平台改建鱼礁海域再悬浮沉积物吸附磷的短期动力学过程研究

来源 :青岛大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dzsw2009
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研究表明磷已成为控制渤海富营养化的关键因素。悬浮沉积物与磷的相互作用对海洋富营养化防治有重要的影响,而渤海埕岛退役油田改建鱼礁引起工程附近海域水动力条件改变,在往复流作用下促使沉积物再悬浮-沉降现象周期性发生,并且工程海域水力停留时间较短,所以探讨再悬浮沉积物与磷的短期动力学过程对理解平台鱼礁区的富营养化至关重要。批次实验法是研究吸附作用的有力工具,但因其操作过程繁琐,很难捕捉短时间尺度的动力学信息;而流通实验法不仅有开放的系统,且能实现连续取样,使其在研究短期动力学方面具有更大的潜力。本文以渤海埕岛海域平台改建鱼礁区的再悬浮沉积物为例,通过短期动力学实验,探究了不同条件(磷浓度、固体浓度和进水流量)对再悬浮沉积物吸附磷动力学过程的影响,探讨了不同磷浓度条件下批次实验与流通搅拌实验结果的差异。另外,本文还根据动力学方程及其参数的拟合方程预测不同条件对平衡时间的影响;基于R语言建立零维模型,并模拟流通搅拌实验的磷吸附动力学过程,预测出水磷浓度。主要结论如下:(1)尽管假二级动力学方程是描述流通实验与批次实验的最佳方程,但是两种实验方法确定的动力学参数平衡吸附量Qe2和速率常数k2差异显著,批次实验得到的k2明显大于流通实验,而Qe2明显小于流通实验确定的Qe2。不仅如此,批次实验得到的初始吸附速率明显大于流通实验的结果;批次实验得到的Freundlich吸附等温方程中的1/n<1(凸),而流通法得到的1/n>1(凹)。(2)流通实验中进水磷浓度对沉积物吸附磷的动力学过程影响显著。根据进水磷浓度与动力学参数之间的关系,结果确定了进水浓度-动力学方程,该方程既可表示吸附量随进水浓度变化的动力学过程,又可以直接表达磷在固液界面上的分配关系。(3)固体浓度与进水流量显著影响沉积物吸附磷动力学过程,随着固体浓度降低和进水流量的增加,吸附速率增大。根据固体浓度与进水流量和动力学参数之间的关系,分别得到了吸附量随固体浓度、进水流量和时间变化的综合方程。(4)根据动力学方程及其参数拟合方程预测了不同条件下平衡时间,预测结果表明平衡时间随进水流量升高、固体浓度降低和进水流量的增加而减少。(5)运用R语言软件建立了流通实验的零维模型,并预测了不同条件下出水磷浓度;结果表明,在预测时间内,沉积物对磷的去除率随着进水磷浓度升高和进水流量减小而增大,但是随固体浓度变化呈非单调变化趋势。
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