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。将官厅水库的泥沙分为6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地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黏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(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。     

泥沙颗粒表面吸附铜离子的分布特征的实验研究

现有的水体中泥沙与污染物质关系方面的研究,多着重于吸附模式的理论探讨和吸附总量的实验研究,而对泥沙颗粒的表面形态和污染物质在泥沙颗粒表面的分布研究较少.本文在泥沙颗粒硝酸铜吸附实验和场发射枪扫描电子显微镜观测的基础上,提出了泥沙颗粒表面铜离子分布观测的实验方法,该方法能够定量确定铜离子分布与泥沙表面形态的关系.观测表明:在泥沙颗粒表面的边脊与凹谷处吸附铜离子较多.     

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.     

生物膜泥沙床面对水体紊动影响的实验研究

泥沙床面生长生物膜后水流紊动特性将发生变化,进一步影响到泥沙的起动,悬浮和输移特性。本文采用d500.1 mm的天然沙,对相同水流条件下无生物膜生长和有生物膜生长床面以上的水流内部结构进行研究。实验中采用多普勒声学流速仪(ADV)测量了垂向流速,对比分析了生物膜生长前后,时均流速、雷诺应力、紊动强度以及紊动猝发事件在垂向上的变化,并初步分析了这些变化对泥沙运动的影响。结果表明:生物膜生长后,同流量条件下的垂向平均流速增加,床面阻力减小;对比无膜沙床面,有膜沙床面在发生冲刷的水力条件下,雷诺应力、紊动强度均有所减小,从而会影响到悬沙的浓度分布;同时猝发事件发生率在垂向上的变化也使得生物膜泥沙床面的泥沙起动更加困难。     

鄱阳湖和长江泥沙的分级及其表面特性研究

泥沙的表面特性是了解泥沙环境效应的基础。为探究不同来源泥沙表面特性的变化规律和泥沙分级,采集了鄱阳湖入江水道和长江南京段的泥沙,依据粒径分组对泥沙颗粒的级配和表面特性（比表面积、孔体积及孔径）进行了实验分析,结果表明,鄱阳湖入江水道和长江南京段泥沙颗粒均以粘粒、粉粒和细砂粒为主,比表面积范围为3.2~25.12m2/g,属于中孔材料;泥沙颗粒的比表面积随中值粒径的增大而减小,两者呈良好的幂指数关系,即在粘粒和细粉粒范围内,比表面积随中值粒径的减少而迅速减小;与分级沙样相比,混合沙样中值粒径与比表面积的关系与分级沙样趋势相近,量值略大于分级沙样;泥沙颗粒的相对比表面积和轴比较大,当粒径大于15μm时,相对比表面积和轴比随泥沙粒径增大而缓慢增加,而当粒径小于15μm时,随泥沙粒径增大相对比表面积和轴比急剧上升。     

长江口絮凝聚沉降特与颗粒表面理化因素作用：Ⅱ颗粒表面性质对聚沉的作用

本文通过１９８６年和１９９０年现场测试资料研究了长江口区悬浮颗粒的表面性质和组分的变化特征，     

泥沙吸附磷前后Zeta电位变化试验

选取长江南京段、淮河蚌埠段以及甬江口3种来源不同的细颗粒泥沙,通过泥沙对磷的等温平衡吸附试验,研究细颗粒泥沙吸附磷前后Zeta电位的变化。结果表明:泥沙的Zeta电位绝对值随着单位质量泥沙对固相磷的平衡吸附量的增大而增大,泥沙稳定性增强,不易絮凝;泥沙的Zeta电位绝对值变化量与单位质量泥沙对固相磷的平衡吸附量呈正比关系,对于不同来源的泥沙,单位质量泥沙对固相磷的平衡吸附量增量相同时,Zeta电位绝对值的增幅不同,甬江泥沙增幅最大,淮河泥沙次之,长江泥沙最小;Zeta电位绝对值相对变化量与固相磷相对吸附量呈正比,甬江泥沙Zeta电位绝对值相对变化量对固相磷相对吸附量变化的敏感度更高,长江与淮河泥沙的敏感度相近。     

水体底质异质性对沉水植物生长的影响

为了解湖泊、河流不同底质条件对高等沉水植物生长所产生的影响,通过人工模拟,进行曝气泥、河道底泥、掺砂泥和细砂4种不同底质条件下的轮叶黑藻生长影响试验。轮叶黑藻的分根数、成活率和生物量等指标的变化表明:曝气泥和掺砂泥的试验组中的轮叶黑藻的生长情况优于底质为河道原泥和细砂的试验组,水体底质条件对水生植物的生长有较大的影响,这对富营养化水体修复中水生植物的重建有着积极的意义。     

连云港海域悬沙和表层沉积物交换研究

采用粒度谱计算方法分析连云港及邻近海域悬沙和表层沉积物交换特征,为徐圩防波堤口门布置和连云港港航道回淤研究提供理论支撑。连云港港主航道和徐圩航道5 m等深线以外的区域悬沙和表层沉积物交换率为0.1~0.2,表明航道回淤强度将处于较低水平,对今后航道维护有利;5 m等深线以内区域的交换率为0.3~0.4,悬沙落淤对航道回淤有一定贡献,表明该航道段回淤量相对较大,计算结果与实测航道回淤强度分布特征基本一致。灌河口沙嘴正常天气条件下交换率小于0.2,说明悬沙落淤对沙嘴的影响较小;5 m等深线以内破波带水域交换率大于0.5,表明悬沙和表层沉积物交换频繁。连云港港及邻近海域悬沙和表层沉积物交换主要为粒径小于62 μm的细颗粒组分。分析结果表明,为减少泥沙回淤对徐圩港区港池正常运行的影响,兴建防浪挡沙堤并将堤头布置在破波带之外十分必要。     

浅滩碍航淤积厚度变化规律初步研究

为定量衡量浅滩碍航程度,提出"碍航淤积厚度"的概念.统计分析表明,对于长江中游多数"洪淤枯冲"的浅滩而言,存在影响浅滩冲淤变化的临界流量区间,上荆江在14 000～18 000 m3/s之间,下荆江在12 000～16 000 m3/s之间,浅滩碍航淤积厚度与冲淤临界流量天数差成反比.河床形态对浅滩碍航淤积厚度的影响,表现在河相系数大、放宽率大和水流动力轴线的弯曲率与河槽的曲率半径不适应而导致航道出浅等方面.     

小浪底水库淤积形态探讨

至2010年10月,小浪底水库干流三角洲顶点推进到距坝18.75km的HH12断面,库区淤积量达到28.23亿m3。本文通过分析小浪底水库运用以来库区干流淤积形态,研究了水库三角洲淤积形态对水沙输移的影响机理与作用,结果表明:三角洲淤积形态与锥体淤积形态相比,相同淤积量与相同蓄水量条件下,前者回水长度明显缩短,坝前蓄水位明显降低;发挥水库拦粗排细减淤效果及优化出库水沙过程等方面,三角洲淤积明显优于锥体淤积。三角洲淤积更有利于塑造异重流,异重流排沙效果优于壅水明流排沙。小浪底水库降水冲刷实体模型试验结果表明,河槽溯源冲刷下切的同时水位下降,两岸尚未固结且处于饱和状态的淤积物失去稳定,在重力及渗透水压力的共同作用下向主槽内滑塌,库容得到恢复。当前在水库运用过程中,若遇洪水入库,通过降低水库坝前水位,可在坝前段及三角洲洲面形成溯源冲刷,从而尽可能延长库区由三角洲淤积转化为锥体淤积的时间。     

里下河地区代表性浅水湖泊表层沉积物可转化态氮的赋存特征

以受人类活动影响剧烈的小型富营养化湖泊为研究对象,研究湖泊表层沉积物可转化态氮的赋存特征,探索环境因子与各形态可转化态氮之间的关系。结果表明:14个湖泊表层沉积物中各形态可转化态氮质量比次序为强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)离子交换态氮(IEF-N)弱酸提取态氮(WAEF-N)强碱可浸取态氮(SAEF-N);2w(IEF-N)与黏粒、壤粒、砂粒、w(Ca)呈显著的相关性;w(WAEF-N)与含水率、w(有机质)、w(TP)、w(Ca)、w(Zn)呈显著相关性;w(SOEF-N)与黏粒、w(有机质)、w(TOC)、w(NH+4)、w(Mn)呈显著的相关性;w(SAEF-N)仅与w(TP)和w(Ca)存在一定的相关性。3受人类活动影响较大的湖泊w(IEF-N)和所占TN百分比最高;表层沉积物中的w(WAEF-N)与w(有机质)多寡一致。     

改进型移动床生物膜反应器处理有机废水的试验

改进型移动床生物膜反应器(CMCBR)是在普通移动床生物膜反应器中引入导流板,使填料在全池循环移动,消除了普通移动床生物膜反应器的死角。在CMCBR处理模拟生活污水的试验中,研究了有机物的去除效果,考察了容积负荷、水力停留时间、冲击负荷等参数对处理效果的影响。试验发现,在填料填充比例为50%(体积比),进水COD质量浓度为320~550mg/L,水力停留时间为3 h的条件下,出水COD质量浓度小于100 mg/L,达到国家污水综合排放标准的一级标准。反应器具有较强的抗冲击负荷能力,出水水质稳定。     

白洋淀养鸭废水对生物膜生物量和胞外酶活性的影响

为了对应用生物膜进行湖泊的生态监测与评价提供理论依据,通过微宇宙试验研究了不同浓度梯度养鸭废水对生物膜生物量和胞外酶活性的影响。结果表明:养鸭废水会显著增加生物膜的生物量;在短期暴露中,生物膜的生物量与养鸭废水浓度线性相关;而在长期暴露中则符合Logistic方程,养鸭废水对生物膜生物量的促进具有饱和效应。养鸭废水对生物膜胞外酶活性的效应受暴露时间的影响:短期暴露(24 h)时养鸭废水会促进碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶和亮氨酸肽酶活性的增加,3种酶活性均随养鸭废水浓度的升高而呈对数增加;长期暴露(60 d)时,养鸭废水对3种酶活性均产生抑制作用,酶活性随养鸭废水浓度升高而呈对数降低。