泥沙颗粒生长生物膜后沉降的实验研究(Ⅱ)——沉降速度计算

泥沙生长生物膜后相应的物理特性将会发生改变，本文主要探讨泥沙颗粒在微生物生命活动的影响下沉降特性的改变情况。通过将官厅水库的泥沙分为六组，使用天然水和营养液的混合液对泥沙进行培养，用来模拟富营养水体中泥沙颗粒特性的发展变化情况。对于生长生物膜后的絮体颗粒在各个不同培养时间的沉降运动，实验采用先进的图像采集观测系统进行拍摄采样，并利用图像分析测量颗粒大小和沉速的变化，推导了生长生物膜后的颗粒沉速计算公式。研究表明生物膜极大的改变了颗粒的表面特性，使得颗粒下沉阻力增大，与同等大小无生物膜粘连的泥沙颗粒相比沉速明显减小。     

泥沙颗粒生长生物膜后沉降的实验研究Ⅰ：实验设计及粒径变化

天然河道与湖泊的水污染问题日益受到广泛的重视,对泥沙颗粒的基本特性的研究也开始与水体污染物质的吸附解析、微生物的吸附成膜等水环境生态方面结合起来。本文通过对官厅水库的泥沙分组进行培养,并采用先进的图像采集观测系统,对泥沙生长生物膜后的絮体在沉降时进行拍摄采集,探讨了颗粒级配的变化情况。同时利用得到的颗粒特征值,推导了水体不同营养条件下的粒径变化公式。数据表明泥沙在生物膜的作用下形成新的泥沙生物絮体颗粒,能够在水沙交界面上形成粒径范围很宽的颗粒组使得级配变化显著。     

泥沙颗粒生长生物膜前后表面变化的实验研究

微生物吸附及生物膜的形成是自然界中普遍存在的现象之一，其对河道、水库等水体环境中泥沙颗粒形貌及性质的影响目前研究尚少。本文采用环境扫描电子显微镜观察泥沙颗粒生长生物膜前后的形貌情况，并用图像处理和梯度计算的方法对获得的灰度图片进行分析，发现颗粒的表面微形貌因生物膜的生成而发生较大变化。     

泥沙颗粒生长生物膜前后表面变化的试验研究

以泥沙颗粒为载体,以天然水配置营养液进行生物膜培养试验,采用环境扫描电子显微镜观察泥沙颗粒生长生物膜前后的形貌变化,并用图像处理和梯度计算的方法对获得的灰度图片进行分析,发现泥沙颗粒因生物膜的生成而发生较大变化,群体泥沙互相粘连,形成网状结构或絮状结构等,单颗粒泥沙因为生物膜的存在使得长膜沙相比原状沙其表面导数更多地集...     

单颗粒泥沙沉速公式的对比研究

结合大量的相关研究成果,简要总结了国内外泥沙沉速的研究现状,就单颗粒泥沙在静止水体中的沉降情况对各家泥沙沉速公式进行了分类,并进行了对比分析.结果表明,单颗粒泥沙的沉降特性已基本明确,其中Raudkivi、Cheng和Wu泥沙沉速公式的计算准确程度较高.     

浅谈水质对泥沙颗粒沉降速度的影响

叙述天然水及水中含盐量对泥沙颗粒沉降速度的影响，其中的关系复杂，尚无法根据水质对无盐水分析的结果进行修正，因而提出了以天然水代替无盐水进行分析以推求泥沙颗粒的实际沉降速度。     

固体颗粒的群体沉降速度分析

从流体力学原理出发，数值模拟非均匀沙随机分布对流场的影响，推导出固体颗粒群体沉速的理论解。该公式不仅量纲和谐，浓度变化不超过极限浓度值，能反映含沙量与非均匀沙级配变化对群体沉速的影响，而且可避免其它公式量纲不和谐，计算中出现负值或降得过快的缺点。采用黄河实测资料对该公式进行了验证，计算结果与实测资料基本符合。     

颗粒的群体沉降特性

本文在前人研究的基础上，针对泥沙颗粒非球体形态的事实，建立了包含形状影响因素在内的粒子的群体沉速公式，并较为有效地解释了现有公式指数不统一的内在缘由，经对实测资料验证表明，公式具有更好地适应性，对于解决有关的实际问题是有实用价值的。     

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规律具有非常重要的作用。本文采用实验手段分别对去除表面杂质的纯净泥沙和表面附着生物膜的泥沙进行吸附营养盐磷的实验研究，对比了去除生物膜的泥沙与附着生物膜的泥沙对磷的吸附能力，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，去除表面杂质的纯净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。     

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.     

A simple formula for predicting settling velocity of sediment particles

Based on the general relationship described by Cheng between the drag coefficient and the Reynolds number of a particle, a new relationship between the Reynolds number and a dimensionless particle parameter is proposed. Using a trial-and-error procedure to minimize errors, the coefficients were determined and a formula was developed for predicting the settling velocity of natural sediment particles. This formula has higher prediction accuracy than other published formulas and it is applicable to all Reynolds numbers less than 2× 10^5.     

PIV直接测量泥沙沉速试验研究

本文应用激光测量仪器PIV对长江口水库泥沙水样在沉降筒中进行沉降速度场测量,得到了平均的泥沙沉速,并分析了含沙量、絮凝等因素对泥沙沉降的影响。同时通过试验发现PIV直接测量泥沙沉速是一种可行的、有效的试验方法。     

蓄泥库泥沙群体静水沉降速度研究

本文通过数模对蓄泥库泥沙群体静水沉降速率进行了研究，并得到实验验证结果。这一分析结果最后表明：建立的浓度-沉速时程关系是合理的；考虑浓度变化的泥沙群体沉降过程可分为加速、匀速、减速三个阶段；泥沙粒径、泥沙密度、悬液初始浓度对沉速影响较大，而悬液初始深度影响较小。本文建立的沉速与浓度关系对生产实践具有一定的参考价值。     

细颗粒泥沙制约沉降速度计算方法综述

含沙水体浓度较高时,泥沙沉降速度受到周围泥沙颗粒的影响,进入制约沉降阶段.总结了泥沙制约沉降速度的影响因素,如含沙水体浮力、黏性、回流等.在此基础上对黏性细颗粒泥沙、粉砂、混合沙制约沉降速度计算方法进行分析.总结了细颗粒泥沙制约沉降速度的主要计算方法,对于黏性细颗粒泥沙或粉砂,主要包括Richardson-Zaki公式...     

刚性植物条件下静水中粗颗粒泥沙沉速研究

为了探求水生植物对泥沙沉速的影响,本文在总结泥沙颗粒在水体中沉降的影响因素及阻力系数规律的基础上,在静水中设置不同直径、不同排列密度的不锈钢圆柱细杆模拟水体中不带分叉的刚性植物,分别测定粒径为0.1cm~0.45cm的沙粒沉速,并与没有植物条件下的沉速进行对比。研究结果发现,在试验粒径范围内,含植物水体中泥沙沉速随泥沙粒径、植物密度增大而减小,通过修正阻力系数,推导出考虑植物杆径及植物密度排列的泥沙沉速公式。     

湖泊底泥絮凝沉降试验研究

湖泊底泥的运动过程产生了内源污染,加剧了湖泊生态环境的恶化。研究湖泊底泥在风浪作用下悬浮后再沉降的运移规律,可为了解湖泊水质变化成因以及开展生态环境治理提供技术支持。本课题采用有机玻璃制作的沉降桶,在静水条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了沉降试验,研究3个湖泊的水体在不同初始含沙浓度和不同水深条件下含沙浓度的变化,分析了3个湖泊淤泥的沉降规律,近似代表天然湖泊的底泥运动状态。试验研究表明3个湖泊水体中悬浮泥沙的沉降均为絮凝沉降,其沉降过程和沉速与单颗粒泥沙相比均发生了量和质的变化,悬浮泥沙絮凝平均沉速随沉距、含沙浓度的增大而增大。最后得出3个湖泊底泥的沉降速度,其研究结果可为采用絮凝沉降法改善水质环境提供参考依据。     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。     

细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速试验研究

本文研究了细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速，认为塑料沙有可能保证各粒径级的沉降和起动与天然悬移质泥沙相似。     

沙袋在水流中的沉速、落距

沙袋在水面抛放后,受重力和水流阻力的作用,在向水下沉降的同时,还产生顺水流方向的落距.本文通过对水槽中沙袋沉降过程的观察,结合对沙袋运动过程中的受力分析,建立并推导了沙袋沉速运动方程,此方程包括了沉降开始时的加速阶段和达到平衡后的匀速阶段,对于沙袋来说,加速阶段的时间很短.建立了沙袋落距的微分方程,推导了均匀流速分布下沙袋落距的表达式,此公式可以简化为与现有公式一致的形式,通过实测资料,确定了公式中的系数.