明其表面是不规则的,而且每一个颗粒污泥都存在2个分形维数的尺度区间,有的区间跨度达一个数量级.另外,不同的计算维数的方法会导致结果的差异.建立不同尺度域下的分形维数与颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系将具有重要意义.     

基于分形维数权重的南水北调东线源头水质评价研究

水质评价问题的实质是对水质现状和各评价因素间的函数关系的逼近,是一种复杂的非线性问题.针对水质评价指标之间的非线性关系,提出了基于分形维数权重的水质评价方法.为有效地评估南水北调东线源头的水质现状,首先选取影响水质评价的7个主要因素,根据标准等级水体分类标准,采用在等级标准中随机内插的方法,得到50个标准等级样本,并根据样本综合评估值与经验等级之间的关系建立分形插值评价模型;最后,以长江江都市芒稻河断面2001—2008年的年平均水质监测数据为例对模型进行验证.结果表明,该方法可以通过分段函数得到每个样本的具体得分值,因而具有较高的分类精度,为水质评价提供了一种较好的新方法.     

表面活性剂对DDT在胶州湾沉积物上吸附行为的影响

采用批量定时取样法和批量平衡法,研究了低浓度阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）存在下胶州湾沉积物对DDT的吸附特性及机制.结果表明,吸附过程符合伪二级动力学方程,吸附等温线可用Freundlich等温式较好地描述.在实验浓度范围内,SDBS和CTAB均利于DDT在沉积物上的吸附,且吸附速率和吸附能力均随SDBS和CTAB初始浓度的增加而增大,其中CTAB的影响更为显著.以p,p＇-DDT为例,当SDBS的浓度为10mg.L-1时,吸附速率常数k2由1.232×10-2 g.（μg.min）-1提高到4.193×10-2 g.（μg.min）-1,KF由2.866（μg.g-1）（L.μg-1）1/n增加到7.932（μg.g-1）（L.μg-1）1/n.另外本研究还分析了SDBS存在下温度对吸附过程的影响,结果表明,在283～308 K范围内,较低的温度有利于DDT的吸附,该吸附是一个自发的、放热的、熵增加的物理吸附过程,SDBS的存在使DDT在吸附过程中的ΔG0、ΔH0值更负,ΔS0值更小.该研究可为DDT在胶州湾中的迁移转化及其归宿提供一定的理论基础.     

改性蒙脱土颗粒吸附直接染料的分形特征

研究了改性蒙脱土颗粒(050823和MMT35)吸附2种直接染料(直接耐晒黑G和直接大红4BE)的吸附特性,并从类分形动力学规律、颗粒吸附染料前后的表面分形特征变化等方面对上述吸附过程进行了探讨.结果表明,颗粒对染料的吸附可分为快速的边缘覆盖和缓慢的晶层吸附2个过程.整个吸附过程符合准-二级反应动力学方程,并且染料进入晶层的吸附阶段具有类分形特征.除MMT35-直接大红4BE染料吸附体系外,Freundlich、Langmuir吸附等温模型的非线性方程、不同形式的线性方程及分形Langmuir模型对其余3个吸附体系(050823-直接耐晒黑G、050823-直接大红4BE、MMT35-直接耐晒黑G)等温线数据的模拟均取得了较好的效果,其中,非线性方程是获得统一模型参数较好的方法.此外,染料分子主要通过静电引力/斥力和范德华引力的综合作用吸附在颗粒上,并通过晶层膨胀和开孔作用,使颗粒表面粗糙度增加,相应的表面分形维数Ds升高.     

中国东部河流沉积物样品表面性质的初步研究

实验测定和分析了我国东部地质和地理条件相差悬殊的11条主要河流的11个表层沉积物样品（＜63μm)的比表面、表面位、表面电荷、表面电位和表面酸度常数，研究了地域差异，比较了天然沉积物与纯矿物表面性质的差异，并讨论了天然水体沉积物表面性质与主要地球化学性质之间的相关性。     

颗粒物表面酸碱特性与孔表面分形的研究

通过电位滴定试验,证明了5种颗粒物的表面存在着一定量的OH-受体,其表面位浓度(Hs)在0.1219～0.3134 mmo.·L-1之间,表面位密度(DoH)在0.8586～2.1305个·nm-2之间,且不同采样点的颗粒物,其表面位浓度和表面位密度差别很大.所采集的5种颗粒物的孔结构接近平行板狭缝,孔尺寸分布不是均一的,平均孔径分布范围较宽(1.8～76nm);BET比表面积为9.5669～34.5605 m2·g-1,累积脱附孔体积为0.01729～0.06711 cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为5.6768～7.7388nm,处于中孔范围,且平均孔径均大于其PSD峰值对应的孔径.通过分形FHH方程模拟N2吸附和脱附等温线数据计算出这些颗粒物的孔表面分形维数Ds比较接近(2.68～2.82之间),但它们的分形标度区间不同.另外,采用热力学模型和分形FHH理论计算出的表面分形维数的差异主要归因于这些样品孔尺寸分布的不均一性.     

颗粒物微界面吸附模型的分形修正--朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型

运用分形理论修正了颗粒物微界面吸附模型,建立了朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型的分形吸附等温线方程式．其中,朗格缪尔(Langmuir)吸附等温线的分形表达式为：Γ=ΓmCc^1/m／(b^m Cc^1/m),指数m与颗粒物表面分维Ds的关系如下：m∝ac^D/2-1∝ro^Do-2;表面络合模型的分形表达式为：Γ=ΓmCs^(n/x)/(b^(n/x) Cs^(n/x)),而且lgb=lg(ks／kb) pH,指数x／n与颗粒物表面分维Ds的关系如下：x／n∝0^D/2-1∝r0^D-2;相应的弗伦德利希(Freundlich)吸附等温线的分形形式分别为：Γ=(Γm／bm)Cs^1/n,Γ=(Γm／b^(x/n))Cr^(n/x),通过对献中的数据的模拟初步讨论了分形模型的适用性,结果表明,它们具有更接近于实际的描述微界面吸附过程的能力,通过lg(x／n)=lgk’ (Dn-2)lgro计算出土壤颗粒和尾矿砂颗粒的表面分形维数分别为2．42和2．72。     

滇池表层沉积物对磷的吸附特征

在室内模拟条件下,从滇池表层沉积物对磷的吸附动力学与热力学两个角度出发,研究了滇池沉积物对磷的吸附特征,同时探讨了不同磷形态对磷吸附特性的影响,结果表明:1滇池不同形态磷含量顺序为:有机磷钙(O-P)钙结合态磷(Ca-P)金属氧化物结合态磷(Al-P)残渣态磷(Res-P)可还原态磷(Fe-P)弱吸附态磷(NH4Cl-P);2沉积物对磷的吸附动力学过程分为2个阶段,即快吸附和慢吸附阶段.快吸附阶段主要发生在0~0.5 h内,而慢吸附阶段主要发生在0.5~4 h.滇池沉积物对磷的吸附过程主要在4 h内完成.3外海北部上覆水磷酸盐(SRP)浓度低于沉积物中磷的吸附/解吸平衡浓度(EPC0),可初步判断该区域沉积物有向上覆水体释放磷的风险.4不同区域沉积物磷的最大吸附量(Qmax)和总最大吸附量(TQmax)均以外海南部最大.5沉积物本底吸附态磷含量(NAP)与钙结合态磷(Ca-P)呈显著正相关关系(R2=0.5139,p0.05),而其他吸附特征参数与磷形态之间相关性均不显著.6与洱海、太湖等湖泊相比,滇池沉积物磷的本底吸附态磷(NAP)和最大吸附量(Qmax)均处于较高水平,磷污染较为严重.     

小柴旦湖表层沉积物粒度分布特征

柴达木盆地分布着的大量浅水盐湖,是重建过去全球变化的重要载体。盐湖沉积物粒度的测定及其解释对湖水动力学、地貌学和沉积学的研究具有十分重要的意义;粒度作为湖泊沉积物中最直接的物理指标,在不同的湖泊中存在着多解性,因此,系统地研究不同湖泊表层沉积物的粒度空间分布特征十分必要。本文以柴达木盆地的小柴旦湖为研究对象,对湖泊中23个表层沉积物样品进行粒度分析,并结合2个风成砂样品和1个湖泊钻孔样品(XCD3),系统研究其表层沉积物粒度特征,探讨可能影响粒度分布的外力因素。结果表明:(1)在两条采样路线上,样品粒度随水位深度增加逐渐变细,其平均粒径的变化范围自50.2μm至5.3μm,说明小柴旦湖这类小型浅水盐湖的沉积特征符合湖泊中湖滨至湖心沉积物颗粒逐渐变细这一规律;(2)凡是湖泊水深超过200 cm的样品,粒度频率分布曲线具有较高的一致性,表明在小柴旦湖中较细颗粒主要赋存于深水区,指示深水区沉积环境相对稳定;(3)湖滨浅水区沉积物颗粒特征复杂,粒度频率分布曲线呈多峰态,可能受洪积扇、植被和风浪的影响。选取柴旦气象站1956—2013年气象数据中极大风速计算风浪对水体的影响,最大影响深度为0.4 m,说明湖滨深度小于0.4 m的区域受风浪影响。结合湖泊表层沉积物及周围风成砂粒度特征,对小柴旦3(XCD3)钻孔沉积物粒度特征进行分析,发现:钻孔中68—70 cm和77—80 cm层位粒度特征指示水位快速下降,湖泊干涸并沉积风成砂;其余层位均表现为相对稳定的湖相地层,湖泊水位与现代相近。     

Comparison of Pb and Cd adsorption to the surface coatings and surficial sediments collected in Xianghai Wetland

Surface coatings and surficial sediments were obtained in four natural waters in Xianghai Wetland in China to study the role of surface coatings and surficial sediments in controlling the transporting and cycling of heavy metals in aquatic environments. Pb and Cd adsorption to the surface coatings and surficial sediments were measured under controlled laboratory conditions(mineral salts solution with defined speciation, ionic strength 0.0.5 mol/L, 25℃ and pH 6.0 for surface coatings: and 0.00.5 mol/L CaCl2 solution, 25℃ and pH 6.0 for surficial sediments). The Langmuir adsorption isotherm was applied to estimate equilibrium coefficients of Pb and Cd adsorption to the surface coatings and surficial sediments, and the component analyses of surface coatings and surficial sediments were also carried out.Correlation analyses between the maximum adsorption of Pb and Cd (Гmax) and the components in the surface coatings and surficial sediments suggested that there was a statistically significant trend for Pb and Cd adsorption(Гmax) to the surface coatings to increase with increasing in contents of Fe and Mn oxides in the surface coatings and surficial sediments. And the metal adsorption abilities of surface coatings were much stronger than those of surficial sediments, highlighting that in the same water, i.e. at the same pH and initial metal concentrations, the metals(such as lead and cadmium) in supernatant were feasible to be adsorbed by surface coatings than surficial sediments. The more importance of surface coatings than surficial sediments for adsorbing and cycling of heavy metals in aquatic environments was evidenced.     

楚科奇海陆架区表层沉积物放射性核素的分布

对中国首次北极科学考察期间在楚科奇海采集的9个表层沉积物样品进行了γ谱分析。结果表明,2 1 0 Pb的比活度介于16.0～76.6Bq·kg 1 之间,平均为3 6.9Bq·kg 1 ,低于大多数中低纬度区表层沉积物的2 1 0 Pb比活度,反映出研究海域低的大气2 1 0 Pb输入通量。2 2 6 Ra、1 37Cs、2 38U的放射性比活度范围和平均值分别为11.4～2 0 .9、1.7～2 .9、3 2 .4～5 3 .4Bq·kg 1 和17.6、2 .2、44 .4Bq·kg 1 。研究海域表层沉积物中的2 2 6 Ra/2 38U ) A .R .介于0 .3 5～0 .47之间,低的2 2 6 Ra/2 38U) A .R .表明U、Ra的地球化学行为存在差异。2 1 0 Pb、2 1 0 Pbex、1 37Cs、4 0 K比活度和灼烧失重率均随离岸距离的增加逐渐减小,而2 2 6 Ra和2 38U则具有各自不同的分布特征,分别与研究海域表层沉积物Si和Ca的分布比较类似。对核素间相关关系的分析表明,研究海域表层沉积物中1 37Cs和2 1 0 Pbex含量与灼烧失重率之间存在良好的线性正相关关系,证实有机物质在2 1 0 Pb、1 37Cs的生物地球化学循环中起着重要作用。     

福建山美水库表层沉积物不同形态硅分布特征及其环境意义

采用Tessier连续提取法研究了亚热带典型山区深水水库-福建泉州山美水库沉积物中不同形态硅(可交换离子态硅[IEF-Si]、碳酸盐结合态硅[CF-Si]、铁锰氧化物结合态硅[IMOF-Si]和有机硫化态硅[OSF-Si])的时空分布特征及其环境意义.结果表明,山美水库平水期、丰水期、枯水期表层沉积物中不同形态硅总含量分别为3043.50~4414.24,2711.17~3676.89,3198.44~4444.28mg/kg,平水期>枯水期>丰水期;其空间分布特征为:库尾区>水库中部区>近坝区>入库区.该水库中IEF-Si和CF-Si相对含量少,活性大.虽然可交换态硅的含量较少,其释放潜能有可能对水生生态系统营养状况及初级生产产生影响;CF-Si对环境因子尤其是pH值特别敏感;IMOF-Si和 OSF-Si相对含量高,IMOF-Si可能是山美水库硅补充的最主要途径;而OSF-Si是比较稳定形态的硅,其分布规律与受不同时期沉积下来的沉积物类型和环境影响有关.平水期、丰水期CF-Si与IMOF-Si呈显著正相关关系(P<0.05,r=0.728;P<0.05,r=0.672),丰水期、枯水期IMOF-Si与OSF-Si均呈显著正相关关系(P =0.05,r=0.757; P <0.01,r=0.832).     

淀山湖沉积物PAHs季节分布与风险度指数评价

对淀山湖湖体6个站位表层沉积物中多环芳烃（PAHs）进行了季节测定,结果表明,16种美国EPA优先控制的PAHs均有检出,PAHs总含量（干重）波动范围54.6~1331.2ng/g,均值373.4ng/g.与国内外大多数湖泊相比,淀山湖沉积物中PAHs含量水平属中等偏下.总含量季节变化大体为冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季.另对出入湖口河流6个站位表层沉积物中PAHs含量测定,表现为入湖口 > 出湖口 > 湖体,季节变化特征与湖体相一致.PAHs环数所占比重为4环 > 5~6环 > 2~3环,采用特征比值法进行源解析,其主要来源是煤炭和生物质的不完全燃烧,主因子分析显示贡献率为80.22%.基于沉积物质量基准法（SQGs）,提出一种PAHs风险量化评价新方法--风险度指数法（RIM）,用此方法风险评价表明,部分单体（Acy、Ace、Ant和BaA）风险度指数RI为3.09~3.29,属中等风险水平,大多数PAHs单体风险度指数RI为0.79~2.73,相对处于中低风险水平,总体PAHs风险度指数TRI为2.64,污染状况处于中低风险水平.淀山湖作为上海市一个重要水源地,PAHs污染的潜在风险仍不可忽视.     

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.