黃河蘭州段懸移質(zhì)泥沙對(duì)氨氮的吸附解吸特性研究.pdf

1、懸移質(zhì)泥沙在黃河中分布十分廣泛,它們由于顆粒細(xì)小而具有巨大的比表面積,且由于其表面的凹凸不平使縫隙中附著有大量的活性物質(zhì),從而對(duì)進(jìn)入河流的大量污染物表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附作用,成為黃河污染物遷移和轉(zhuǎn)化的載體,也是黃河自凈的重要組成部分。鑒于此,為合理開發(fā)和保護(hù)蘭州段現(xiàn)有水資源和水環(huán)境,并為黃河蘭州段水環(huán)境評(píng)估和提高黃河流域的水環(huán)境質(zhì)量提供依據(jù),開展泥沙吸附污染物的研究有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí),黃河作為蘭州市的重要供水水源,通過(guò)懸移質(zhì)泥沙對(duì)

2、污染物吸附解吸的研究,對(duì)城市凈化水處理工藝的選擇也有一定的影響和作用。本文在總結(jié)大量經(jīng)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上,選用黃河蘭州段懸移質(zhì)泥沙作為試驗(yàn)用沙,以黃河原水作為試驗(yàn)用水,以蘭州段污染較嚴(yán)重的氨氮作為污染物代表,采用動(dòng)力學(xué)和等溫平衡等試驗(yàn)方法,對(duì)泥沙吸附氨氮的機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并針對(duì)含沙量、粒徑、氨氮初始濃度和泥沙紊動(dòng)程度等因素進(jìn)行了分析,以及運(yùn)用類似方法對(duì)吸附飽和的泥沙進(jìn)行了初步的解吸試驗(yàn)研究。本文的主要內(nèi)容和研究成果主要包括:
　　

3、(1)查閱相關(guān)水質(zhì)資料,分析黃河蘭州段的水質(zhì)污染現(xiàn)狀和污染指標(biāo),確定了以氨氮為研究對(duì)象的試驗(yàn)方案;整理分析了黃河蘭州段懸移質(zhì)泥沙的理化特性,并進(jìn)行了顆粒級(jí)配、礦物組成和化學(xué)成分分析;指出了該河段懸移質(zhì)泥沙與其它黃河段的差異;確定了中值粒徑分別為15.721μm、43.660μm和67.188μm的三種泥沙作為試驗(yàn)用沙以及相關(guān)的預(yù)處理和泥沙制備方法。
　　(2)根據(jù)泥沙吸附污染物的相關(guān)理論分析了黃河泥沙與水體間的相互作用,分析了懸移

4、質(zhì)泥沙對(duì)污染物有較強(qiáng)吸附降解作用的原因,強(qiáng)調(diào)了進(jìn)行懸移質(zhì)泥沙對(duì)污染物吸附解吸影響研究的重要性;介紹了Langmuir和Freundlich等溫模型及準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型等常見水質(zhì)模型的相關(guān)內(nèi)容以及它們的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)擬合方法。
　　(3)以含沙量和氨氮初始濃度為變量,進(jìn)行了泥沙吸附氨氮的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn),并建立了泥沙吸附氨氮的準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)模型,以考察泥沙對(duì)吸附速率、平衡時(shí)間和氨氮吸附量的影響機(jī)理。結(jié)果表明:單位質(zhì)量泥沙對(duì)氨氮的平衡吸附

5、量與含沙量和粒徑呈負(fù)相關(guān),與氨氮初始濃度呈正相關(guān);泥沙吸附氨氮過(guò)程在2-4h內(nèi)即可達(dá)到平衡,吸附速率隨含沙量增大而減慢,隨氨氮濃度增大而加快;準(zhǔn)二級(jí)模型可以較好得描述含沙量和氨氮初始濃度兩種條件下的泥沙吸附行為;泥沙對(duì)氨氮的最大吸附容量與兩種變量都呈正相關(guān),這一特性對(duì)水體中氨氮的自凈作用和河流的水環(huán)境容量具有重要意義。
　　(4)在等溫平衡吸附試驗(yàn)中,考察了氨氮初始濃度及含沙量,在單位質(zhì)量泥沙上對(duì)氨氮平衡吸附量和吸附等溫線的影響。

6、結(jié)果表明:單位質(zhì)量泥沙對(duì)氨氮的平衡吸附量與氨氮初始濃度成正相關(guān),與含沙量呈負(fù)相關(guān);氨氮初始濃度會(huì)影響氨氮在水相和泥沙表面的分配,影響泥沙的吸附能力;Langmuir和Freundlich兩種等溫模型在擬合效果上較相近,相關(guān)系數(shù)較高;泥沙粒徑的減小能夠有效改變對(duì)氨氮的吸附能力,并可以促進(jìn)吸附反應(yīng)的自發(fā)程度。
　　(5)泥沙吸附氨氮不僅受含沙量和氨氮初始濃度的影響,還受許多外界條件的限制。試驗(yàn)針對(duì)泥沙粒徑和泥沙紊動(dòng)程度做了相關(guān)分析,結(jié)

7、果表明:粒徑大小對(duì)單位質(zhì)量泥沙吸附氨氮具有顯著影響,并與氨氮平衡吸附量呈明顯負(fù)相關(guān),說(shuō)明黃河蘭州段的懸移質(zhì)泥沙絕大多數(shù)為強(qiáng)吸附成分;泥沙的紊動(dòng)程度受振蕩速度影響較大,當(dāng)振蕩速度在200r/min左右時(shí),泥沙的紊動(dòng)不會(huì)因過(guò)慢而沉淀,也不會(huì)因過(guò)快而碰撞釋放,此時(shí)泥沙對(duì)氨氮的平衡吸附量會(huì)出現(xiàn)峰值。
　　(6)泥沙解吸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):泥沙解吸規(guī)律與吸附類似,解吸過(guò)程分物理解吸和化學(xué)解吸兩步完成,泥沙表面所吸附的氨氮多為化學(xué)吸附型,而被解吸的大多