中文名 | 植物吸收污染底泥中重金屬的動力學分析及最優(yōu)調(diào)節(jié) | 項目類別 | 青年科學基金項目 |
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項目負責人 | 李紅霞 | 依托單位 | 天津大學 |
從植物種植前后和投加雙氧水前后沉積物中重金屬總量和存在形態(tài)的種類和數(shù)量的變化、根際環(huán)境對植物吸收和累積重金屬的影響、根際微生物種群的變化、植物以及植物根際與非根際重金屬累積重金屬的情況對比、酶活性的變化等幾個方面對植物修復的效果進行了分析,首次表明雙氧水可以促進植物對沉積物中鉛、鎘、銅、鋅、錳和鎳等重金屬總量和各種形態(tài)重金屬數(shù)量的吸收累積,還可以改變不同形態(tài)重金屬的種類,根際環(huán)境和微生物以及酶活性的變化表明沉積物中的重金屬被有效活化,植物吸收、運移重金屬的能力明顯增強。 通過對植物的根、莖和葉等各個部位吸收和累積重金屬的情況看出,植物各個部位對重金屬的吸收和累積機制各不相同,種植時間的延長可以使植物中累積的重金屬數(shù)量增加,而修復效率下降。種植時間較長時植物中累積重金屬的數(shù)量不同,沉積物中的有機物種類在植物種植前后有較大變化。根際分泌物的增多、沉積物中微生物種群的變化以及酶活性的變化均說明植物可有效修復沉積物中的重金屬,特別是針對多酚氧化酶活性恢復較快這一點,本文首次提出將沉積物中多酚氧化酶活性的恢復作為判斷植物修復沉積物效果的一個重要指標,從而為植物修復沉積物的研究工作提供新的參考。 在分析植物吸收和累積沉積物中重金屬機理的基礎上,以植物吸收累積重金屬的四個過程為模型依據(jù),將植物吸收重金屬的動態(tài)過程的數(shù)學模型表述成非線性動態(tài)系統(tǒng)的形式,并首次結(jié)合Lyapunov穩(wěn)定性理論對植物吸收和累積重金屬的非線性動態(tài)過程進行了嚴格的穩(wěn)定性分析。穩(wěn)定性結(jié)論可表達成線性矩陣不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式,求解方便。數(shù)值仿真和試驗驗證表明了所選模型的合理性及理論分析方法的有效性,該理論分析方法將為受重金屬污染的河道沉積物的植物修復技術提供重要的參考作用。
河道底泥中的重金屬污染已成為各國面臨的重要環(huán)境問題。植物修復技術能有效利用植物及其共存的微生物體系吸收底泥中的重金屬,受到廣泛關注。目前對植物吸收底泥中重金屬過程的定量分析較少,因而不能準確地把握其機理。如何對植物吸收重金屬的動態(tài)過程進行精確的動力學分析和調(diào)節(jié),是研究植物修復底泥中重金屬污染問題的關鍵所在。本項目擬將控制科學中處理動態(tài)系統(tǒng)的魯棒控制理論和最優(yōu)控制理論應用于植物吸收重金屬動態(tài)過程的動力學分析及最優(yōu)調(diào)節(jié)中,基于微分方程方法及分段線性化技術對植物吸收重金屬的動態(tài)過程進行建模,從而利用分段線性系統(tǒng)理論對其進行動力學分析和調(diào)節(jié)??紤]化學助劑對植物吸收重金屬動態(tài)過程的影響,將植物吸收重金屬動態(tài)過程的最優(yōu)調(diào)節(jié)問題轉(zhuǎn)化成動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題,設計智能優(yōu)化算法求解最優(yōu)控制器,從而得到一種最優(yōu)的調(diào)節(jié)機制使植物在生長周期內(nèi)最有效地吸收底泥中的重金屬,為植物修復重金屬污染問題的研究提供新方法。
污泥重金屬的處理 污泥重金屬的危害不僅與其含量有關,還與其存在形態(tài)密切相關。相應地的處理方式也有兩種,一種是將污泥中的重金屬固定或者隱定,另一種方式是將重金屬從污泥中去除。對前者來說,重金屬仍存在于...
以下是誰了解吸收重金屬的植物有哪些的查詢 1.能吸附重金屬的植物: 天門冬可清除重金屬微粒; 2.紫苑屬、黃耆、含和雞冠花等一類植物,能吸引大量的鈾等放射性元素; 3.蘆...
因為重力是不變的,彈力是與位移X有關,當這兩個力同時取微分后,重力的微分為零,導致公式中就沒有重力了。能量對時間的導數(shù)是能量隨時間的變化,能量對距離的導數(shù)是能量隨距離的變化。可以用能量法和牛頓二定律。...
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運用非線性有限元法,采用三維殼單元Shell93和空間梁單元Beam189,利用耦合和約束理論,在ANSYS中建立金屬軟管的有限元模型,對金屬軟管進行瞬態(tài)動力學有限元分析,得到金屬軟管在一個周期內(nèi)的阻尼迴滯曲線以及動態(tài)響應,并將計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行比較,證明了有限元建模及其計算結(jié)果的正確性,為金屬軟管的力學性能和動態(tài)設計分析以及將來的壽命分析的研究提供了參考。
底泥作為污染物蓄積庫,是水體二次污染的重要來源。污染底泥修復是從根本上改善水環(huán)境的重要途徑。目前,化學淋洗和生化修復技術對治理底泥有機污染已有較好的工程應用。重金屬是底泥中普遍存在的非生物降解污染物,遷移性和毒性很大程度上決定于賦存的形態(tài)。由于對底泥修復過程中重金屬分布與形態(tài)轉(zhuǎn)化機制缺乏系統(tǒng)研究,應用化學淋洗技術處理重金屬污染時存在處理過程復雜、成本高,難以推廣的問題;應用生化修復技術時,對有機物降解同時導致的重金屬形態(tài)和釋放特性變化尚沒有清晰的認識。從而使污染底泥修復技術應用受到局限。本項目計劃通過實驗手段,系統(tǒng)研究污染底泥化學淋洗處理和投加硝酸鈣的生化修復過程中淋洗劑/底泥微生物作用對底泥重金屬分布和形態(tài)的影響;揭示應用這兩類修復技術時,底泥重金屬分布與形態(tài)轉(zhuǎn)化的機制;考察經(jīng)過修復的底泥重金屬遷移性的變化。為相應的污底泥修復技術改進和修復效果評估提供可靠的理論及數(shù)據(jù)參考。
本課題的研究目的是通過實驗室試驗手段,系統(tǒng)研究污染底泥異位淋洗處理和原位生化修復過程中,淋洗劑或生化作用對底泥重金屬分布和形態(tài)的影響及可能引起的后果。課題預定研究內(nèi)容主要分類兩大部分:(1)底泥淋洗處理過程中重金屬分布與形態(tài)轉(zhuǎn)化機制及遷移性研究;(2)底泥生化修復過程中重金屬分布與形態(tài)轉(zhuǎn)化機制及遷移性研究。本課題所有研究工作已經(jīng)全部完成。 通過本課題研究發(fā)現(xiàn)重要結(jié)果:(1)化學淋洗過程使底泥重金屬形態(tài)分布發(fā)生變化,經(jīng)淋洗處理后底泥重金屬在環(huán)境中遷移性不同程度增加。各類淋洗劑淋洗后底泥重金屬遷移性大小為:酸類淋洗劑處理后底泥>螯合劑處理后底泥≈過氧化氫溶液處理后底泥。(2)底泥在投加硝酸鈣或過氧化鈣修復過程中,底泥重金屬總量沒有發(fā)生明顯變化,但重金屬形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)化。一部分重金屬(Cu、Zn)明顯由較穩(wěn)定形態(tài)向較不穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)化,底泥重金屬的生物可利用性和生物可給性有不同程度的提高。(3)底泥原位注射硝酸鈣后,因發(fā)生硫自養(yǎng)反硝化反應,將在5-10天內(nèi)生成并釋放氮氣。隨著氮氣從底泥向上覆水釋放,外加的硝態(tài)氮、自養(yǎng)反硝化中間產(chǎn)物亞硝氮、底泥中原有的氨氮將隨著氮氣移動,被“吹入”上覆水中。在底泥原有氨氮含量較高的情況下,可能會引起底泥氨氮短期內(nèi)快速釋放。 本研究已經(jīng)達到了預期的目標。大部分研究成果已經(jīng)形成科技論文,發(fā)表在SCI收錄的英文學術期刊或者國際會議。 本課題研究成果的意義在于揭示了這兩種污染底泥處理過程引起底泥重金屬遷移性增加和底泥無機氮向上覆水短時間內(nèi)快速釋放等后果的可能性及其產(chǎn)生的原因。但是受實驗的尺度和時間所限,本研究仍未回答這些后果是否會給河道生態(tài)系統(tǒng)帶來確實的不良影響。因此,建議今后的研究依托河道污染底泥修復工程實例,對修復工程實施前、實施中、實施后河道生態(tài)系統(tǒng)的關鍵性指標(如水體中氨氮濃度變化、下游底棲生物體內(nèi)重金屬含量、下游底泥重金屬含量)進行較為長期、系統(tǒng)的監(jiān)測,從而可基于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)作出較為可靠的判斷。 2100433B
利用超量積累植物治理重金屬污染土壤是國際上新提出的一條探索途徑。本課題發(fā)遏藍菜屬植物為材料,研究該植物重屬吸收與土壤重金屬形態(tài)火之間的關系,根際土壤的重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化、濃度變化和遷移規(guī)律,分離和超量積累植物活化土壤重金屬的根系分泌物,闡明超量積累植物活化大重金屬的機理,為開發(fā)這種植物資源和重金屬污染土壤的治理提供科學依據(jù)。.