水体中粪大肠菌群的悬沙吸附特性与底泥交换过程研究

发布时间：2020-03-28 22:47

【摘要】：粪大肠菌群是我国水体微生物污染的主要指示菌,底泥是水体粪大肠菌群的重要内部污染源,粪大肠菌群在悬浮泥沙上的吸附和底泥水体间的交换会明显影响水体微生物水质。论文结合物理试验和数值模拟,研究了水体悬浮泥沙吸附粪大肠菌群的规律,并进一步分析了底泥各种交换过程对水体微生物水质的影响。论文通过物理试验揭示了水体悬浮泥沙吸附粪大肠菌群的规律。粪大肠菌群菌体尺寸远大于泥沙表面的平均孔隙尺寸,泥沙吸附粪大肠菌群只能发生在颗粒物表面除孔隙内表面的外表面上,这与其它无机污染物的吸附具有明显差别。泥沙吸附粪大肠菌群达到平衡的时间较短约为5~15min,可被视为瞬间吸附平衡。泥沙吸附粪大肠菌群的平衡过程可采用线性分配模型来描述,分配系数k值范围为0.1376~0.9387L/g。环境条件变化会对吸附产生影响,泥沙浓度S增大、温度T升高、盐度SL增大,分配系数k值减小;粒径D减小、表面有机物含量OMC减小,k值增大;pH值增大,k值无明显的趋势性变化。泥沙粒径对分配系数及单位质量吸附量的影响最为明显,但粒径对单位面积吸附量的影响较小,论文建立了分配系数和粒径的函数关系式。实测粪大肠菌群分配比例fp值范围为7.2%~92%,fp值的理论公式为fp=kS/(1+kS),试验结果对此公式的合理性进行了较好的验证。论文通过理论分析发现悬浮过程较沉降过程对水体粪大肠菌群浓度的影响更大;悬浮过程影响随底泥粪大肠菌群含量的增大而增大;而沉降过程影响几乎不随底泥粪大肠菌群含量的增大而变化。泥沙吸附特性变化会明显影响水体粪大肠菌群的运动,常数分配比例与常数分配系数计算粪大肠菌群浓度最大偏差约为-12.44%~28.13%;不同分配系数计算粪大肠菌群浓度最大偏差约为-14.97~33.74%。论文模拟了底泥附近泥沙悬浮沉降影响水体粪大肠菌群运动的过程,结果表明洪水过程中泥沙悬浮沉降对水体微生物水质的影响非常明显,但影响持续时间短。论文总结了底泥孔隙水和水体直接交换的试验成果,发现传质系数的值根据床面形态剪切雷诺数Re*与渗透Pelect数Pe可分为两个区域。当Re*Pe6/52000时,传质系数主要受水流运动强度的影响;当Re*Pe6/5≥2000时,传质系数主要受床面形态及渗透性的影响。传质系数ε≥8×10-8m/s时直接交换对水体粪大肠菌群运动的影响较为明显。论文模拟了底泥直接交换影响水体粪便指示菌运动的过程,结果表明枯水过程中直接交换对水体微生物水质的影响比较明显,且影响持续时间长。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52

【参考文献】