《動水條件下河湖泥沙對磷吸附/解吸規律和機理研究》是依託河海大學，由肖洋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：動水條件下河湖泥沙對磷吸附/解吸規律和機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖洋
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當前我國湖泊、水庫和河流富營養化問題突出。磷作為河湖富營養化的主要污染物之一，在水體中的遷移轉化規律與泥沙運動密切相關，一方面泥沙是磷的主要載體和歸宿，另一方面，磷在隨泥沙的運動過程中，通過解吸作用再次釋放，產生二次污染，威脅水體生態健康和供水安全。本項目針對水體中磷的遷移轉化特點，在系統研究不同泥沙理化參數對磷吸附/解吸影響規律的基礎上，研究不同水動力條件下泥沙對磷的吸附/解吸規律，探討不同泥沙運動形式和過程對磷在水固兩相中的分配關係和吸附/解吸動力學過程的影響機制，建立不同水動力或輸沙強度參數與磷吸附/解吸規律之間的定量關係，揭示動水條件下磷在泥沙-水體中的遷移轉化規律，建立相應的預測模型，掌握動水條件下泥沙對磷吸附/解吸機理。研究成果不僅有助於揭示磷在動水中的遷移轉化過程，為水體富營養化的防治奠定基礎，而且對促進泥沙運動力學與環境科學的交叉具有重要的科學價值。
結題摘要
磷是河湖富營養化的重要限制因素之一，在水體中的遷移轉化過程與水流、泥沙運動密切相關。本項目通過現場觀測、室內實驗、理論分析等手段，研究了動水條件下泥沙對磷吸附/解吸規律和機理。取得主要成果如下： ①泥沙理化特性對泥沙吸附/解吸磷的影響規律。 通過吸附動力學實驗和平衡吸附實驗，探討了泥沙粒徑、比表面積和泥沙表面化學組分等泥沙理化特性對泥沙吸附/解吸磷過程的影響規律，發現泥沙顆粒的比表面積、分形維數與泥沙的粒徑密切相關，不同粒徑組間泥沙對磷的吸附動力學過程和平衡吸附過程有明顯差異，準二級反應模型可較好的描述吸附動力學過程，Langmuir等溫吸附方程可較好的描述平衡吸附過程；通過選擇性萃取的方法對泥沙表面的鐵、錳氧化物及有機質等成分進行選擇性萃取分離，而後，通過吸附實驗發現：礦物成分對磷吸附總量的貢獻最大，有機質的貢獻與鐵氧化物的貢獻在同一水平而略低，錳氧化物的貢獻低於有機質的貢獻；單位質量各組分對磷的吸附貢獻，鐵錳氧化物最高，其次為有機質，礦物成分最低。 ②不同水動力條件下污染物在上覆水-孔隙水-床沙中的分布規律現場觀測。 在總結近年來關於水動力對污染物在河流水沙兩相間分配規律影響研究的基礎上，通過現場觀測水動力過程前後，磷、鉛、銅、砷及鉻等污染物在上覆水-孔隙水-床沙中的濃度變化，發現水動力過程會顯著影響目標污染物在水-沙兩相中的濃度分布，並通過生態風險指數法評估了底泥中重金屬的生態風險。 ③動水條件下泥沙對磷泥沙吸附/解吸磷規律及機理。 通過室內環形水槽研究了水流流速和泥沙運動形式對磷在水沙兩相中的分配規律的影響。結果表明，水槽實驗中，泥沙對磷的吸附速率顯著低於靜態實驗；隨著水流流速的增大，泥沙對磷的吸附量越大；磷在床沙中的質量分數fb和t^(1/2)呈線性正相關，表明擴散作用在水槽實驗中泥沙對磷的吸附過程中起主導作用，邊界層模型可用於描述不同流速下床沙對磷的吸附過程。泥沙不同運動形式也會對泥沙吸附磷的過程產生影響，泥沙運動越強，水體中磷的減小程度越大，吸附24h後，泥沙不同運動形式下的fb大小關係為：泥沙懸浮＞普遍動＞中等動＞個別動＞靜止，邊界層方程可很好地刻畫不同泥沙運行下液相磷濃度隨時間的變化過程。 研究結果對於揭示動水條件下磷在泥沙-水體中的遷移轉化規律和促進環境泥沙學的發展有十分重要的作用，還可為挾沙水流水質模型的改進提供理論依據。
