水动力作用下悬沙对磷吸附规律及其沉降反馈影响机制

At present, research on adsorption of phosphorus on sediment have been achieved some achievements under the condition of still water and low sediment concentration. Research on adsorption of phosphorus on high sediment concentration of suspended particles in hydrodynamic condition is very rare. After sediment adsorption phosphorus, not only its physical and chemical properties will change, also settlement features will change. To solve these new problems, this subject will study the effect of hydrodynamic conditions and sediment features (especially the high sediment concentration) on adsorption of phosphorus on suspended particles combining experiment and theoretical analysis method through the circulating water flow test. Through the existing mode of sediment adsorption, we shall set up adsorption isotherm of adsorption of phosphorus on suspended particles in hydrodynamic condition; we shall measure the sediment settling velocity before and after the adsorption of phosphorus and study the effect of phosphorus on the sediment settlement features through sediment settlement test. Research results will improve the sediment pollutant adsorption theory, and promote the cross development of sediment movement mechanics and environmental science, and contribute to the manage of the water eutrophication problem and the purification of river water quality, and provide a scientific basis for environmental monitoring, water environmental quality assessment and water pollution prediction and control.

目前泥沙对磷的吸附规律研究成果，多是在静水且水体泥沙浓度比较低的条件下取得的，考虑水动力作用下高含沙情况的研究很少，泥沙吸附磷后，不仅自身表面的理化性质会改变，其沉降特性也会发生变化。为深入研究这一新问题，本课题拟采用试验和理论分析相结合的方法，通过循环水流试验，研究水动力条件对悬沙吸附磷的影响以及不同含沙量（特别是高含沙量）、泥沙粒配对泥沙吸附磷的影响，运用现有的泥沙吸附模式，建立水动力作用下泥沙吸附磷的吸附等温式；并开展泥沙吸附磷前后沉降速度对比试验，探讨磷对泥沙沉降的影响机制。研究成果不仅对泥沙吸附污染物理论的完善，促进泥沙运动力学与环境科学的交叉发展有重要学术价值，而且对水流富营养化问题的治理、河流水质净化、环境监测、水环境质量评价以及水污染预测与控制等也有重要指导意义。

以黄河泥沙作为研究对象，开展了动态条件下泥沙对磷的吸附动力学试验，研究了磷初始浓度、含沙量对吸附量、吸附动力学曲线等的影响，试验主要结论如下：（1）水沙体系中，水相中的磷与泥沙表面上的磷之间存在动态平衡关系，泥沙对磷的吸附一般在2h内就能够达到平衡；②泥沙中值粒径d50=0.038mm，磷初始浓度分别为1mg/L、2mg/L、3mg/L时，泥沙的平衡吸附量分别为0.121mg/g、0.147mg/g、0.153mg/g，也就是说当其他条件相同时，吸附量随着磷初始浓度的增加而增加，准一级和准二级动力学吸附模型拟合得到的平衡吸附量qe，随着磷初始浓度的增大而增大，且准二级模型拟合得到的qe值略大于准一级；两者的动力学系数k1和k2与磷初始浓度间规律不明显；准二级的拟合效果明显优于准一级（R2二级>R2一级）；③含沙量分别为3kg/m3、3.5kg/m3、4kg/m3、4.5kg/m3时，泥沙对磷的平衡吸附量分别为0.130mg/g、0.125mg/g、0.112mg/g、0.106mg/g，在水相磷初始浓度相同的条件下，吸附量随着含沙量的增大而减小。.（2）开展了动态条件下泥沙对磷的平衡吸附试验，研究了含沙量对吸附等温曲线的影响，试验主要结论如下：①当磷初始浓度不同，其他条件相同时，泥沙对磷的吸附量随含沙量的增加而减少；②试验结果用Langmuir模型、Freundlich模型均能较好的拟合，但Freundlich模型拟合的结果要优于Langmuir模型，用Freundlich模型拟合的相关系数都在0.99以上。.（3）开展了磷元素对泥沙沉降影响试验研究，试验主要结论为：含磷元素水体泥沙群体沉速与无磷元素条件下群体沉速的比值随着磷元素含量的增加有明显减小趋势，泥沙粒径越细，这种趋势越明显。.以上成果可为泥沙吸附污染物理论的完善提供基础数据和技术支撑。