水窖底泥对窖水水质影响研究

发布时间：2017-04-19 21:25

  本文关键词：水窖底泥对窖水水质影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV213;X143
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究进展13-14
• 1.2.1 雨水利用研究进展13-14
• 1.2.2 底泥对上覆水影响国内外研究进展14
• 1.3 底泥理化性质分析14-15
• 1.4 底泥污染物释放的机理15-17
• 1.4.1 底泥解吸15-16
• 1.4.2 底泥再悬浮16-17
• 1.5 底泥污染物解吸模型17-19
• 1.5.1 动力学解吸模型17-18
• 1.5.2 等温平衡解吸模型18-19
• 1.6 研究目的及意义19-20
• 1.7 研究内容及技术路线20-22
• 1.7.1 研究内容20
• 1.7.2 技术路线20-22
• 2 实验材料、仪器和方法22-26
• 2.1 实验材料22-24
• 2.1.1 集雨水窖概况22
• 2.1.2 实验底泥采集22
• 2.1.3 实验底泥预处理22
• 2.1.4 实验底泥粒径级配及化学组成22-24
• 2.2 实验主要仪器、测定方法及试剂24-26
• 2.2.1 实验主要仪器及测定方法24-25
• 2.2.2 实验主要试剂25-26
• 3 不同底泥浓度对水窖底泥释放氨氮、COD_(Mn)、电导率及UV_(254)的动力学实验26-42
• 3.1 不同底泥浓度对水窖底泥释放氨氮的动力学试验26-32
• 3.1.1 实验设计26-27
• 3.1.2 不同底泥浓度对水窖底泥释放氨氮的影响27-28
• 3.1.3 不同底泥浓度对水窖底泥释放氨氮的动力学模拟28-31
• 3.1.4 水窖底泥对氨氮解吸等温线拟合31-32
• 3.2 不同底泥浓度对水窖底泥释放COD_(Mn)的动力学实验32-36
• 3.2.1 实验设计32
• 3.2.2 不同底泥浓度对水窖底泥释放COD_(Mn)的影响32-33
• 3.2.3 不同底泥浓度对水窖底泥释放COD_(Mn)的动力学模拟33-35
• 3.2.4 水窖底泥对COD_(Mn)解吸等温线拟合35-36
• 3.3 不同底泥浓度对水窖底泥释放电导率的影响实验36-38
• 3.3.1 实验设计36
• 3.3.2 不同底泥浓度对水窖底泥释放电导率的影响36-38
• 3.4 不同底泥浓度对水窖底泥释放UV_(254)的影响实验38-40
• 3.4.1 实验设计38
• 3.4.2 水窖底泥不同浓度对水窖底泥释放 UV_(254)的影响38-39
• 3.4.3 不同底泥浓度时水窖底泥释放UV_(254)和COD_(Mn)的相关性分析39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 4 不同温度对水窖底泥释放氨氮、COD_(Mn)、电导率及UV_(254)的动力学实验42-53
• 4.1 不同温度对水窖底泥释放氨氮的动力学实验42-45
• 4.1.1 实验设计42
• 4.1.2 不同温度对水窖底泥释放氨氮影响42-43
• 4.1.3 不同温度对水窖底泥释放氨氮的动力学模拟43-45
• 4.2 不同温度对水窖底泥释放COD_(Mn)的动力学实验45-48
• 4.2.1 实验设计45
• 4.2.2 不同温度对水窖底泥释放COD_(Mn)的影响45-46
• 4.2.3 不同温度对水窖底泥释放COD_(Mn)的动力学模拟46-48
• 4.3 不同温度对水窖底泥释放电导率的影响实验48-49
• 4.3.1 实验设计48
• 4.3.2 不同温度对水窖底泥释放电导率的影响48-49
• 4.4 不同温度对水窖底泥释放UV_(254)的影响实验49-51
• 4.4.1 实验设计49
• 4.4.2 不同温度对水窖底泥释放UV_(254)的影响49-50
• 4.4.3 不同温度时水窖底泥释放UV_(254)和COD_(Mn)的相关性分析50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放氨氮、COD_(Mn)、电导率及UV_(254)的动力学实验53-63
• 5.1 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放氨氮的影响实验53-56
• 5.1.1 实验设计53
• 5.1.2 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放氨氮的影响53-54
• 5.1.3 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放氨氮的动力学模拟54-56
• 5.2 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放COD_(Mn)的动力学实验56-58
• 5.2.1 实验设计56
• 5.2.2 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放COD_(Mn)的影响56
• 5.2.3 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放COD_(Mn)的动力学模拟56-58
• 5.3 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放电导率的影响实验58-59
• 5.3.1 实验设计58
• 5.3.2 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放电导率的影响58-59
• 5.4 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放UV_(254)的影响实验59-61
• 5.4.1 实验设计59-60
• 5.4.2 不同紊乱程度（振荡速度）对水窖底泥释放UV_(254)的影响60
• 5.4.3 不同紊乱程度（振荡速度）时水窖底泥释放UV_(254)和COD_(Mn)的相关性分析60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 6 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-68

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