【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(zhì))。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(jī)污染物在接觸面上會(huì)發(fā)生復(fù)雜的界面效應(yīng);其粗糙多孔的表面存在著多種活性物質(zhì),增強(qiáng)了泥沙對(duì)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(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化的主要載體,從而影響河流流經(jīng)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。研究黃河泥沙的吸附降解機(jī)制對(duì)黃河水環(huán)境生態(tài)評(píng)判有重要意義。本文以黃河蘭州段泥沙為研究對(duì)象,從分析其物化特征出發(fā),研究了其與水體濁度的關(guān)系;運(yùn)用傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和等溫平衡實(shí)驗(yàn)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(duì)COD_(mn)吸附行為的模型,計(jì)算出有關(guān)熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù),分析了吸附機(jī)理和吸附能力。通過吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方法探究了黃河泥沙對(duì)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(zhì))的吸附、降解能力差異;利用平板計(jì)數(shù)法探討了黃河中微生物在底泥、懸濁物質(zhì)與水體中的分布特征;利用響應(yīng)面法研究混凝、過濾、微絮凝等方法對(duì)不同時(shí)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(jié)論:(1)黃河泥沙不僅易產(chǎn)生較大的濁度,而且導(dǎo)致了水體中總?cè)芙庑怨腆w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(xì)菌總數(shù)嚴(yán)重超標(biāo),說明黃河水體受有機(jī)物污染比較嚴(yán)重,同時(shí)豐富的有機(jī)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)為細(xì)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(shí)間、水流紊動(dòng)程度的不同,黃河濁度會(huì)顯示出不同的變化,實(shí)驗(yàn)表明,水體濁度隨著泥沙濃度、攪拌時(shí)間、攪拌強(qiáng)度的增大而相應(yīng)的增加,隨著靜沉?xí)r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(dòng)條件是產(chǎn)生高濁度的另一個(gè)原因;黃河泥沙的沉降性能非常顯著,處理時(shí)難度較小,因?yàn)槟嗌持饕缘V物質(zhì)為主。(3)黃河泥沙對(duì)有機(jī)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(zhuǎn)速。采用BBD響應(yīng)面法預(yù)測(cè)黃河上游污染最大的進(jìn)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(zhuǎn)速為204r/min、溫度為25℃,此時(shí),COD_(mn)的最大去除率可達(dá)38.83%,單位泥沙對(duì)COD_(mn)的最大吸附量為1.09mg/g。(4)黃河底泥對(duì)COD_(mn)的吸附規(guī)律結(jié)果表明:在25℃時(shí),隨著COD_(mn)的初始濃度的升高吸附量增加,隨反應(yīng)的進(jìn)行,吸附速率逐漸減弱,直至平衡。當(dāng)初始COD_(mn)濃度范圍為4-8.4mg/L時(shí),將黃河底泥與長江底泥吸附能力進(jìn)行對(duì)比,黃河底泥對(duì)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(duì)COD_(mn)的吸附能力優(yōu)于長江底泥;對(duì)比黃河沉積性泥沙(底泥)與懸浮態(tài)泥沙(懸濁物質(zhì))的吸附規(guī)律,當(dāng)初始COD_(mn)濃度范圍在4-8.4mg/L時(shí),黃河底泥和黃河懸濁物質(zhì)達(dá)到吸附平衡狀態(tài)所需時(shí)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(zhì)吸附能力高于底泥。用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能更好得描述黃河底泥和懸濁物質(zhì)的吸附COD_(mn)的特征行為,相關(guān)系數(shù)R~2能達(dá)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(zhì))對(duì)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?chǔ)~θ小于0,說明此吸附過程是自發(fā)進(jìn)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(gè)放熱過程;ΔS~θ大于0,說明整個(gè)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(shí):吸附量越大,解吸量也越大,隨反應(yīng)的進(jìn)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(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)對(duì)黃河泥沙解吸COD_(mn)行為的擬合效果更好,相關(guān)系數(shù)R~2可達(dá)0.99以上。(7)黃河泥沙表面附著著大量的微生物,對(duì)COD_(mn)的吸附降解起到了促進(jìn)作用,是水體自凈作用的主要方式之一,黃河懸濁物質(zhì)對(duì)COD_(mn)的吸附降解能力優(yōu)于黃河底泥。對(duì)比黃河沉積性泥沙(底泥)和懸浮態(tài)泥沙(懸濁物質(zhì))的吸附、降解規(guī)律,當(dāng)初始COD_(mn)濃度范圍為4-9mg/L時(shí),黃河底泥的動(dòng)力學(xué)擬合準(zhǔn)二級(jí)方程平衡吸附值為1.930mg/g,準(zhǔn)一級(jí)方程平衡吸附值為1.863mg/g,黃河懸濁物質(zhì)的準(zhǔn)二級(jí)方程平衡吸附值為2.446mg/g,準(zhǔn)一級(jí)方程平衡吸附值為2.090mg/g,說明黃河泥沙用動(dòng)力學(xué)準(zhǔn)二級(jí)方程擬合的平衡吸附值略高于準(zhǔn)一級(jí)擬合結(jié)果,準(zhǔn)二級(jí)方程的擬合效果略優(yōu)于準(zhǔn)一級(jí)。(8)黃河底泥吸附、降解COD_(mn)用準(zhǔn)一級(jí)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(zhì)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(dá)到吸附平衡時(shí)間較單純吸附作用縮短1/4,說明黃河泥沙對(duì)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(xì)菌數(shù)量最多(85.56%),放線菌次之,真菌最少,細(xì)菌是降解COD_(mn)的主體�？疾煳⑸飻�(shù)量在黃河底泥、懸濁物質(zhì)中的分布情況:同體積(每毫升)底泥與水體中,黃河底泥的細(xì)菌含量高于黃河水中懸濁物質(zhì)的細(xì)菌含量;同干重底泥與懸濁物質(zhì)中黃河底泥的細(xì)菌含量遠(yuǎn)低于懸濁物質(zhì)。說明等量干重的黃河懸濁物質(zhì)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(zhì)干量少,底泥因密度大而為微生物附著提供了更多的場(chǎng)所。(10)低溫低濁水是黃河水處理的難題。采用響應(yīng)面法對(duì)混凝-沉淀-過濾法對(duì)黃河夏季常溫水與冬季低溫低濁水的處理效果進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果表明,混凝—沉淀出水后經(jīng)砂濾處理效果優(yōu)于膜濾,夏季黃河水經(jīng)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(qiáng)化過濾技術(shù),利用響應(yīng)面法優(yōu)化它對(duì)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(jié)果表明,較于混凝-沉淀-過濾處理技術(shù),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(guān)鍵因素，如溫度、含沙量、泥沙粒徑、有機(jī)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(xué)Freundlich、D-R 模型以及準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)等模型，找出對(duì)有機(jī)物吸附行為的模型，同時(shí)計(jì)算有關(guān)熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)，分析小。分析黃河底泥解吸有機(jī)物的特性，，探討某初始濃度下吸附飽，對(duì)該過程建立數(shù)學(xué)方程，擬合分析黃河泥沙對(duì)高錳酸鹽指數(shù)解關(guān)的熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)，分析黃河泥沙的解吸能力。黃河泥沙對(duì)有機(jī)物的降解作用也是水體自凈作用的主要方式之一處理，對(duì)比黃河泥沙不同組分滅菌前后對(duì) 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(duì)水體自低溫低濁水是黃河水處理的難題。利用響應(yīng)面法研究混凝、沉淀同時(shí)期黃河濁度水（夏季、冬季）的最優(yōu)處理效果及最佳實(shí)驗(yàn)參術(shù)路線如圖 1.1。

蘭州交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文沙 10g 加入六個(gè)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(shí)間與水體濁度的關(guān)系
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV143

【參考文獻(xiàn)】

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