泥沙污染物起动再悬浮释放机理.pdf

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1、第24卷第4期水科学进展Vo1．24．NO．42013年7月ADVANCESINWATERSCIENCEJu1．．2O13泥沙污染物起动再悬浮释放机理朱红伟，蒋基安，程鹏达，王道增(1．中交上海航道勘察设计研究院有限公司航道疏浚交通行业重点实验室，上海20012O2．上海大学上海市应用数学和力学研究所，上海200072)摘要：底泥再悬浮时，颗粒和孔隙水会交替影响底泥污染物的释放通量。通过循环水槽实验，分别以氯化钠和磷来代表典型的非吸附性污染物和吸附性污染物，研究了再悬浮颗粒和孔隙水释放污染物的不同特征。研究表明，再悬浮磷的释放对底面切应力的反应要比氯化

2、钠迟缓，但前者释放通量要比后者大。恒定水流下底泥再悬浮污染物释放过程可以分为两个显著阶段：起动初期2h内，颗粒和孔隙水共同作用，两者对上覆水体中水溶性污染物的贡献之比最高为3：1，此时悬浮颗粒处于解吸污染物状态；2h后，悬浮颗粒转为吸附污染物状态，释放通量时正时负。长期悬浮时泥沙颗粒始终为负释放状态，而孔隙水对总通量的贡献之比最高可达到60：1。上覆水体中吸附性污染物液固相浓度比值先增大后减小，悬浮后期始终处于较低值。推导了底泥释放通量的理论公式，理论结果是线性缓慢增加的，而实验值的增加趋势是先快后慢。关键词：底泥污染物；再悬浮颗粒；孔隙水；释放通量；

3、液固浓度比中图分类号：TV142．1；X131．2文献标志码：A文章编号：1001—6791(2013)04．0537—06河流湖泊底泥沉积物已经成为污染物重要的“源”和“汇”。进入底泥中的污染物或以固相形式吸附在底泥颗粒上，或以水相溶解态存在于底泥孔隙水中。风浪等引起的水流扰动是泥沙起动再悬浮的主要因素，污染物通过再悬浮泥沙颗粒的吸附解吸作用和孔隙水的掺混作用影响上覆水质。。底泥沉积物均有一定的含水率，对于不同性质的泥沙，起动释放污染物会因颗粒不同特征产生不同的吸附解吸作用，并使得污染物在水体中从固相到液相之间的转变有所不同。传统的泥沙研究中只考虑泥

4、沙和水流之间的相互作用，环境泥沙研究中关于泥沙一污染物-孑L隙水间相互耦合关系的还很少。底泥起动再悬浮释放污染物时，固相的悬浮颗粒的浓度增加比较直观，来源于孔隙水对上覆水体中污染物浓度增加的贡献往往未曾考虑。为了研究泥沙颗粒起动再悬浮时通过颗粒和孔隙水释放污染物的机理，本文通过实验室循环水槽进行模拟，分别选取氯化钠和磷作为非吸附性和吸附性污染物，并分别在非黏性粗颗粒和黏性细颗粒泥沙中，研究了泥沙颗粒和孔隙水作用的时间、强度以及释放方式的异同。1材料和方法1．1实验材料及装置实验泥沙样品中，具有黏性的细颗粒泥沙粒径为0．01～0．1mlTl，中值粒径为0

5、．03mm，本文中称为细沙。非黏性的粗颗粒泥沙粒径为0．1～1mm，中值粒径为0．35mm，本文中称为粗沙。泥沙的起动释放实验在上海市应用数学和力学研究所环境循环水槽中进行，装置如图1所示。水槽总长7．5m，宽0．25m，高0．45m。实验时通过变频水泵将回水箱中的水抽取进入玻璃水槽中，水槽人口处设立整流格栅，使水流均匀。通过调节水泵流量和水槽尾门开度来控制流速和水深，本文实验中最大控制流速为收稿日期：2012-07—10；网络出版时间：2013-04—10网络出版地址：http：／／www．cnki．net／KCMS／detail／32．1309．P

6、．20130410．1725．010．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(10972134；11032007)作者简介：朱红伟(1984一)，男，湖北武汉人，博士研究生，主要从事环境泥沙和环保疏浚方面研究。E—mail：june0829@163．oom通信作者：王道增，E—mail：dzwang@staf￡shu．edu．cn538水科学进展第24卷0．22m／s，最大控制水深为0．20m。水槽内水经回水管流回水箱。进水口图1循环水槽装置示意Fig．1Schematicdiagramoftheflume1．2实验方法所有泥沙均先用相应的代表性物

7、质充分浸泡，达到饱和或吸附平衡，经过处理后均匀地铺在水槽中间长为4m、深为0．05m凹槽中，使得水流底部与泥沙上表面齐平，减少不必要的冲刷损失。采用LGY一Ⅱ型智能流速仪分别测量2个断面的流速，每个断面设3个测点，水深中部、水流上表面以下2cm处以及水深1／3处。实验以少量起动为泥沙起动标准。水槽用水为自来水，pH值为6～8，电导率在20左右，室温控制在24．5℃左右。水中氯化钠在低浓度时，溶液的电导率与浓度是线性关系，采用DDS一11A型电导率仪测量样品的电导率]。水中磷浓度采用722N可见分光光度计测量，方法和步骤均参见文献[5]。所有浓度采用所测

8、底泥孔隙水浓度C。和上覆水体浓度c之比(C。／C)来表示。实验时，缓慢加水调节至实验设计的流速