泥沙絮凝影响因素及磷吸附释放特性研究

论文摘要

泥沙淤积及水环境问题一直被广泛关注,对于库区来说,其水体流速较低,大量泥沙在进入库区后由于水体条件的改变而落淤,并且这些泥沙在不断地落淤过程中会吸附水体中的营养盐物质,造成各水库底泥成为氮、磷的贮备库,使得水体内源污染增加。这些变化不仅会对湖库通航、水库调水防洪能力等造成影响,还会对湖库的水质、水域生态环境等都产生负面影响。为研究泥沙絮凝影响因素及对磷等污染物的吸附/释放特性,采集了三峡库区典型弯道河段（忠县段）的泥沙样本,通过室内实验研究了各因素下三峡库区泥沙的絮凝特征及磷的吸附/释放规律,得出了以下结论:（1）剪切率值对泥沙絮体的粒径分布有较大影响,随剪切率值增大(35.5s-1255.8s-1)粒度分布曲线发生左移,大粒径絮体体积分数明显降低,小颗粒泥沙体积分数逐渐增大。在剪切率G值较高时,曲线明显变宽,峰值降低,说明随剪切率的增加,泥沙颗粒发生了明显分散,粒径较大的泥沙絮体含量减少,同时细微颗粒泥沙含量增幅加大,泥沙的粒径分布范围进一步扩大。（2）不同浓度下（0.5g/L-2.0g/L）的泥沙颗粒在絮凝平衡后其絮体级配有明显差异。随着泥沙浓度的升高,能够增大泥沙颗粒的碰撞效率,级配曲线明显右移,粒径分布范围减小,大颗粒絮体占比增大,泥沙絮凝程度呈增加的趋势。颗粒粒径对于絮凝也有较大影响,以泥沙絮凝度Fn随特征粒径dn的变化来研究颗粒絮凝情况,发现随着特征粒径的增大,泥沙颗粒的絮凝度不断减小,即泥沙颗粒粒径越小,泥沙颗粒的絮凝效果越好。泥沙絮凝度Fn与特征粒径dn有明显的相关关系,随特征粒径dn的增加,絮凝度Fn呈指数型减小。絮凝实验结果显示,随有机质浓度的升高,细微颗粒泥沙占比明显减小,而大颗粒絮体占比增加。说明有机质可以促进颗粒间的架桥作用,随着有机质含量的升高,颗粒间的絮凝效果增强。（3）泥沙对磷的吸附及释放呈明显的先快后慢过程。泥沙浓度越高,泥沙对磷的总吸附量越大,而且随着泥沙浓度的升高（0.5g/L-2.0g/L）,吸附普遍趋于更早达到平衡,但单位泥沙的磷吸附量随着泥沙浓度的升高而降低,存在“固体浓度效应”。另外,泥沙浓度越高,磷的总释放量越高,但随着泥沙浓度的升高,其单位泥沙的磷释放量发生下降,认为在低泥沙浓度下,单位泥沙有更大的吸附量和更强的吸附性能以阻碍自身所携带磷的释放。平衡吸附量与扰动强度有着明显的正相关关系,随着扰动的增加,泥沙吸附/释放能力变强,平衡吸附/释放量及最大吸附/释放容量增加。有机质的存在能够影响泥沙颗粒的表面形态及微孔特性,从而影响单位泥沙颗粒对磷的吸附量,有机质含量越高,单位泥沙吸附量越高,且吸附时间越长,其差异越明显,但在释放实验中发现且随着有机质含量的增加,其磷释放量随之减小。无论是用来模拟动力学过程的Pseudo-first-order、Pseudo-second-order、Elovich模型,还是用来模拟等温吸附过程的Langmuir、Freundlich、Tempkin模型,都能够较好地对泥沙颗粒吸附/释放磷的过程进行模型,并对泥沙颗粒的最大吸附容量、平衡吸附容量等数据进行预估,但各模型之间对于反应趋势的判断及终点预估存在差异。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 泥沙的絮凝行为
•     1.2.2 吸附与释放
•   1.3 现有研究存在的不足
•   1.4 研究内容及技术路线
• 第二章 材料与方法
•   2.1 实验方案
•     2.1.1 絮凝实验
•     2.1.2 吸附-释放实验
•   2.2 测试方法及数据处理
•     2.2.1 泥沙参数测量方法
•     2.2.2 吸附释放参数测量及计算方法
• 第三章 泥沙颗粒絮凝影响因素分析
•   3.1 含沙量对泥沙絮凝的影响
•   3.2 扰动强度对泥沙絮凝的影响
•   3.3 泥沙粒径对泥沙絮凝的影响
•   3.4 有机质含量对泥沙絮凝的影响
•   3.5 本章小结
• 第四章 泥沙对磷吸附-释放特性研究
•   4.1 扰动对泥沙吸附-释放磷的影响
•     4.1.1 动力学吸附
•     4.1.2 等温吸附
•     4.1.3 动力学释放
•   4.2 含沙量对泥沙吸附-释放磷的影响
•     4.2.1 动力学吸附
•     4.2.2 等温吸附
•     4.2.3 动力学释放
•   4.3 有机质含量对泥沙吸附-释放磷的影响
•     4.3.1 有机质与泥沙颗粒性质
•     4.3.2 动力学吸附
•     4.3.3 等温吸附
•     4.3.4 动力学释放
•   4.4 讨论
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文和科研情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李旺

导师: 祖波,李振亮

关键词: 泥沙,絮凝,絮体粒径分布,吸附释放

来源: 重庆交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,环境科学与资源利用,水利水电工程

单位: 重庆交通大学

分类号: TV145;X52

DOI: 10.27671/d.cnki.gcjtc.2019.000343

总页数: 94

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