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水窖底泥对窖水水质影响研究

水窖底泥对窖水水质影响研究

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作者：慕娅婷兰州交通大学

学位级别：硕士

我国西北干旱半干旱地区,其独特的地理位置和自然环境使得西北村镇地区人畜用水严重不足。为解决此问题,我国雨水资源化与收集利用技术得到充分的重视。在政府的正确引导和资助下,通过“121集雨工程”,“母亲水窖”等集雨工程使得水窖... 详细信息

我国西北干旱半干旱地区,其独特的地理位置和自然环境使得西北村镇地区人畜用水严重不足。为解决此问题,我国雨水资源化与收集利用技术得到充分的重视。在政府的正确引导和资助下,通过“121集雨工程”,“母亲水窖”等集雨工程使得水窖得到了广泛地推广、应用,有效的缓解了西北干旱半干旱地区淡水资源严重匮乏的局面。然而,集雨水水质特征复杂,也因大气环境、集流面及水窖材料而使水质表现出差异。受到污染的雨水收集入窖,泥沙和部分污染物沉积到水窖底部,常年不清洗水窖,使得污染物在底泥中大量积聚,再悬浮时可能对窖水水质存在二次污染的危险。鉴于此,为改善窖水水质、提高窖水质量、保障西北村镇人畜健康,并为拓展、深入研究窖水集雨的理论体系,开展水窖底泥对窖水水质的影响研究有着非常关键的现实意义。本文选用具有代表性的红泥窖底泥作为实验底泥,以氨氮、CODMn、电导率及UV254作为污染物的代表,采用动力学和等温平衡等实验方法,对水窖底泥释放污染物质的迁移转化规律进行了初步研究,并对水窖底泥浓度、温度和紊乱程度(振荡速度)等因素进行分析。本文的主要内容和研究成果主要包括:(1)查阅相关水窖资料,分析水窖底泥中可能存在的污染物质和影响其释放的因素,确定了以氨氮、CODMn、电导率及UV254作为研究对象和以水窖底泥浓度、温度和紊乱程度(振荡速度)等为影响因素的实验方案;对水窖底泥的理化性质(粒径级配、矿物组成以及化学成分)进行了分析,确定了中值粒径为22.752μm的水窖底泥作为实验底泥以及相关的预处理和制备方法。(2)根据一般河湖库区底泥释放污染物的相关理论分析了水窖底泥和上覆水之间的影响,分析了水窖底泥对污染物吸附解吸的作用机理,强调了进行水窖底泥对上覆水水质影响研究的意义;介绍了Langmuir、Freundlich等温模型和准一级动力学方程、准二级动力学方程等常见水质模型的相关内容以及它们的特点和数据拟合方法。(3)以不同水窖底泥浓度为变量,进行了水窖底泥释放氨氮、CODMn、电导率及UV254的动力学实验,对水窖底泥释放氨氮、CODMn建立了准一级动力学、准二级动力学模型和Langmuir、Freundlich两种等温模型,以考察水窖底泥对解吸速率、平衡时间和解吸量的作用机理以及单位质量水窖底泥对氨氮、CODMn的平衡解吸量和解析等温线的影响;并对水窖底泥浓度与电导率进行线性拟合,以考察水窖底泥浓度与上覆水中电导率的相关性。结果表明:随着水窖底泥浓度增大,氨氮、CODMn、电导率及UV254均不同程度有所增加;用准一级动力学与准二级动力学拟合水窖底泥释放CODMn相关性均较好;Langmuir等温式与Freundlich等温式对水窖底泥解吸氨氮、CODMn的拟合情况也均较好;水窖底泥浓度和电导率线性拟合相关性较高,这一特性为通过电导率监测窖水水质提供了实验基础;不同浓度时对水窖底泥释放UV254与CODMn进行相关系数显著性检验得出UV254与CODMn线性相关。(4)以不同温度为变量,进行了水窖底泥释放氨氮、CODMn、电导率及UV254的动力学实验,对水窖底泥释放氨氮、CODMn建立了准一级动力学、准二级动力学模型,以考察温度对解吸速率、平衡时间和解吸量的作用机理;并对温度与电导率进行线性拟合,以考察温度对电导率的影响。结果表明:随着温度增大,氨氮、CODMn、电导率及UV254均不同程度有所增加;准一级和准二级动力学方程描述温度对水窖底泥释放CODMn时的反应过程时准一级略优于准二级;温度和电导率线性拟合相关性较高,将电导率作为窖水水质的监测手段时必须考虑温度对其的影响;在不同温度时,对UV254与CODMn进行相关系数显著性检验得出UV254与CODMn线性相关,但20℃时显著性较低。(5)以不同紊乱程度(振荡速度)为变量,进行了水窖底泥释放氨氮、CODMn、电导率及UV254的动力学实验,并对水窖底泥释放氨氮、CODMn建立了准一级动力学、准二级动力学模型,以考察紊乱程度(振荡速度)对解吸速率、平衡时间和解吸量的作用机理;并对紊乱程度(振荡速度)与电导率进行线性拟合,以考察紊乱程度(振荡速度)对电导率的影响。结果表明:随着紊乱程度(振荡速度)增强,氨氮、CODMn、电导率及UV254均不同程度有所增加;准二级动力学方程的拟合水窖底泥释放氨氮效果略优于准一级动力学方程;紊乱程度(振荡速度)和电导率线性拟合相关性较高,故电导率可作为水窖底泥悬浮程度的监测手段,从而来控制窖水水质安全;不同紊乱程度(振荡速度)对UV254与CODMn进行相关系数显著性检验得出UV254与CODMn线性相关,140r/min、190r/min时显著性较低但仍具有一定线性关系。

关键词：窖水水质水窖底泥污染物释放释放机理

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水窖底泥污染物迁移转化特性的实验研究

水窖底泥污染物迁移转化特性的实验研究

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作者：马可兰州交通大学

学位级别：硕士

在我国的西北部,不少地区由于降雨量少、光照强、蒸发量大,缺少人畜饮水,严重影响了当地民众的生活。通过修建水窖利用屋面、场院、沟坡等设施蓄水,已经成为解决西北部地区缺水问题有效而实用的方法。水窖不但可以缓解黄土高原干旱与水... 详细信息

在我国的西北部,不少地区由于降雨量少、光照强、蒸发量大,缺少人畜饮水,严重影响了当地民众的生活。通过修建水窖利用屋面、场院、沟坡等设施蓄水,已经成为解决西北部地区缺水问题有效而实用的方法。水窖不但可以缓解黄土高原干旱与水土流失的矛盾,同时也是解决部分水资源短缺地区饮水困难的重要途径。然而随着不同形式的水窖在解决农村饮水安全中的大规模应用,窖水水质问题也日益受到关注。大气降水是窖水的主要组成部分,剩余很小部分靠地下水或河流补给。由于水窖构造不利于清洗,雨污水流入、大气沉降的同时污染物会进入窖水水体,再由水体的自然沉降富集在水窖底泥中。其整个过程实际上是污染物在窖水底泥与窖水之间的迁移转化,而底泥在污染物的迁移转化过程中起着非常重要的载体作用。因此,为了保障西北地区村镇饮用水的安全以及深入探索干旱半干旱地区集水体系,研究水窖底泥污染物的迁移转化特性具有深刻的现实意义。本实验选用水窖中具有代表性的几种污染物进行分析,通过动力学等实验方式,在不同影响因素下,研究水窖底泥污染物的迁移转化特性。本文的研究内容和成果主要包括以下几个方面:(1)查阅有关底泥文献资料,通过对河、湖、库区底泥的了解探究可能存在于水窖底泥中的污染物以及影响其迁移转化的因素,最终确定目标污染物为氨氮、COD、UV以及电导率,实验影响因素为水相污染物初始负荷、底泥含量、紊乱程度以及温度;进行实地考察,记录窖体内外环境情况,了解水窖使用情况;对实验所需底泥进行预处理并储存,分析其理化性质。(2)根据河、湖、库区底泥吸附释放污染物的相关作用机理,分析了污染物在水窖底泥和窖水之间的吸附释放规律,展现了研究水窖底泥污染物的迁移转化特性的重要意义;介绍了准一级、准二级动力学方程等常见水质模型的内容、特点和各自的拟合方法。(3)以水相氨氮初始浓度、底泥含量、紊乱程度和温度为变量,对水窖底泥吸附氨氮进行了动力学实验,建立水窖底泥吸附氨氮的准一级、准二级动力学模型,来考察底泥含量、水相氨氮初始浓度、紊乱程度和温度分别对吸附过程的影响机理。结果表明:不同底泥含量时,平衡时单位质量底泥对氨氮的吸附量与底泥含量负相关,准二级动力学方程比准一级方程能够较好的表示不同底泥含量对氨氮吸附过程的影响;不同水相氨氮初始浓度时,平衡时单位质量底泥对氨氮的吸附量与氨氮初始浓度正相关,准二级动力学方程比准一级方程能够较好的表示不同氨氮初始浓度对氨氮吸附过程的影响;不同紊乱程度时,平衡时单位质量底泥对氨氮的吸附量与紊乱程度正相关,准一级动力学方程比准二级方程能够较好的表示不同紊乱程度对氨氮吸附过程的影响;不同温度时,平衡时单位质量底泥对氨氮的吸附量与温度负相关,准二级动力学方程比准一级方程能够较好的表示不同温度对氨氮吸附过程的影响。(4)以底泥含量、紊乱程度和温度为变量,对水窖底泥释放COD进行了动力学实验,建立水窖底泥释放COD的准一级、准二级动力学模型,来考察底泥含量、紊乱程度和温度分别对释放过程的影响机理。结果表明:不同底泥含量时,平衡时单位质量底泥对COD的释放量与底泥含量正相关,准二级动力学方程比准一级方程能够较好的表示不同底泥含量对COD释放量过程的影响;不同紊乱程度时,平衡时单位质量底泥对COD的释放量与紊乱程度正相关,准二级动力学方程比准一级方程能够较好的表示不同紊乱程度对氨氮吸附过程的影响;不同温度时,平衡时单位质量底泥对COD的释放量与温度正相关,准二级动力学方程能够较好的表示不同温度对COD释放过程的影响。(5)以底泥含量、紊乱程度和温度为变量,对水窖底泥吸附UV进行了动力学实验,来考察底泥含量、紊乱程度和温度分别对吸附过程的影响机理。结果表明:不同底泥含量时,当底泥含量为2g/L以内时,最大UV吸附容量随底泥含量的上升迅速增大;不同紊乱程度时,当紊乱程度在230r/min以内时,最大UV吸附容量随紊乱程度的增大而增大,但增速是逐渐放缓的;不同温度时,最大UV吸附容量随着温度的升高在逐渐减小,当温度在250℃中间时,最大UV吸附容量下降的速率最大。(6)以底泥含量、紊乱程度和温度为变量,对水窖底泥释放电导率进行了动力学实验,对水窖底泥释放电导率进行线性拟合,来考察底泥含量、紊乱程度和温度分别对释放过程的影响机理。结果表明:不同底泥含量时,随着底泥含量的上升,平衡时电导率的释放量也在增大,水相电导率值随着底泥含量的增加总体呈线性增加趋势;不同紊乱程度时,随着紊乱程度的上升,平衡时电导率的释放量也在增大,水相电导率值随着紊乱程度的增加总体呈线性增加趋势;不同温度时,随着温度的上升,平衡时电导率的释放量也在增大,水相电导率值随着温度的上升总体呈线性增加趋势。

关键词：水窖底泥污染物迁移转化窖水水质吸附释放

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