社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,同時帶來突出的水環(huán)境污染問題。天然水體中存在泥沙運動,特別是我國大江大河的泥沙輸沙量較大,泥沙在污染物的遷移和轉(zhuǎn)化過程中擔任著非常重要的角色。泥沙對氮、磷等污染物的吸附改變了水體中污染物的濃度,又使泥沙自身形貌和輸移特性發(fā)生變化,研究泥沙與污染物之間的相互作用是解決這些問題的科學基礎(chǔ)。 本文從微觀角度出發(fā),對泥沙吸附磷的規(guī)律及其形貌變化進行了探討,采用的研究手段和主要結(jié)論包括以下幾個方面。 通過先進的掃描電鏡對泥沙顆粒的微觀形貌觀測發(fā)現(xiàn):天然狀態(tài)下的泥沙顆粒表面形貌十分復雜,常附著大量污染物質(zhì),與清洗干凈的泥沙差異較大。 為比較干凈泥沙與被污染泥沙的差別,研究以KH2PO4溶液為吸附劑,完成了在不同吸附劑濃度和泥沙濃度條件下的室內(nèi)靜態(tài)吸附實驗,并采用氣體吸附法觀測吸附后泥沙顆粒表面的孔隙特征,發(fā)現(xiàn)顆粒表面1-10nm的孔隙在受污染前后體積變化最明顯。隨著污染程度的加重,泥沙比表面積減小,孔體積減小,平均孔徑增大,在污染過程中孔徑較小的孔隙逐漸被填充。進一步又采用能量彌散X射線能譜儀(EDS)對吸附后泥沙的表面元素進行分析,統(tǒng)計結(jié)果顯示,泥沙顆粒表面的磷元素分布與顆粒表面的微結(jié)構(gòu)有較好的相關(guān)關(guān)系。 分析泥沙顆粒吸附磷的規(guī)律可見:吸附包括了物理吸附和化學吸附兩個方面,其中物理吸附速度很快,是個可逆過程;而化學吸附比較緩慢,屬于不可逆過程。在水流剪切力的不斷作用下,能夠穩(wěn)定吸附在顆粒表面的磷酸根離子大多應(yīng)是與顆粒表面通過化學作用結(jié)合的離子,因此吸附平衡時污染物應(yīng)大多集中在水流剪切力較小的孔隙之中,導致這部分孔隙被大量填充。 在電鏡實驗觀測的基礎(chǔ)上,論文用數(shù)學方法描述了清洗泥沙顆粒的形狀和表面結(jié)構(gòu),并用概率統(tǒng)計的方法構(gòu)建了數(shù)學泥沙的研究平臺。該平臺可以表征泥沙顆粒的三維形貌,同時也能反映出泥沙顆粒表面上每個微區(qū)的磷吸附規(guī)律。用該平臺結(jié)合吸附動力學方程可以用來完善已有的水沙和水質(zhì)數(shù)學模型,完善后的模型已經(jīng)應(yīng)用到北運河流域和巖灘水庫的污染物遷移及泥沙輸移計算之中,并取得了滿意的計算效果,表明該模型具有較好地應(yīng)用前景。
【學位單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2008
【中圖分類】：TV142;X52
【部分圖文】：

粉晶X射線衍射圖像

(c) 顆粒 E（×11000） (d) 顆粒 F（×4400）圖 2.3 宜昌水文站沙樣的 SEM 圖像黃河流域的代表性泥沙樣品取自花園口，位于黃河中下游。該天然沙樣的SEM 圖像見圖 2.4 所示。這些顆粒的圖像已與長江顆粒物有明顯不同，整體磨

(c) 顆粒 C（×3500） (d) 顆粒 D（×5000）圖 2.4 花園口站沙樣的 SEM 圖像圖 2.5 是永定河流域官廳水庫所取泥沙樣品的 SEM 圖像。圖中可以看出官廳水庫的泥沙顆粒表面更加復雜，基本被一層膜狀（圖(a)中顆粒）或碎屑狀（圖

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 胡康博;王毅力;李俊清;桂萍;蔣艷靈;;引黃水庫沉沙條渠沉積物的表面理化及分形特征研究[J];環(huán)境科學;2011年07期

2 黃磊;方紅衛(wèi);陳明洪;;泥沙顆粒表面電荷分布的初步研究[J];中國科學:技術(shù)科學;2012年04期

3 方紅衛(wèi);尚倩倩;趙慧明;王靖宇;;泥沙顆粒生長生物膜后沉降的實驗研究Ⅱ:沉降速度計算[J];水利學報;2012年04期

4 王而力;王嗣淇;朱江;;沙土不同有機組分對磷的解吸特征影響[J];生態(tài)環(huán)境學報;2012年08期

5 羅專溪;邱昭政;余小青;顏昌宙;;九龍江口濕地表層沉積物微觀形貌特征與成因分析[J];中國環(huán)境科學;2012年09期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 趙慧明;泥沙顆粒生長生物膜后基本物理性質(zhì)的實驗研究[D];清華大學;2010年

2 張晶;北京野鴨湖濕地土壤中磷的形態(tài)分布和轉(zhuǎn)化行為研究[D];北京林業(yè)大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 胡康博;黃河泥沙沉積物的理化性質(zhì)及其對磷的吸附行為研究[D];北京林業(yè)大學;2011年

2 劉雙;北京野鴨湖濕地土壤磷的分布特征及其吸附特性研究[D];北京林業(yè)大學;2011年

3 劉蘇蘇;贛江河流泥沙對氮磷的吸附解吸特性研究[D];南昌大學;2011年

本文編號：2825606