废气生物过滤填料层湿分迁移的数值模拟

填料层湿分是生物法处理废气性能的一个主要影响因素,填料层湿分迁移的研究将为废气生物过滤系统工业放大装置的设计和运行提供依据.参考多孔介质体积平均模型和三参数模型,以流体质量和能量守恒方程为基础,建立了废气生物过滤填料层湿分迁移的数学模型,采用Galerkin有限元法,对模型进行了数值计算,并与实验数据进行了比较.结果表明,模型计算值与实测点湿度值吻合较好.气流特性与填料层湿分迁移的数值模拟显示,随着进气气速增大、相对湿度减小、进气浓度增加、温度升高,填料层的含湿量下降,且它们对湿分迁移的相对影响程度依次为:气速＞温度＞进气浓度＞相对湿度.填料层湿分迁移速率与气速呈对数关系,与温度、进气浓度呈指数关系,与相对湿度呈负乘幂关系.     

温度对生物过滤塔填料层含水率和运行性能的影响研究

实验以模拟甲苯废气为研究对象,系统分析了温度对生物过滤塔填料层含水率、甲苯去除能力、抗冲击负荷能力和再启动特性的影响.结果表明,生物过滤塔在温度20~30℃下,填料层含水率随温度变化不大(维持在45%),较高的进气温度(40~62℃)对填料层含水率影响显著,当气流温度从40℃升高至62℃时,填料层含水率从47%下降至19%.生物过滤塔处理每立方米体积废气需水量与气流温度间存在幂函数关系.温度过高会降低生物过滤塔的抗冲击负荷能力,并增加生物过滤塔的启动时间.温度在不同范围内对生物过滤塔甲苯去除性能的影响存在差异.在20~30℃下,生物过滤塔的甲苯去除速率常数的对数与温度的倒数呈线性关系,符合Arrhenius公式.而在40~62℃时,生物过滤塔的甲苯去除速率随温度的升高而呈现出先上升而下降的趋势,符合Ratkowsky模型.     

填料湿度、pH值对BF系统处理H2S废气的影响

为了优化BF废气处理系统设计,实验研究了填料湿度、pH值对BF系统处理H2S废气的影响,并考察了气流流速、相对湿度、温度等参数对生物填料层湿度变化的影响规律.实验结果表明,填料层的湿度变化会影响BF系统对H2S的去除率,当湿度小于45%时,BF系统对H2S去除率呈现下降态势.从BF系统长期稳定运行角度看,适宜的湿度范围是50%～70%.气流湿度、气速、温度等参数影响填料层的湿度变化,填料层湿度变化是气流特性和生物效应共同作用的结果.本实验条件下,填料层的最大干燥速率与相对湿度的对数值、气速的0.68次幂、温度的0.8次幂成正比.另外,当pH值大于8.0时,其对以短杆菌为优势菌的H2S氧化细菌活性的影响较大.     

非均性多孔介质中生物炭胶体的迁移行为研究

生物炭颗粒在多孔介质中的迁移行为不仅决定了其在环境中的归趋,也极大地影响了被吸附污染物的环境行为.以往的研究主要集中在生物炭胶体在均性多孔介质中的迁移行为,但实际环境介质通常是非均性的,目前对生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移行为知之甚少.本研究采用两种不同粒径的石英砂构建了上下两层非均性填充柱（上层细颗粒,下层粗颗粒）,研究了生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移和截留行为,考察了溶液离子强度和pH对生物炭胶体迁移能力的影响.研究结果表明在非均性多孔介质中,生物炭胶体具有很高的迁移能力,在离子强度为1~50 mmol·L^-1,pH为4.0~11.0条件下,生物炭胶体的迁移率达40.2%~88.0%.非均性介质中生物炭胶体的截留曲线表现为非单调型曲线,截留量峰值往往出现在细-粗石英砂的交界面处（细石英砂侧）,这与非均性介质中显著的电荷异质性、介质尺寸异质性和迁移过程中传质通量异质性有关.生物炭胶体在上层细石英砂中的截留量显著大于其在下层粗石英砂中的截留量,表明上层细石英砂是影响生物炭胶体迁移行为的关键层.随着溶液离子强度增加,生物炭胶体自团聚作用增强,其与石英砂介质间界面作用能垒降低,因而生物炭胶体的迁移能力减弱.由于生物炭胶体与细石英砂间的物理张力作用趋于显著,增加离子强度提高了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.中性和碱性条件下生物炭胶体的迁移能力较强,而在酸性条件下,生物炭胶体表面电负性显著降低,团聚体粒径增大,生物炭胶体的迁移能力较弱.降低溶液pH增加了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.本研究的结果将有利于人们更好地了解生物炭胶体在复杂多孔介质中的迁移行为,为全面评估生物炭的潜在环境风险提供理论支持.     

4种NAPLs污染物在二维砂箱中的指进锋面形态特征研究

为明确介质和流体性质等因素对非水相液体(NAPLs)在多孔介质中入渗迁移的影响,利用数码图像分析技术对甲苯、柴油、1,2-二氯乙烷和四氯乙烯这4种NAPLs在4种不同粒径多孔介质中的非饱和入渗特性进行了实验研究.结果表明,数码图像分析技术能够动态、全过程记录NAPLs的迁移锋面;NAPLs在驱替气体过程中会出现指进形式的不稳定流;指进生长过程中出现分叉、合并和屏蔽等现象;NAPLs的迁移特性受介质性质和流体特性的共同影响,入渗过程中垂向上的迁移速率和污染面积增长率与介质粒径大小呈正相关,与流体密度呈正相关(甲苯除外),入渗过程中形成的指进与介质和流体本身性质也密切相关.相同时间内,DNAPL相较于LNAPL入渗的距离更深,造成的污染面积更大,其环境风险明显大于LNAPL.     

生物过滤填料层的温湿度场分布

为了优化生物过滤(BF)废气处理系统的结构设计和参数控制,实验研究了BF系统净化H2S模拟废气过程中填料层的温湿度场分布规律,考察了填料层湿度与废气温度的耦合关系及H2S浓度沿填料层的轴向分布.实验结果表明,BF系统底部通人模拟废气后,填料温度开始上升,且下层温升幅度明显大于上层,温升现象自下而上逐步推移,运行12d后形成上高下低的轴向温度梯度;由于壁面热传导效应,填料层内形成由轴心向两侧降低的径向温度梯度.下层填料的湿份迁移速率明显大于上层填料,最终形成上高下低的湿度梯度;填料层湿度随废气进气温度升高,以指数方式减小.H2S浓度沿轴向自下而上逐渐降低,并随系统运行时间延长,轴向各点H2S浓度逐渐增大.     

微生物在多孔介质中环境行为研究

多孔介质中的致病细菌及病毒等病原微生物迁移研究对保护饮用水资源具有重要意义.在归纳总结国内外已有研究资料的基础上,对微生物在多孔介质中迁移行为进行了分析.研究表明病原微生物作为生物胶体的一种,在迁移过程中受多种迁移机制共同作用.除常见水动力条件和水化学条件外,微生物在迁移过程中还受自身性质,介质颗粒及环境因素的影响.在此基础上,分别讨论了微生物在饱和多孔介质与非饱和多孔介质中的迁移行为,并对近年来研究热点及进展进行了简要概括.目前微生物在地下水中迁移研究日益丰富,但由于地下环境复杂性,微生物的易变异性,对于地下水系统中微生物造成的污染去除修复还需进一步探讨.     

紫外光降解对生物过滤塔去除氯苯性能的影响机制研究

紫外-生物过滤联合工艺中的紫外单元促进了后续生物过滤单元的氯苯去除性能.为了进一步揭示紫外光降解对生物过滤塔运行性能的影响机制,本研究系统分析了紫外光降解对生物过滤塔填料层pH、生物膜特性和填料层结构特性等方面的影响.结果表明,氯苯紫外光降解产物导致了生物过滤单元填料层pH的下降(从pH 6～8降至pH 4～7);另外,紫外单元产生的臭氧降低了生物过滤单元生物膜厚度和生物膜的EPS含量,改善了生物膜的特性,提高了氯苯和营养物质在生物膜内的传质效率.同时,臭氧可以有效控制生物量过量积累,增加了填料层的比表面积(从784 m2.m-3增加至880 m2.m-3),优化了填料层的结构特性,提高了污染物的反应速率.上述各方面的综合作用最终促进了生物过滤单元的氯苯去除性能.     

孔隙介质中生物膜空间分布及其对渗透性影响研究

孔隙介质地下水污染的生物修复过程中,微生物附着在介质颗粒表面,造成生物堵塞,影响生物修复的效率.对二维砂箱中的生物堵塞实验数据进行了统计分析,统计结果表明生物膜厚度在空间上服从正态分布.现有的定量刻画多孔介质生物膜与渗透率的模型一般均假设生物膜均质等厚地覆盖在颗粒表面,与实验结果不符.为探讨多孔介质中生物膜厚度变化对渗透率计算结果的影响,本文选择常用的Taylor模型中二大类六种模型进行比较分析研究.计算结果表明:生物膜厚度参数对模型计算结果影响显著,利用最小生物膜厚度计算得到的相对渗透率比利用最大生物膜厚度计算时的结果大1～4个数量级;不同模型对生物膜厚度参数的敏感性不同,其中Mualem模型最为敏感;Mualem Model利用平均值计算所得相对渗透率与实验测量结果相符,基于正态分布的生物膜厚度统计均值具有一定的代表性;Mualem模型更适用于计算孔隙介质中生物堵塞时对渗透率的影响.     

多孔介质表面化学异质性对胶体运移的影响

研究胶体在饱和多孔介质中的迁移行为在污染物迁移、环境修复等领域具有重要意义.本文通过对比胶体在未酸洗和酸洗过的玻璃珠中的迁移行为来探究多孔介质表面异质性对胶体迁移的影响,并通过扩展DLVO理论来计算每一组中胶体与多孔介质的相互作用能.结果表明,不论在有利环境还是在不利环境下,多孔介质表面的化学杂质均会提高胶体的吸附能力,这主要归因于胶体在初级势阱中的吸附.不利环境下,多孔介质表面的化学杂质能够将不利环境转化为有利环境,而在有利环境下,化学杂质的存在可能提高胶体的单一拦截效率(η_0).此外,研究发现,高pH溶液仍然能使胶体从多孔介质表面解吸下来,并且沥滤作用仍被低估.本研究对化学杂质在胶体迁移过程中所扮演的角色有了进一步的认识,可为胶体迁移行为研究提供实验依据.     

地下水曝气技术气流模拟实验研究

利用三维模拟槽研究了地下水曝气技术(AS)使用过程中,含水层介质粒径、曝气压力与影响半径(ROI)、气体流量、气流流型之间的关系.结果表明:曝气过程中ROI随曝气压力的上升而增大;气流质量流量随曝气压力的增加而增大,压力较大时二者呈线性关系;气流流型由介质粒径决定,与曝气压力无关.介质粒径为1~2mm时气流呈倒圆锥形,介质粒径为4~8mm时气流呈抛物线形.     

Biodegradation of methanol vapor in a biofilter

IntroductionWithincreasingpublicconcernaboutdeterioratingatmosphericairquality ,stringentregulationsarebeingenforcedtocontrolaircontaminants .Volatileorganiccompounds (VOCs)areamongthenewclassofairpollutantsgeneratedfromavarietyofindustrialsources,whichareattractingseriousattentioninrecentyears.Methanolvaporsaremainlyemittedfromchemicalindustrieswheremethanolisusedasasolventandisalsoformedasaby product.Theglobalannualproductionofmethanolisapproaching 2 0millionmetrictonnesperyear(Shareefdeen…     

不同载体生物滤池对渗滤液污染物的处理效果

以陈垃圾和煤渣作为生物滤池反应器填料,分别构建了单一陈垃圾、煤渣以及复合该2种填料的生物反应器,对渗滤液中的污染物进行了去除效果实验.结果表明,煤渣生物滤池对于渗滤液中COD和氨氮的去除效果高于陈垃圾滤池,但是总氮的去除率低于陈垃圾.复合填料滤池对于负荷和低温变化具有较好的耐受能力.电镜观察和微生物计数结果表明,2种载体适合微生物挂膜生长.粒径分析结果表明,2种载体的颗粒粒径组成对于滤池通透性能以及污染物去除有重要影响.     

Biodegradation of mixture of VOC's in a biofilter

Volatile organic compounds(VOC‘s) in air have become major concern in recent years. Biodegradation of a mixture of ethanol and methanol vapor was evaluated in a laboratory biofilter with a bed of compost and polystyrene particles using an acclimated mixed culture. The continuous performance of the biofilter was studied with different proportion of ethanol and methanol at different initial concentration and flow rates. The result showed significant removal for both ethanol and methanol, which were composition dependent.The presence of either compound in the mixture inhibited the biodegradation of the other.     

不同填料甲苯生物滤塔中微生物群落结构与代谢功能解析

对填料为珍珠岩、玻璃珠和聚苯乙烯泡沫(EPS)的甲苯生物滤塔中微生物群落的结构和代谢功能进行了分析.结果表明,在稳定运行阶段,生物滤塔的微生物群落结构相似且与接种物存在较大差异.3种填料的生物滤塔中在门水平上的优势菌均为变形菌门Proteobacteria(36.1%~67.5%)、放线菌门Actinobacteria(4.3%~43.4%)、厚壁菌门Firmicutes(3.0%~16.4%)和拟杆菌门Bacteroidetes(1.9%~10.2%);属水平上,相同的优势属为红球菌属Rhodococcus(2.4%~38.5%)和假单胞菌属Pseudomonas(5.9%~25.3%),在珍珠岩生物滤塔中相对丰度更高的属为戴沃斯氏菌属Devosia、戈登氏菌属Gordonia和根瘤菌科某属Rhizobiales_E,在玻璃珠和EPS生物滤塔中相对丰度更高的属为着色菌科某属Chromatiaceae_A和Fluviicola.不同填料的生物滤塔中微生物群落整体碳源代谢能力相似且相比接种物均显著下降,微生物群落结构与代谢呈现一致性,多样性水平均为珍珠岩EPS玻璃珠.与接种物相比,不同填料的生物滤塔中微生物结构物种多样性都降低,代谢多样性都升高.     

Biodegradation of mixture of VOC''''s in a biofilter

IntroductionDeterioratingatmosphericairqualityhasresultinginmorestringentregulationsarebeingenforcedtocontrolairpollutants .Volatileorganiccompounds(VOCs)areamongthenewclassofaircontaminantsgeneratedfromavarietyofindustrialsources .Effortstocontroltheemis…     

渗透系数级差对污染物在低渗透透镜体中的迁移影响研究

利用二维模拟槽研究非均质含水层中渗透系数级差对低渗透透镜体内污染物迁移的影响,确定不同渗透系数级差下污染物在透镜体中的波及效率和去除效率,建立低渗透透镜体内波及/去除效率、入渗/反冲时间和渗透系数级差三者之间的定量关系.结果表明：在污染过程中,污染物的迁移速度随渗透系数级差的增大而减小;在0.5m/d的地下水流速下,当渗透系数级差从3增大至52时,污染物波及效率达到100%所需要的时间从8h上升至360h;污染物的波及效率Z与入渗时间t成正相关关系与渗透系数级差K_mn呈负相关关系,其函数关系为Z=（109.623/K_mn²+1.035/K_mn+0.447）t.在模拟抽出处理的过程中,污染物的去除速度随渗透系数级差的增大而减小;当渗透系数级差从3增大至52时,污染物的去除效率达到100%所需的时间从13h升高至480h;污染物在透镜体中的去除效率Z'与反冲时间t和渗透系数级差K_mn的函数关系为Z'=（54.999/K_mn²+6.605/K_mn+0.098）t.对比两个过程可发现,污染物在非均质含水层中的污染和修复过程在时间方面呈现出不可逆性.随着渗透系数级差的增大,污染和去除过程中低渗透透镜体内波及/去除效率达100%的时间差值从5h逐渐增大至120h,"拖尾"效应越来越明显.     

表面活性剂强化原位空气扰动修复实验研究——影响区域及气流分布变化规律

应用一种改进的二维气流可视化装置来研究影响区域（ZOI）内不同介质（粗砂和砾石）和表面活性剂（SDBS）的添加对影响区域以及气流分布规律的影响.结果表明：相同曝气流量下,同种介质中表面活性剂的投加会增大曝气压力.表面活性剂的添加极大地提高了空气饱和度,但在不同介质中作用机理不同.当曝气流量为1000 L/h时,表面活性剂的添加使得粗砂介质（孔道流）和砾石介质（鼓泡流）ZOI的面积分别增大了21.8%和5.2%.这说明在一定粒径范围内,介质粒径越细,表面活性剂的添加对ZOI面积的增加越明显.相同曝气流量下,表面活性剂的添加使粗砂介质中气流分布范围变大且气流分布曲线相对平缓,而砾石介质中气流分布范围不变且气流分布曲线相对陡峭;不同曝气流量下ZOI内气流分布表现出明显的相似性.