黄河泥沙与重金属污染物相互作用研究现状

20世纪80年代以来,国内外学者对重金属在泥沙颗粒上的吸附、解吸研究都很活跃,且取得了不少成果,研究内容包括吸附动力学方程、泥沙和水环境特征(泥沙粒度、矿物成分、pH值、温度等)对吸附的影响、水体中重金属的化学稳定性等。粗细不同的泥沙对重金属污染物的吸附能力差异很大,泥沙颗粒越细,比表面积越大,吸附能力越强;在同一重金属初始浓度下,重金属从溶液中的去除量随pH值的升高而增加;水体中含沙量增加时,单位泥沙对重金属的吸附量先增加后降低。     

河流泥沙吸附磷的研究现状与展望

输送水流泥沙和营养物质是河流的主要功能之一。大坝等水利工程拦截泥沙的同时,改变了河流营养物质的迁移和转化。从国内外近20 a泥沙吸附磷的相关研究文献可以看出:泥沙对磷的吸附与泥沙颗粒的理化性质、水体初始磷浓度、含沙量以及环境因子等相关,即颗粒越细,表面吸附位越多,更有利于磷的吸附;水体初始磷浓度越高,吸附量越多;含沙量越大,总吸附量越大,单位质量泥沙吸附量越少;泥沙吸附磷的机理模型主要有热力学模型和动力学模型两类,Langmuir模型和Freundlich模型在等温吸附中应用较广;二级动力学模型对泥沙吸附磷的全过程拟合程度更高;在河流生态系统中,泥沙吸附的磷以颗粒态磷的形式作为生物可利用磷的储备,间接影响水生生物的生长。颗粒态磷与水生生物的生长关系、吸附量与含沙量等多因子的动力学模型在今后有待进一步研究。     

泥沙粒径对铜离子吸附贡献率的影响研究

含有重金属的工业废水排放到河道中,通过河道底泥的吸附作用,不断累积到底泥中,对环境和人类健康构成威胁。研究河涌底泥重金属吸附特性,对于解决重金属污染问题具有科学意义和现实价值。该文通过研究泥沙粒径对底泥吸附铜离子的影响规律,分析泥沙粒径对于铜离子的吸附量和吸附速率的影响特征。结果表明:在相同条件下,随着泥沙粒径的增大,泥沙对铜离子吸附速率的贡献率随之增大,粗颗粒泥沙的吸附速度要比细颗粒泥沙的迅速的多;而随着粒径的增大,泥沙对铜离子吸附量的贡献率随之减小,细颗粒泥沙的吸附量则远大于粗颗粒泥沙。     

泥沙粒径对重金属污染物吸附影响的研究

本文系统研究了不同粒径泥沙颗粒对重金属污染物的吸附作用，粗细不同的泥沙对重金属污染物的吸附能力差异很大，因此研究天然河流泥沙吸附能力必须考虑泥沙组成的非均匀性和各级泥少的含量，度量泥少量粒吸附能力的标准主要是吸附活性组分的含量，而不仅是粒径大小。     

泥沙级配与成分对磷吸附作用影响试验研究北大核心CSCD

泥沙是水体中磷元素的重要载体,研究泥沙自身特性与磷吸附作用的相关关系对于了解磷在水体中的输运过程具有重要意义。为更加清晰地揭示不同级配和组分对泥沙吸附磷的影响机理,采用江苏沿海现场采集的泥沙进行恒温振荡试验,研究不同中值粒径和黏土含量的泥沙对磷的平衡吸附量和对固体浓度效应的响应。研究结果表明,黏土是泥沙对磷吸附作用的关键,黏土含量高的泥沙对磷具有更强的吸附能力,以黏土含量为变量的公式能更好地表现泥沙对磷的吸附现象。对于粗颗粒和细颗粒泥沙,固体浓度效应均导致单位质量泥沙对磷吸附量下降,在0.5~2.5 g/L的泥沙浓度范围内,两者响应趋势存在差异。     

动水条件下悬浮态泥沙颗粒吸附TP规律探讨

水体中悬浮泥沙颗粒是氮、磷等营养元素在水中迁移转化的重要载体,已有的泥沙颗粒吸附研究多是针对污染物浓度较高的水体,较低水体中研究较少.因此,选择水体富营养化限制因子TP作为研究对象,根据香溪河泥沙含量及粒径分析结果,利用香溪河原水配取不同TP浓度的水样以及速度可控的搅拌装置模拟间歇性水流紊动,通过室内实验探讨低浓度水体中泥沙吸附机理.结果表明:在存在间歇扰动条件下,低TP浓度水体中达到吸附解吸平衡时间为5d左右,远慢于高浓度水样中的8h左右;单位泥沙吸附量与时间(单位为d)呈对数曲线关系,与水样中初始TP浓度基本呈线性关系;在无外界输入源或外界输入源可以忽略时,不考虑水体含沙量随时间变化,单位泥沙吸附量与水样中瞬时TP浓度呈线性关系.     

颗粒态和溶解态磷浓度计算公式的推导与验证

河流水体中的含磷营养物质与较细颗粒的悬移质泥沙发生吸附作用,将对水质循环过程产生影响。基于拟合磷与泥沙颗粒吸附过程的Langmuir方程和修正Langmuir方程分别推导了计算颗粒态磷(PP)和溶解态磷(DP)的计算公式。并采用香溪河泥沙样品的磷吸附实验数据和野外观测数据验证了推导公式,计算结果与实测值符合良好。研究结果表明:当悬移质泥沙浓度较低时,可采用线性吸附方程近似计算颗粒态和溶解态磷浓度,但当悬移质泥沙浓度较高时,需要采用本研究推导的计算公式,特别是解吸和吸附现象并存时,需要使用基于修正的Langmuir模型推导的计算式。研究成果可用于水质或水生态模型建模。     

河流悬移质对含磷污染物吸附试验研究

以悬移质泥沙为试验用沙，以水体中常见的营养物质磷为模拟污染物，通过试验研究了含磷污染物水相初始浓度对磷平衡吸附量的影响和含沙量对含磷污染物吸附等温线的影响。结果显示，泥沙对含磷污染物的平衡吸附量大致随水相磷初始浓度的增大而增大；而含沙量对磷吸附等温式的参数没有显著影响。     

非黏性沙级配对浊度法测量含沙量的影响

利用浊度仪测量水流含沙量时,泥沙颗粒级配和矿物成分是影响浊度仪标定结果的主要泥沙因素。采用黄河原型非黏性沙配制不同粒径、不同含沙量浑水水体,开展固定粒径、粗细沙、混合沙等多组次试验研究,对黄河天然沙粒径及级配对浊度仪输出浊度的影响进行定量分析和机制探讨。结果表明:固定含沙量条件下,非黏性泥沙粒径对水体浊度的影响特征符合Mie散射定律;含沙量变化对浊度仪输出浊度的影响数量级为10～10²,泥沙颗粒粒径变化对浊度仪输出浊度的影响数量级为10^-1～1;相同含沙量条件下,悬沙比表面积与浊度仪输出浊度符合线性分布。建立了考虑非黏性沙级配影响的含沙量与浊度关系模型,能够较准确地反映非黏性沙粒径及泥沙浓度对水体浊度的影响,可为浊度与含沙量关系的准确率定及测量结果的校准提供可靠依据。     

黄河下游引黄灌区管道输水临界不淤流速试验

为了研究黄河下游引黄灌区管道输水临界不淤流速的计算方法,在室内用U-PVC管道,以黄河泥沙为沙样,进行了90、110、125 mm三种管径、两种泥沙颗粒级配条件下,不同含沙量浑水管道输水临界不淤流速试验。结果表明:试验条件下,在含沙量、管径相同时,浑水中泥沙粒径越大,临界不淤流速越大;在管径、泥沙粒径相同时,含沙量越大,临界不淤流速越大;在泥沙粒径、含沙量相同时,管径越大,临界不淤流速越小。依据试验成果,利用回归分析方法建立了黄河下游引黄灌区管道输水临界不淤流速计算公式。     

三峡水库运行对长江干流磷传输的影响及对策

三峡水库运行后,下泄泥沙量减少明显,对下游营养物质的连续传输产生影响。通过实验模拟了天然河流水沙条件下悬浮泥沙对磷的吸附过程,并利用Langmuir吸附公式对颗粒磷浓度与含沙量和溶解磷浓度的关系进行拟合。结果表明,泥沙对磷的吸附量与温度成正相关性、与粒径呈负相关性;三峡工程运行后近10a,长江中下游输沙量和颗粒磷通量减少幅度达到90%;预测未来20 a长江中下游颗粒磷通量仍远低于建库前水平。针对三峡水库拦截泥沙和营养物质的问题,提出了三峡坝前挖沙坝后投沙的水沙调控新思路。     

泥沙起动过程中床面切应力与含沙量关系的试验研究

以长江口细颗粒泥沙为样本进行环形水槽起动试验,给出了三组不同中值粒径泥沙的起动流速和临界起动应力,同时用湍动能法(TKE)估算不同含沙量水体的床面切应力,给出了泥沙起动过程中床面切应力与含沙量之间的关系。床面切应力随着含沙量的增加而增加,当含沙量达到某一浓度后,床面切应力增长缓慢,随着含沙量的再增加,床面切应力再次迅速增高,而不同中值粒径的泥沙,增长速度并不一致,说明泥沙对床面切应力的影响并不仅仅表现在含沙量上,粒径大小也是影响床面切应力的重要因子之一。     

不同粒径泥沙解吸重金属污染物静态试验研究

从吸附反应动力学方程和质量守恒方程出发，导得静态解吸试验中泥沙剩余吸附量和水相重金属浓度随时间变化的计算公式，并导得泥沙剩余平衡吸附量和水相平衡浓度随泥沙吸附－解吸的特性、泥沙初始重金属吸附量和泥沙浓度变化的计算公式。在此基础上，结合试验进一步研究了不同粒径泥沙解吸重金属污染物的能力。     

泥沙沉降对水库中磷的空间分布影响

磷是水库富营养化的主要影响因子,对泥沙有很强的亲和性。为探究水库中磷的空间分布规律,针对泥沙沉降过程中对磷的吸附影响进行了模拟试验,研究了不同环境因素耦合作用下泥沙沉降对水库中磷分布的影响。此外,基于量纲分析及多元回归法建立了液相磷浓度垂向分布公式。结果表明：泥沙沉降过程中对磷的吸附导致液相磷的垂向分布呈上浓下稀的趋势。泥沙粒径越小、含沙量越高、水深越大,则液相磷元素的浓度梯度越大,垂向分布越不均匀。液相磷垂向分布公式表明,液相磷浓度梯度与含沙量的1/4次幂、泥沙粒径的-2/3次幂和水深的1/3次幂成正比,液相磷浓度最小值与含沙量的-1/20次幂、泥沙粒径的1/10次幂和水深的-1/10次幂成正比。公式计算值与试验数据基本吻合,表明该公式对研究水库磷元素的空间分布有重要参考意义。     

重金属在黄河中游输送和迁移的水质模拟研究

本文进行了有毒物重金属铅等在黄河中游天然河道中的输送和迁移的水质模拟研究，重点研究了大量泥沙对其运动和归宿影响及水质模型的率定和检验方法，完成了重金属在不同水情期，不同含沙量，泥沙不同冲，淤格局，不同流量下的水质模拟，模拟结果与水体实际监测结果相吻合。     

附着生物膜的泥沙颗粒对磷的吸附特性研究

附着在泥沙表面的生物膜具有很强的吸附特性,对水环境中营养盐等物质的迁移转化具有重要的作用.本文对去除生物膜的泥沙和表面附着生物膜的泥沙分别进行了吸附营养盐磷的实验研究,对比了去除生物膜与附着生物膜的泥沙颗粒对磷的吸附能力,研究了附着生物膜的泥沙颗粒吸附磷的动力学及热力学特征.研究结果表明,去除生物膜的泥沙对磷的吸附性微小,而附着生物膜的泥沙颗粒对磷的吸附能力很强,在相同条件下附着生物膜的泥沙颗粒的吸附量比纯净泥沙吸附量高出1个数量级;同时附着生物膜的泥沙颗粒吸附磷的动力学特性符合准二级动力学模型,等温吸附特性符合Langmuir等温式,吸附速率和平衡吸附量随泥沙粒径减小而增大.     

泥沙表面特性及其对磷吸附的影响

泥沙颗粒的表面特性是影响泥沙吸附污染物的重要因素之一.首先采用筛分和吸管法将混合泥沙分成了4个粒径组(粘粒和细粉沙组D1、中粗粉沙组D2、砂粒组D3和D4),并通过化学萃取法去除泥沙颗粒上的氧化物和有机物质等活性组分,而后研究了不同粒径清洗沙样的比表面积、孔体积变化及不同粒径下泥沙平衡吸附量的研究.结果表明泥沙的中值粒径与比表面积呈指数关系,当粒径减小到粘粒或细粉沙时,比表面积显著增大.在各个水相初始磷浓度下,泥沙对磷的平衡吸附量随着泥沙粒径的增大而减小,且存在最大吸附量.     

黄河泥沙对汞离子吸附初探

本文研究黄河泥沙对汞离子的吸附作用,探讨含沙量、矿化度、泥沙颗粒直径(以下简称粒径)和PH值等因素对吸附作用的影响。试验结果表明:上述因素对吸附作用均有显著的影响。     

水体扰动条件下黄河泥沙对磷的吸附效应

采用黄河花园口断面河滩原型沙开展实验研究,重点研究了含调水调沙期的丰水期较高含沙量时黄河泥沙对磷的吸附效应及吸附动力学特性,建立了吸附动力学模型,为黄河下游河道和滩区生态综合治理提供借鉴。研究表明：含沙量越高,黄河泥沙对磷的吸附越快,吸附平衡时间越短。总磷的去除率在17.7%～60%范围的含沙量较低时,泥沙对总磷的吸附作用不明显,总磷去除率随含沙量的增加呈对数增长。单位质量泥沙的吸附量随含沙量增加呈对数递减。黄河泥沙对磷的吸附过程以物理吸附为主,同时也存在一定的化学吸附。     

大凌河中下游泥沙颗粒特征分析

通过统计大凌河流域1988—2001年的泥沙颗粒观测资料,对大凌河泥沙颗粒特征在不同时间与空间条件下的变化、影响泥沙颗粒变化的主要影响因子及泥沙颗粒与径流量、含沙量间的相关关系进行了研究。结果表明:①在时间上,汛期悬移质泥沙粒径一般小于非汛期泥沙粒径;②粒径大于0.05mm的粗颗粒泥沙对下游河道泥沙沉积的贡献最大,越接近年内丰水期,河道悬移质泥沙粒径越细;③泥沙粒径在20世纪90年代以前变化不大,至90年代中后期总体有所增大;④大凌河从上游至下游的泥沙粒径呈细化趋势。