河水入渗过程中大肠杆菌在饱和多孔介质中的迁移规律研究
本文关键词：河水入渗过程中大肠杆菌在饱和多孔介质中的迁移规律研究 出处：《吉林大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：随着工业化和城市化的不断发展,地表水体微生物污染越来越严峻,这将对傍河取水的地下水水质造成严重威胁,因此亟需对河床渗滤作用下病原微生物的衰减进行研究。大肠杆菌作为病原微生物的一种,对人体具有一定程度的致病性。通过对吉林省松原市卡拉店傍河水源地河岸入渗带河水及地下水样品的采集及测试,发现河水样品中大肠杆菌浓度严重超标,而地下水样品中大肠杆菌浓度尽管明显低于河水样品,但仍有部分水井被检出。现有研究对河水入渗过程中大肠杆菌的迁移机制及迁移规律尚不明确,因此亟需对其进行探索以期更好地为傍河取水方案设计与优化开采技术提供科学依据。本论文以国家水体污染控制与治理科技重大专项《松花江傍河取水水质安全保障关键技术及示范》为依托,选取松原市卡拉店傍河水源地为研究区。采集河岸入渗带河水及地下水样品,测试并分析其大肠杆菌浓度,总结河水入渗过程中大肠杆菌的时空分布规律及变化特征。通过静态吸附以及动态土柱模拟实验,探究岩性、温度、p H以及离子强度对大肠杆菌吸附特征的影响,探明不同温度以及水力梯度条件下河水入渗过程中大肠杆菌在饱和多孔介质中的迁移规律。通过数学模拟,对不同水力梯度及河水大肠杆菌浓度条件下大肠杆菌的迁移规律进行预测,进而为傍河水源地地下水资源的开发利用和保护提供科学依据。结果表明,沿着河水入渗补给地下水的水流方向上,河岸入渗带大肠杆菌浓度总体呈降低趋势,去除率大于96%。静态吸附实验结果表明,介质岩性、水环境温度、p H和离子强度均会对大肠杆菌的吸附产生影响。各岩性介质对大肠杆菌的吸附速率及平衡吸附量大小关系为:壤质砂土少砾质土多砾质土;各实验条件下壤质砂土对大肠杆菌的吸附速率及平衡吸附量大小关系为:12℃8℃4℃;近中性(p H=7)偏酸性(p H=5)偏碱性(p H=9);高离子强度(EC=27000μs/cm)中间离子强度(EC=2700μs/cm)低离子强度(EC=270μs/cm)。吸附平衡时间为90min,吸附动力学特征符合准二级动力学模型,平衡吸附量在164-209MPN/g之间,吸附热力学特征符合Henry模型。动态土柱模拟实验结果表明,河水入渗过程中含水介质对大肠杆菌有较好的去除作用。以距入水口50cm(模拟场地与河流距离10m)为例,各流速及温度条件下大肠杆菌的去除率达97.06-99.92%。大肠杆菌的去除率随迁移距离的增加而增大。在4℃条件下,大肠杆菌的迁移距离与去除率符合较好的对数关系,其滞留机制包括过滤和吸附,且发生在介质表面的截滤作用较强。过滤和吸附作用的强度均受岩性和流速的共同影响。含水介质颗粒越小,流速越小,过滤和吸附作用越强,大肠杆菌的去除率越大。在其它温度(8℃和12℃)条件下,大肠杆菌的去除率随迁移距离的增大而增大,但不符合对数关系。这是由于在该温度条件下大肠杆菌滞留机制除了过滤、吸附作用还包括生长衰亡作用。同时,温度越高,大肠杆菌的衰亡速率越快,含水介质的吸附能力越强,大肠杆菌的去除率越大。数学模拟结果表明,河水与地下水之间的水力梯度以及河水中大肠杆菌浓度均会对大肠杆菌的迁移规律造成影响。水力梯度越大、河水中大肠杆菌浓度越高,地下水中大肠杆菌浓度越大,大肠杆菌的迁移距离越远。当水力梯度为20%,河水中大肠杆菌浓度为2500MPN/100m L时,大肠杆菌的迁移距离可达7m左右。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X52
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