新型复合滤料过滤性能的实验研究及其应用

针对袋式除尘器滤料运行阻力过高问题 ,介绍了一种新型结构的复合滤料 (HBT)。对其过滤性能进行实验研究 ,结果表明在相同工况下 ,该滤料具有“高效低阻”特性 ,并在实际工程应用中取得了较好的效果。     

覆膜方法对纳米纤维膜除尘滤料动态过滤性能的影响

为解决聚四氟乙烯(PTFE)覆膜滤料使用中阻力增长快且膜易破损问题,基于静电纺丝技术制备了涤纶(PET)纳米纤维膜,通过直接覆膜法、热处理覆膜法及一步共纺覆膜法将PET纳米纤维膜作为表面膜与聚苯硫醚(PPS)针刺毡滤料进行复合,并对比研究3种覆膜方法制备的PET纳米纤维膜滤料、PPS滤料以及PTFE覆膜滤料的动态过滤性能,结果表明,与PTFE覆膜滤料相比,3种覆膜方法制备的PET纳米纤维膜滤料均表现出优异的过滤性能.稳定过滤阶段,一步共纺覆膜法制备的PET/TPU纳米纤维膜滤料完成单个周期所需时间是PTFE覆膜滤料的2倍,粉尘剥离率为99.79%,其阻力增长速率低、完成单个周期所需时间平稳,降低能耗并减少了气流对膜造成的磨损,在工业除尘领域具有较大应用潜力.     

纤维层表面非稳态过滤研究

根据纤维层表面过滤的“尘滤尘”现象 ,应用颗粒过滤理论建立了纤维层表面非稳态过滤效率的数学模型。对比研究表明该模型能较深刻地揭示了非稳态过滤过程随过滤时间的变化规律 ,从而对深化纤维过滤器的净化机理的认识、提高过滤效率、延长滤料使用寿命、加强清灰管理等方面有理论及应用意义     

凹凸棒复合滤料生物过滤去除Fe2＋性能研究

利用凹凸棒复合滤料良好的吸附和生物挂膜性能对普通滤池进行生物强化,研究生物过滤对原水中Fe2＋的去除效果及影响因素。实验结果表明：原水溶解氧在3 mg/L左右,Fe2＋的去除率达到90%以上;温度在13.9℃-22.3℃时,Fe2＋去除率达到93%以上;滤速越低,生物过滤对Fe2＋的去除率越高,4 m/h为本实验研究的最佳水力负荷;原水中Fe2＋浓度在2 mg/L以下时,出水的Fe2＋浓度可以达到0.15 mg/L以下。反冲洗对生物过滤去除Fe2＋的影响较小,去除率在冲洗2 h后能够恢复到冲洗前的水平。     

三层滤料高速过滤应用于再生水生产的研究

试验在传统混凝—沉淀—三层滤料过滤工艺的基础上,通过对滤料级配的改进,将三层滤料高速过滤工艺应用于再生水的生产,对其可行性进行分析研究。结果表明:在最佳工艺条件下出水浊度的去除率可达97.5%～98.5%,COD去除率在43%左右。同时研究发现,在高速过滤条件下,通过絮凝剂在滤床中发挥的微絮凝作用,可以起到良好的除污效果且出水水质稳定。     

凹凸棒复合滤料生物过滤去除NH_4~+-N

采用凹凸棒复合滤料部分替代石英砂,利用凹凸棒复合滤料良好的吸附和生物挂膜性能对普通滤池进行生物强化。试验研究表明:降低滤速可以提高生物过滤对NH4+-N的去除率,最佳滤速为4 m/h。水温越高,NH4+-N的去除率越高,但在水温较低时生物过滤对NH4+-N仍能保持一定的去除率。原水中COD浓度越高,生物过滤对NH4+-N的去除率越低。凹凸棒复合滤料生物过滤对于突发性重金属污染亦有较好的缓冲能力。     

织物特性对聚苯硫醚滤料动态过滤性能的影响

选用四种不同织物构造的聚苯硫醚覆膜滤料、超细纤维面层滤料、异形纤维面层滤料和常规滤料,采用氧化铝标准粉尘Pural NF在VDI测试装置进行除尘滤料冷动态除尘性能测试。通过对实验数据的分析得到:织物特性对滤料阻力有较大影响,虽然清洁阶段覆膜滤料阻力最大,接近200 Pa,但稳定和老化阶段阻力最小,仅有300 Pa,而常规滤料阻力在稳定阶段最大,高达790 Pa;织物特性的差异对滤料平均清灰周期也有较大影响,覆膜滤料、超细纤维层滤料、三叶纤维层滤料和常规滤料清洁阶段滤料的平均清灰周期分别为380,241,223,177 s,其他阶段滤料清灰周期长短顺序与清洁阶段相同,覆膜滤料清灰周期最长,寿命也最长;织物特性的不同对滤料过滤效率也有一定的影响,超细滤料、覆膜滤料、三叶形滤料和常规滤料清洁阶段过滤效率达到99.9%以上,穿透率分别为0.0261%、0.004%、0.0321%、0.0322%;稳定阶段的过滤效率除常规滤料外都可以达到99.99%以上,穿透率分别为0.0027%、0.0003%、0.0014%和0.4765%。     

静电-纤维层过滤的理论分析与实验研究

静电-纤维过滤是一种新型且十分有效的除尘技术。采用这种技术后,过滤效率特别是对微细粉尘的过滤效率大大提高,同时过滤阻力降低,清灰次数减少,滤料寿命延长.因此,美国、日本、德国等都相继开展了此项研究,且对静电-单层纤维过滤研究的比较多些,而对静电-纤维层过滤研究的却不够.     

基于Voronoi-Random算法微观结构褶型过滤介质过滤性能

在利用数值模拟研究褶型纤维过滤介质过滤性能时,为了克服层状结构纤维层与层之间不连贯及孔状结构纤维规整分布的不足,本文基于Voronoi-Random算法建立了褶型纤维过滤介质模型,并通过加密或减少纤维数量改变其固体体积分数(SVF).采用“Caught on first touch”和“Hamker”两种碰撞模型对褶型纤维过滤介质的气-固两相流动进行数值模拟.结果表明:压力损失和过滤效率数值计算值与经验关联式计算值吻合较好,误差在15%之内;将采用两种碰撞模型得到的过滤效率与经验关联式计算值进行比较,得出采用“Hamker”碰撞模型得到的过滤效率符合实际;在过滤介质上的沉积颗粒并不完全是纤维捕集,大多数颗粒是由形成的树枝状结构捕集;压降和单位面积沉积量随过滤时间的增长呈现指数增长趋势.     

静电强化纤维层过滤性能的研究

本文利用模型系统对静电强化纤维层过滤进行了系统的实验研究,并对强化方式及各种影响因素加以考虑,目的在于为合理确定此种除尘器的设计参数提供依据。     

纤维束滤床直接过滤动力学模型

应用单位床单元概念和圆柱池多孔介质模型,推导得到上向流纤维束滤床初始过滤系数表达式,其中收集效率由操作参数构成的无量纲数群关联得到,并据此探讨了悬浮颗粒的去除机理.假设过滤系数是滤床比表面积和空隙流速的函数,推得过滤系数的半经验公式,进而得到了过滤动力学模型.模型中的参数被赋予了明确的物理意义,且能反映操作条件对动力学行为的影响.在不同尺寸悬浮颗粒和不同表观滤速下进行了过滤实验.模型预测值与实验结果比较表明,二者具有一致性.     

基于响应曲面法袋式除尘器清灰性能的数值研究

利用计算流体动力学（CFD）方法,采用二维、可压缩、非稳态流动数学模型,对袋式除尘器脉冲喷吹过程中滤袋内的清灰流场进行了数值模拟,比较了滤袋壁面压力峰值的模拟值和试验值.同时,利用该模型,基于响应曲面法并使用统计软件MinitabV15研究了喷嘴直径、喷吹高度、文丘里管喉管直径、文丘里管及布袋长度对袋式除尘器清灰性能的影响,并得出了这5个影响因子的二次多项式预测模型.结果表明,滤袋表面压力峰值的模拟值与试验值变化趋势基本上是一致的,误差在10%左右,从而验证了本文数值计算模型的可靠性.在上述5个影响因素中,喷嘴直径（d）、文丘里管喉管直径（de）及布袋长度（L）对清灰性能影响显著,其中,清灰性能随着喷嘴直径和文丘里管喉管直径的增大而提高,随着布袋长度的增大先提高后降低.在本文所研究的尺寸范围内,当d=20mm、de=60mm及L=3360mm时,清灰效果分别达到最优.所得结论有助于进一步改善袋式除尘器的清灰性能.     

表征微滤膜过滤性能的膜堵塞模型演变及其新模型理念

为探究膜过滤过程中污染物迁移/沉积规律,推出一组符合实际过滤过程的数学模型,通过整合已有数学模型并分析其各自和共同的局限性,结合各类已有研究方法建立思路提出“非稳态膜堵塞模型拟合试验方法”理念,旨在深入剖析膜过滤过程中不同时间污染物在膜组件内部不同空间的分布状态,实现膜过滤过程及膜堵塞机理的全过程连续性研究,从而更加有针对性地解决膜组件内部不同截留层上污染物沉积问题,与此同时,提出模型优化技术为模型建立及精细化提供理论依据。

     

混合滤料的润湿性及其过滤处理含油废水性能

为了探究两种润湿性相反的特殊润湿性滤料的耦合作用,将超疏水超亲油石英砂滤料和超亲水水下超疏油石英砂滤料均匀混合,研究了混合滤料的润湿性以及过滤除油性能.结果表明,两种滤料混合组成的固体表面润湿性不满足每种滤料润湿性的加权平均关系,更符合二次曲线关系,决定系数高达0.9992;交替润湿性对过滤除油效率具有耦合增强作用.混合滤料的疏水亲油性越强,其除油效率、归一化附着效率和渗透系数都越大,反之亦然.滤料粒径越小,归一化附着效率的变化斜率越大,而滤速和床深对归一化附着效率的变化斜率影响不明显.滤料的疏水性具有增阻的效应,流速的增加有助于增大滤层的渗透系数.以上研究成果可为特殊润湿性混合滤料过滤处理含油废水提供研究思路和参考.     

多孔介质内H2S贫氧燃烧制氢数值模拟

为探索H2S在多孔介质内超绝热缺氧燃烧裂解制氢的机理,采用流体力学数值模拟与化学动力学研究相结合的方法,使用一个17组分、57步的复杂化学反应机理,模拟了H2S在直径为3 mm的Al2O3圆球堆积的多孔燃烧反应器内的缺氧燃烧制氢过程,模拟结果与试验数据基本吻合.模拟结果显示:富燃条件下,多孔介质内H2S的燃烧温度超过了绝热燃烧温度,为H2S的裂解制硫、制氢提供了高温环境,H2S部分裂解生成单质硫和氢气,从而实现了对硫化氢中的硫和氢同时利用的目的.     

滤料粒径对BAF小尺度下流场形态及挂膜速度的影响

为探讨颗粒粒径对曝气生物滤池(BAF)运行效果的影响,采用数值模拟和实验研究方法分析了滤料粒径对曝气生物滤池流场形态及挂膜速度的作用机理.选用5个颗粒尺寸结构空间作为计算区域,利用Fluent软件对相同颗粒间隙、不同颗粒粒径下BAF小尺度下的流场形态进行模拟分析,并通过对3种粒径下流线图、速度矢量图、压力分布及湍流强度变化的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时流场形态最好,最有利于气水混合及氧传质的进行.同时,为验证模拟结果的正确性,对同种材质、相同运行条件下3种不同颗粒粒径进行挂膜速度对比,通过考察挂膜启动28 d的COD去除率变化及污泥生物量的对比分析,发现颗粒粒径为3 mm时,运行最为稳定,系统运行第16 d时就达到了80%的COD去除效率.     

一种新型钢渣基免烧陶粒滤料的制备及其性能研究

采用免烧工艺以钢渣为主要原料制备陶粒滤料,并用其替代高炉底滤法水冲渣工艺过滤池中的鹅卵石,为钢渣资源化利用提供新思路。在确定基础配比（钢渣:水泥为2.0）后,选取石膏和水玻璃作为激发剂研究其对滤料性能的影响。最终选取石膏添加量为8%作为滤料的最优制备参数,此时滤料颗粒强度为4.14 MPa,1 h吸水率为9.05%,颗粒密度为1.49 kg/m³,25次抗冷热冲击后强度降幅仅为3%,过滤速度为5.92 mm/s。借助X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对滤料进行物相组成和微观形貌的表征,发现所使用的激发剂可促进钢渣中主要矿物C₃S和C₂S的水化反应,生成C—S—H类凝胶,这些水化产物相互交织黏结,使滤料内部孔隙率降低,滤料颗粒强度和25次抗冷热冲击性能不断提升。该系列滤料同时也可作为建筑陶粒应用于建材骨料等。

     

环境水体中肠道病原细菌定量PCR检测与膜过滤分析方法的比较

采用通用引物,通过实时荧光定量PCR方法(QPCR),对西安市5个地表水体中肠道病原细菌的细胞密度进行了分析.检测水样体积为100mL,分别于2006年3～6月取自水源水(黑河)、景观娱乐用水(大唐芙蓉园北湖和兴庆湖)、纳污河(浐河)和未消毒的二级出水(北石桥污水处理厂),并将QPCR检测结果与滤膜法(MF)测得的细菌总数、大肠菌群和粪大肠杆菌CFU结果进行了比较分析.5个水体(n=60)检测结果显示,QPCR检测结果是大肠菌群CFU的2.2～5倍,是粪大肠杆菌CFU的7～14倍.病原细菌检测的几何平均值范围,QPCR法在25～67000 CCE·100mL-1之间,MF法大肠菌群在3～45000 CFU·100mL-1之间,粪大肠菌群在0～3000 CFU·100mL-1之间(n=60).两种方法的检测结果使用Spearman秩相关法来计算,结果显示,QPCR检测结果与大肠菌群、细菌总数以及粪大肠杆菌CFU均呈现显著正相关,秩相关系数分别为r=0.983、r=0.908和r=0.948.     

基于数值仿真-响应表面法的二沉池优化研究

以长沙市某污水处理厂二沉池为例,采用多相流混合物模型与k-ε湍流模型结合对辐流式二沉池内速度场和污泥浓度场进行了数值模拟.以出水口悬浮物浓度(SS)为响应目标,对影响二沉池沉淀效果的3个影响因素(进水口流速、颗粒污泥粒径、挡板的淹没深度)进行中心复合设计(central composite design,CCD),并经响应表面法分析得到影响出水SS的二次回归模型,确定了二沉池沉降的最佳条件:进水口流速为0.03m·s-1,颗粒污泥粒径为220.41μm,挡板的淹没深度为3.45m,采用数值仿真模拟实验得到出水口悬浮物浓度值为2.4mg·L-1,较优化之前的仿真结果一周平均值6.7mg·L-1相比,其处理效率提高了64.2%.采用数值仿真和响应表面法结合对二沉池工艺条件进行优化研究,可以加速寻优过程,是工艺优化的辅助工具.     

微涡流絮凝工艺处理高浊水的数值模拟与响应面优化试验

针对微涡流絮凝工艺处理高浊水开展连续性工艺优化研究,采用计算流体力学（CFD）数值模拟软件,探究不同流量（流速）下絮凝区液流状态变化,确定最佳絮凝时间;应用响应面Box-Behnken设计方法,研究流量、混凝剂投加量与回流比及其交互作用对微涡流絮凝工艺处理高浊水效果的影响。结果表明：随着流量（流速）增大,絮凝区内湍动能、有效能耗、速度梯度及其变化率逐渐增大,但流速过大会导致絮凝时间不足,最佳流量为4.2~7.0 m³/h（最佳流速为0.41~0.67 m/s）;回流比是微涡流絮凝工艺的极显著影响因素,其次是混凝剂投加量,最后是流量,三者间具有协同作用;微涡流絮凝工艺处理高浊水的最佳工艺参数,流量为5.9 m³/h,混凝剂投加量为34.8 mg/L,回流比为0.8,浊度、UV₂₅₄、COD_Mn去除率分别可达99.23%、95.03%、71.42%。优化后的微涡流絮凝工艺为高浊水处理提供了新途径,具有一定的应用前景。