【摘要】：黃河是世界上含沙量最大、平均濁度最高的河流,其泥沙根據(jù)存在狀態(tài)的不同,可分為沉積性泥沙(底泥)和懸浮態(tài)泥沙(懸濁物質)。黃河泥沙有巨大的比表面積,它們與排入河流水體中的有機污染物在接觸面上會發(fā)生復雜的界面效應;其粗糙多孔的表面存在著多種活性物質,增強了泥沙對水體污染物的吸附降解作用。因此黃河泥沙成為污染物在河流水體中的擴散、遷移和轉化的主要載體,從而影響河流流經區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。研究黃河泥沙的吸附降解機制對黃河水環(huán)境生態(tài)評判有重要意義。本文以黃河蘭州段泥沙為研究對象,從分析其物化特征出發(fā),研究了其與水體濁度的關系;運用傳統(tǒng)的動力學實驗方法和等溫平衡實驗方法,探討了黃河泥沙吸附COD_(mn)的規(guī)律和影響因素,求出了能更好的模擬黃河泥沙對COD_(mn)吸附行為的模型,計算出有關熱力學狀態(tài)函數(shù),分析了吸附機理和吸附能力。通過吸附動力學和熱力學方法探究了黃河泥沙對COD_(mn)的吸附和降解能力大小,比較了沉積性泥沙(底泥)和懸浮態(tài)泥沙(懸濁物質)的吸附、降解能力差異;利用平板計數(shù)法探討了黃河中微生物在底泥、懸濁物質與水體中的分布特征;利用響應面法研究混凝、過濾、微絮凝等方法對不同時期黃河濁度水(夏季、冬季)的最優(yōu)處理效果及影響因素。得到如下結論:(1)黃河泥沙不僅易產生較大的濁度,而且導致了水體中總溶解性固體含量較高。黃河泥沙中含有較高的COD_(mn)、總氮和總鐵,尤其是細菌總數(shù)嚴重超標,說明黃河水體受有機物污染比較嚴重,同時豐富的有機物質和營養(yǎng)物質為細菌提供了良好的生存環(huán)境。(2)水土流失是黃河濁度的直接來源,不同季節(jié)下黃河沿岸的水土流失,造成了黃河濁度的巨大變化。隨著泥沙含量、季節(jié)、時間、水流紊動程度的不同,黃河濁度會顯示出不同的變化,實驗表明,水體濁度隨著泥沙濃度、攪拌時間、攪拌強度的增大而相應的增加,隨著靜沉時間的增加而減少,說明由于黃河上游落差大、流速高,劇烈的紊動條件是產生高濁度的另一個原因;黃河泥沙的沉降性能非常顯著,處理時難度較小,因為泥沙主要以礦物質為主。(3)黃河泥沙對有機物的吸附遷移作用是水體自凈作用的主要方式。黃河泥沙吸附水中COD_(mn)的影響因素主要為泥沙濃度、溫度和轉速。采用BBD響應面法預測黃河上游污染最大的進水COD_(mn)濃度為7mg/L條件下黃河泥沙吸附COD_(mn)的最優(yōu)效果為:泥沙投加量為2.6g/L、轉速為204r/min、溫度為25℃,此時,COD_(mn)的最大去除率可達38.83%,單位泥沙對COD_(mn)的最大吸附量為1.09mg/g。(4)黃河底泥對COD_(mn)的吸附規(guī)律結果表明:在25℃時,隨著COD_(mn)的初始濃度的升高吸附量增加,隨反應的進行,吸附速率逐漸減弱,直至平衡。當初始COD_(mn)濃度范圍為4-8.4mg/L時,將黃河底泥與長江底泥吸附能力進行對比,黃河底泥對COD_(mn)的單位平均吸附量為1.61mg/g,長江底泥平均為1.37mg/g,說明黃河底泥對COD_(mn)的吸附能力優(yōu)于長江底泥;對比黃河沉積性泥沙(底泥)與懸浮態(tài)泥沙(懸濁物質)的吸附規(guī)律,當初始COD_(mn)濃度范圍在4-8.4mg/L時,黃河底泥和黃河懸濁物質達到吸附平衡狀態(tài)所需時間分別為60h和24h,它們的單位吸附量分別為1.648mg/g和1.61mg/g,說明黃河懸濁物質吸附能力高于底泥。用準二級動力學模型能更好得描述黃河底泥和懸濁物質的吸附COD_(mn)的特征行為,相關系數(shù)R~2能達到0.9以上。(5)黃河沉積性泥沙(底泥)和懸浮態(tài)泥沙(懸濁物質)對COD_(mn)的吸附行為更符合Langmuir等溫吸附模型,說明該過程屬于單分子層吸附;黃河底泥在吸附COD_(mn)的過程中,吸附平均自由能(E)小于8,表明其吸附過程主要是物理吸附;黃河底泥在吸附COD_(mn)的過程中,吸附自由能變ΔG~θ小于0,說明此吸附過程是自發(fā)進行的,且自發(fā)程度高于長江底泥;ΔH~θ小于0,表明此吸附是一個放熱過程;ΔS~θ大于0,說明整個吸附過程中體系的混亂度是增加的。(6)于不同初始COD_(mn)濃度微污染水中吸附飽和后的黃河泥沙置于清水中解吸時:吸附量越大,解吸量也越大,隨反應的進行,解吸速率逐漸降低,約48h后解吸平衡,且黃河泥沙解吸比例略低于長江泥沙,說明黃河泥沙比長江泥沙更具有吸附性,這是由于黃土具有的較大的粘性所致;準二級反應動力學對黃河泥沙解吸COD_(mn)行為的擬合效果更好,相關系數(shù)R~2可達0.99以上。(7)黃河泥沙表面附著著大量的微生物,對COD_(mn)的吸附降解起到了促進作用,是水體自凈作用的主要方式之一,黃河懸濁物質對COD_(mn)的吸附降解能力優(yōu)于黃河底泥。對比黃河沉積性泥沙(底泥)和懸浮態(tài)泥沙(懸濁物質)的吸附、降解規(guī)律,當初始COD_(mn)濃度范圍為4-9mg/L時,黃河底泥的動力學擬合準二級方程平衡吸附值為1.930mg/g,準一級方程平衡吸附值為1.863mg/g,黃河懸濁物質的準二級方程平衡吸附值為2.446mg/g,準一級方程平衡吸附值為2.090mg/g,說明黃河泥沙用動力學準二級方程擬合的平衡吸附值略高于準一級擬合結果,準二級方程的擬合效果略優(yōu)于準一級。(8)黃河底泥吸附、降解COD_(mn)用準一級方程擬合的平衡吸附值較吸附作用下增加了16%,黃河懸濁物質吸附、降解作用較吸附作用使COD_(mn)的去除率提高了26.8%,且吸附、降解作用達到吸附平衡時間較單純吸附作用縮短1/4,說明黃河泥沙對COD_(mn)的降解作用也很明顯,但降解作用小于吸附作用。(9)從冬季黃河泥沙中的微生物組成看出,黃河泥沙中主要為三大微生物類群:細菌數(shù)量最多(85.56%),放線菌次之,真菌最少,細菌是降解COD_(mn)的主體�？疾煳⑸飻�(shù)量在黃河底泥、懸濁物質中的分布情況:同體積(每毫升)底泥與水體中,黃河底泥的細菌含量高于黃河水中懸濁物質的細菌含量;同干重底泥與懸濁物質中黃河底泥的細菌含量遠低于懸濁物質。說明等量干重的黃河懸濁物質較河床表層0-5cm的黃河底泥更利于微生物附著,但冬季黃河水體中濁度較低,同體積空間下懸濁物質干量少,底泥因密度大而為微生物附著提供了更多的場所。(10)低溫低濁水是黃河水處理的難題。采用響應面法對混凝-沉淀-過濾法對黃河夏季常溫水與冬季低溫低濁水的處理效果進行優(yōu)化,結果表明,混凝—沉淀出水后經砂濾處理效果優(yōu)于膜濾,夏季黃河水經混凝法出水后再過濾的處理效果優(yōu)于低溫低濁水兩倍以上;微絮凝法(混凝-過濾)是一種將混凝出水立即注入濾柱過濾的強化過濾技術,利用響應面法優(yōu)化它對黃河冬季低溫低濁水中濁度、COD_(mn)、氨氮去除率的最佳處理效果,結果表明,較于混凝-沉淀-過濾處理技術,濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮去除率分別增加0.45、1.3、1.8倍。
【圖文】：

mn黃河泥沙吸附的關鍵因素，如溫度、含沙量、泥沙粒徑、有機物件等，建立黃河泥沙吸附 CODmn的吸附量和平衡濃度等的數(shù)學Freundlich、D-R 模型以及準一級和準二級動力學等模型，找出對有機物吸附行為的模型，同時計算有關熱力學狀態(tài)函數(shù)，分析小。分析黃河底泥解吸有機物的特性，，探討某初始濃度下吸附飽，對該過程建立數(shù)學方程，擬合分析黃河泥沙對高錳酸鹽指數(shù)解關的熱力學狀態(tài)函數(shù)，分析黃河泥沙的解吸能力。黃河泥沙對有機物的降解作用也是水體自凈作用的主要方式之一處理，對比黃河泥沙不同組分滅菌前后對 CODmn的遷移與降解考察黃河中微生物的分布情況，分析黃河泥沙不同組分對水體自低溫低濁水是黃河水處理的難題。利用響應面法研究混凝、沉淀同時期黃河濁度水（夏季、冬季）的最優(yōu)處理效果及最佳實驗參術路線如圖 1.1。

蘭州交通大學工程碩士學位論文沙 10g 加入六個均盛有 1L 去離子水的燒杯中，攪拌 5min、10min、15min、20min、25min、30間條件下水體的濁度。攪拌時間與水體濁度的關系
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV143

【參考文獻】

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本文編號：2663479