泥沙吸附重金属污染物的数值模拟研究

为研究分相模型中泥沙颗粒吸附重金属的过程,以Langmuir等温式为基础,将泥沙相和重金属相看作两相,通过步进法和UDS方法两种计算方法对泥沙颗粒的吸附过程进行了数值模拟。首先利用Fluent软件将组分输运模型与UDS法相结合,模拟了7种湍流模型下的泥沙吸附过程,所得结果与Langmuir模型对比,验证了该方法的可行性,并选出了吻合度最高的模型。其次,应用选出的模型对不同含沙量、不同粒径泥沙颗粒吸附量和镉离子水相浓度变化趋势进行了模拟。结果表明:含沙量直接影响水体的吸附作用,含沙量越小,吸附作用越弱,吸附速率越慢,浓度小于一定限度时水体吸附作用可忽略不计;不同粒径泥沙在水体中的吸附作用差异明显,但并不能决定泥沙吸附量;UDS方法和步进方法在考虑粒径的影响时计算的吸附量不同,从吸附量的角度来看UDS法更加贴切,从到达动态平衡的角度来看步进法更加吻合。     

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。     

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.     

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.     

水溶液体系中高岭石吸附Cu2+的研究

研究了溶液浓度、pH值、交换吸附时间、磁感应强度和磁场处理时间对高岭石吸附重金属离子Cu2+的影响作用。实验结果及分析表明,影响高岭石对Cu2+吸附的因素有:①在一定条件下,增加吸附作用时间,吸附量随之缓慢递增,最佳吸附时间是40~50 min;②改变溶液中初始浓度,其吸附交换等温线呈S形,属于二级吸附;③溶液的pH值在2~5之间增加时,吸附量也随之直线增加。指出磁场作用对低浓度的Cu2+的吸附量有着显著的影响,主要因素有磁场强度、磁化时间和磁化对象。     

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。     

河流泥沙随机吸附理论及试验研究

本文建立了泥沙吸附重金属污染物的随机理论。根据这个吸附理论可以发现对河流泥沙吸附重金属污染物的相对吸附量及其概率密度函数起主要影响的参数是:溶解态重金属污染物浓度G、吸附系数K_1和均方差D。本文还提出了综合参数Z的概念。Z能综合反映参数G、K_1和D的影响。根据汉江、渭河等江河中泥沙吸附重金属离子的实验资料对该随机吸附理论进行了验证,结果表明计算值和实测者吻合较好。     

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。     

入流泥沙粒径组成对弱分层水体异重流及挟沙特性的影响

利用水槽设计水库分层水体模型试验,研究温度弱分层水体中不同入流泥沙粒径组成时异重流及其泥沙运动的特性。选用颗粒粒径0.01 mm、0.02 mm、0.05 mm的泥沙,开展了不同入流泥沙粒径组成条件下的异重流试验研究。在水温弱分层水库水体中,分析入流泥沙粒径组成的变化对分离点水深和间层流厚度的影响规律;不同泥沙粒径组成下,分析异重流在水库断面的泥沙浓度、较深的水域挟沙量变化规律;研究了泥沙沉淀量和悬浮量与入流泥沙粒径组成的关系。研究结果表明:在弱分层条件下,维持入流泥沙浓度3.75 g/L、入流速度0.005 m/s不变,异重流在水库中泥沙沉淀比例为29%~38%,泥沙在水库中的悬浮比例为46%~60%;粒径组成变化导致分离点深度和间层流厚度不同,颗粒粒径越大,分离点深度越深,间层流厚度越厚;异重流挟沙能力弱,水库淤积更严重,泥沙也会造成水库水浑浊;入库泥沙粒径越小,水库悬浮的泥沙浓度越大,水库的内源污染越大;当入库泥沙粒径较小时,宜在水库深水区取水,可减少水处理费用。研究成果可为水库取水、调水调沙提供参考。     

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.     

微生物吸附低温水体中Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)离子研究

利用从活性污泥中分离、纯化、筛选得到的霉菌,进行吸附水体中Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)离子研究。结果表明:在Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)质量浓度分别为300mg/L时,菌种生长良好。吸附水体中Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)的最佳条件:pH值5.0,时间1h,温度10℃。吸附规律符合Langmuir等温吸附模型,由回归方程得到Cr(Ⅵ)的表观最大吸附量为14mg/g;Cd(Ⅱ)的表观最大吸附量为52mg/g。对菌种吸附低温水体中两种重金属离子时pH值变化影响及其吸附动力学进行了研究。证明该菌可以有效地去除低温水体中Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)离子。     

重金属在水体中迁移转化过程分析

通过分析各因素对重金属吸附影响的特点,介绍了重金属吸附过程的三种模式,由此得出水、体中重金属的释放主要由盐度变化、氧化还原反应条件的变化、pH值的变化、天然或人工合成的强络合剂的使用等化学变化引起的结论。此外,微生物的活动也会引起重金属的释放,同时,对重金属在水体中释放过程研究方法进行了探讨。     

长江中下游江段泥沙对Pb2+的吸附特征

以长江中下游武汉至上海崇明岛江段河床泥沙样品为研究对象,通过振荡吸附试验研究了泥沙对Pb²⁺的吸附特征,分析了泥沙浓度、泥沙粒径、有机质含量等对Pb²⁺吸附的影响。结果表明:泥沙对Pb²⁺的吸附平衡时间为20 h,吸附动力学过程可以用准一级动力学、准二级动力学、Elovich方程对试验数据进行分析拟合,拟合系数均在0.85以上,尤以准二级动力学方程为佳,其拟合系数高达0.997 8。Langmuir模型对Pb²⁺的等温吸附的拟合系数R²均达到0.9以上,Pb²⁺的等温吸附过程为单分子层吸附,吸附大多发生在泥沙表面,主要为物理吸附过程。随着泥沙浓度的增加,吸附效率显著提高,当泥沙浓度增加为1 g/L时,吸附效率达到最大值(≈99.8%)。泥沙对Pb²⁺的吸附热力学参数ΔG<0,ΔH>0,表明该过程可以自发进行,升高温度有利于提高泥沙对Pb²⁺的吸附量;泥沙中有机质含量越高,平均吸附键能越大,两者呈显著正相关关系(R²=0.968 2, p<0.01)。泥沙对Pb²⁺吸附量总体呈现出随泥沙的粒径减小而增大的趋势,泥沙对Pb²⁺的吸附主要发生在粒径<0.074 mm的粒径分组中。应该加强对长江中下游水体含沙量及颗粒级配的监测,以随时掌握水沙变化对Pb²⁺等污染物迁移转化的影响。     

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。     

絮凝对三峡水库泥沙沉降的影响

现场与室内实测的泥沙级配差异证实了三峡水库中存在泥沙絮凝现象,絮凝会加速水库泥沙淤积速率。为了确定絮凝对泥沙沉降速率的影响,现场采集了三峡水库原样泥沙,基于三峡水库水体环境,采用室内静水沉降试验对三峡水库中泥沙絮凝沉降规律进行了研究。研究结果表明,当试验采用的初始含沙量大于0.3 kg/m3时,部分单颗粒泥沙会聚集形成絮团,且泥沙絮凝程度以及沉速增加的幅度与水体中含沙量呈正比。参与絮团形成的单颗粒泥沙粒径均位于0.022 mm以下,小于临界粒径的泥沙占全沙的83%;采用絮凝因数和物质沉降通量因数分别表征絮凝对泥沙沉降的影响程度,这两种因数都随含沙量增加而增加,含沙量在1.5 kg/m3以下时其最大值分别为5.03和1.66,表明絮凝对三峡库区汛期的泥沙淤积有可能造成较大影响。     

高锰地下水吸附试验研究

采用颗粒活性炭、粉末活性炭和活性炭负载壳聚糖对高锰地下水进行静态吸附试验,利用颗粒活性炭进行动态吸附试验,研究了静态条件吸附剂投加量、pH值、温度对吸附效果的影响,以及动态条件下浓度和流速对吸附效果的影响。结果表明,三种吸附剂吸附效果相差不大,相对而言粉末活性炭效果最好,颗粒活性炭效果与粉末活性炭较接近;静态试验中,当水中Mn2+的浓度为5mg/L时,水温25℃,pH值为6.8～7.0状态下颗粒活性碳的处理效果最好,最佳投加量为0.02g/L,即0.4g(GAC)/mg(Mn2+);动态条件下,锰离子浓度的增加、流速增大都会使初始穿透点提前。     

不同形式丁坝对泥沙扩散试验研究

自然水体中的重金属离子多吸附在泥沙表面,所以有效截留泥沙便可以减少重金属离子在水体中的扩散.丁坝具有束水攻沙、壅高上游水位及改善航道水流条件的作用,丁坝存在细微差别就会对水体的运动状态产生巨大影响.通过物理模型实验,研究了同一流量条件下4种不同结构形式丁坝工况下泥沙的分布情况,对比分析不同流量和不同结构形式丁坝对泥沙扩...     

滨海平原水库底质对铬的吸附作用

以天津滨海地区北大港水库底质为研究对象,采用室内土柱试验,研究库底不同位置底质对铬的吸附动态变化特征,同时探讨了底质对铬的吸附机理。研究结果表明:水库不同位置的底质对铬的吸附能力不同,入库口处底质对水库中铬的吸附作用很容易达到饱和,达到饱和后,底质中残留的铬会释放到水体中;而水库出水口与库中心位置对铬吸附能力很强,很难达到饱和,从而有效地降低水体中铬的含量。底质对铬的累积吸附量与孔隙体积数的变化曲线符合直线型方程;底质对重金属铬的吸附作用与底质固体颗粒粒径大小、阳离子交换量和含盐量等因素有关。