基于RSM优化设计CASS工艺处理低碳源污水工艺参数

利用响应面法(RSM)优化设计CASS工艺处理市政污水的各项工艺运行参数,通过Box-Behnken Design(BBD),以TP、NH_3-N去除率为响应值建立二次回归模型,并选定缺氧搅拌时间、曝气时间、充水比和DO值为影响因素,考察各因素交互影响的显著性。确定了CASS工艺脱氮除磷的最优工艺参数为:缺氧搅拌时间为120 min、曝气时间为90min、充水比为0. 30,ρ(DO)为1. 29 mg/L。在此最优条件下,TP去除率为63. 83%,NH_3-N去除率为80. 24%。对比分析模型计算的预测值与实验值,TP、NH_3-N去除率预测值偏差分别介于-1. 65%～+1. 73%和-2. 04%～+1. 75%,表明在不同的低碳源进水条件下,用该模型代替真实工艺运行参数对实验结果进行分析具有较高的可靠性。     

加热和亚铁离子活化过硫酸钠氧化降解4-CP的研究

通过加热和亚铁离子2种方法活化过硫酸钠产生强氧化性的硫酸根自由基,利用硫酸根自由基氧化难降解有机污染物.以对氯苯酚(4-CP)为目标污染物,研究了温度、pH值、亚铁离子浓度、过硫酸钠浓度、柠檬酸浓度对4-CP降解率的影响.结果表明,升高温度可以显著地提高4-CP降解率.反应4h后,在30℃,4-CP降解率只有2.5%;在50℃,4-CP降解率能够达到43.5%;而在60℃,4-CP降解率为100%.pH值对4-CP降解率的影响较大,依次为pH4.0pH7.0pH10.0.在室温下,亚铁离子是促使4-CP降解的必要条件,并且对反应条件进行了优化,分子探针实验证实了硫酸根自由基的存在.在过硫酸钠/亚铁离子体系加入适量的柠檬酸能够有效利用溶液中的亚铁离子,在等量的过硫酸钠存在条件下,常温下过硫酸钠/亚铁离子/柠檬酸体系对4-CP降解率为50.9%,优于50℃下过硫酸钠体系对4-CP降解率43.5%.     

应用呼吸-滴定测量监测硝化动态过程

将pH值在线监测与药品自动投加系统与已开发的混合呼吸测量仪集成,组成自动呼吸-滴定测量仪,同时测定废水生物处理过程氧气利用速率(OUR)和质子变化速率(HVR).对活性污泥硝化过程定时测定NH4+-N浓度,比较其与基于HVR或OUR预测的NH4+-N浓度间的一致程度,评估自动滴定测量装置测试硝化过程动态的性能.结果表明,在初始NH4+-N浓度分别为20,25mg/L的间歇试验中,实测值数组与基于OUR的预测值数组间的相关系数分别为0.9967和0.9972,与基于HVR的预测值数组间的相关系数分别为0.9991和0.9992,表明OUR和HVR均能及时准确地反映硝化过程的动态特性.     

基于规范变换与误差修正的回归支持向量机的环境系统预测

为了建立不同环境系统皆能规范、统一、简洁、实用的回归支持向量机预测模型,针对传统的回归支持向量机预测模型存在结构不能普适、规范和统一及用于大样本、多因子预测会出现学习效率低、求解精度差的局限,提出适用于环境系统预测量及其影响因子参照值和规范变换式的设计原则和方法,使规范变换后的影响因子皆"等效"于同一个规范影响因子;为提高样本的预测精度,还提出预测样本的模型输出的误差修正法.在对环境系统的预测量及其影响因子进行规范变换的基础上,由有m个规范影响因子的每个建模样本生成m个"等效"训练样本,从建模样本中,选择各影响因子的最大规范值组成训练样本集的"参考样本",计算核函数中每个训练样本相对于"参考样本"的范数;并应用优化算法优化模型参数,建立适用于预测量及其影响因子规范值的仅有2个或3个支持向量的两种简单结构的回归支持向量机预测模型.将基于规范变换的两种简单结构的回归支持向量机模型与相似样本误差修正法相结合,用于河津大桥监测断面6个样本的COD月平均值预测,并与多种传统预测模型和方法进行了比较.结果表明:对同一个预测样本,两种模型的预测值十分接近;此外,两种预测模型用于6个样本预测,其相对误差绝对值的平均值分别为2.09%、2.79%,均远小于传统的投影寻踪回归预测的41.63%、支持向量机预测的40.99%、灰色神经网络预测的25.94%和马尔可夫预测的10.16%;而两种预测模型对异常样本预测的最大的相对误差绝对值分别为5.85%、5.13%,更加远远小于传统的4种预测模型的169.07%、180.45%、68.44%、41.96%.两种基于规范变换的回归支持向量机预测模型简洁、普适、规范和统一,避免了"大样本数困难",提高了学习效率和模型的预测精确度,对其他预测建模法也有借鉴作用.     

基于化学反应动力学的饮用水铝形态分布模型研究

目前饮用水中的总铝超标现象十分严重,其危害与铝的存在形态密切相关.本研究利用三层前反馈式的人工神经网络技术,建立了基于化学反应动力学的铝形态预测模型.结果表明,无机单核铝和溶解铝的浓度变化速率与反应时间及水温、pH、总铝、氟离子、磷酸根和硅酸根等水质参数密切相关,二者的反应级数均为三级.通过人工神经网络可有效地进行饮用水中无机单核铝和溶解铝反应动力学参数的预测;反应速率常数k和初始浓度项1/c02的计算值和模型预测值的相关系数R均大于0.999.由M市管网水铝形态的预测结果可知:当总铝浓度0.05mg·L-1时,模型对无机单核铝浓度的预测误差较大;而当总铝浓度0.05mg·L-1时,模型有较好的预测能力,无机单核铝和溶解铝的相对预测误差分别为±15%和±10%.     

锂电池回收液NMP精馏小试研究

采用精馏工艺对锂电池回收液中的N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)进行回收。考察了pH值、回流比、塔压等因素对工艺流程的影响。结果表明:此工艺有较好的回收效果,当pH值控制在7.0~10.0,蒸发罐的压力为7.5 kPa,蒸馏塔的压力分别为7.5和5.5 kPa,蒸馏塔回流比分别为3和0.5时,NMP回收率高达99.98%,符合工业生产要求。     

基于pso-SVM的废水厌氧处理过程软测量模型

由于厌氧消化过程的复杂性和厌氧菌的敏感性,保持厌氧消化体系的稳定和高效性是比较困难的.本文在实验室采用IC反应器构建了一套厌氧废水处理系统处理人工合成废水,基于支持向量机(SVM)提出了一种预测废水厌氧处理系统出水挥发性脂肪酸(VFA)浓度和COD去除率的软测量模型.为了提高模型的精确性和鲁棒性,加入pso算法(粒子群算法)优化SVM模型,并引入了分类策略对元数据集进行有效分类.仿真结果表明,基于pso-SVM模型的软测量模型对厌氧废水处理系统出水VFA浓度和COD去除率具有较好的预测能力,模型预测系统COD去除率及出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为65.86%、85.25%;加入分类策略后,元数据集分成两类,模型预测系统COD去除率测试样本数据相关系数分别为92.34%、83.41%;模型预测系统出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为99.14%、99.59%,系统预测精度明显提高.引入分类策略对元数据集进行有效分类,基于pso-SVM的软测量模型可为监控、优化和理解厌氧消化过程提供指导.     

VUV/Fe3+体系对水中全氟辛酸(PFOA)脱氟影响因素研究

采用VUV/Fe3+光催化体系对全氟辛酸(PFOA)进行脱氟处理,考察了PFOA初始浓度、Fe3+浓度、体系pH值对体系脱氟的影响,并运用响应面正交法(RSM)优化分析了最佳反应条件.结果表明,VUV/Fe3+体系对PFOA具有明显的脱氟作用.PFOA浓度与Fe3+浓度比为1.8∶1～1.2∶1和pH为3～4时,有利于体系的脱氟.基于Box-Behnken响应曲面法,各影响因子显著性排序为pH>Fe3+投加量>PFOA初始浓度,pH值和Fe3+投加量交互作用显著.模型回归性良好,最佳运行条件组合为:pH=3.41,Fe3+投加量为30μmol·L-1和PFOA初始浓度为38.6μmol·L-1(16mg·L-1)条件下,反应4h的脱氟率达到54.13%,与预测值相比偏差为0.36%.在VUV体系引入Fe3+提高了PFOA及中间产物对紫外光利用的效率.     

UV/Oxone降解水中扑热息痛的效能及影响模型

采用UV、oxone和UV/Oxone3种工艺降解ACE,同时对体系中氧化活性物质种类和贡献率进行鉴别和计算.采用响应面曲线法研究HCO₃^-、Cl^-、NO₃^-、pH值和温度5因素、3水平条件下UV/Oxone对ACE的去除效果的综合影响,并选用3种实际水体作为原水水质背景来评价UV/Oxone降解ACE的实际降解值和模型预测值的差距,最后比较了3种工艺的效能.结果表明UV、oxone、UV/Oxone3种工艺对ACE的去除率分别为2.1%、53.7%和98.3%.活性物质的鉴别实验发现UV激活oxone会产生^·OH、SO₄^·-和活性氯3种活性物质,且对ACE降解的贡献率分别为37.05%、19.22%和43.73%.通过响应面曲线法得到影响降解ACE效果的回归方程式,该回归方程对应的p值小于0.0001,拟合缺失项不显著,校正决定系数R²>0.8,说明该模型可信度高.选用实际水体进行实际降解和模型预测比较时发现实际降解值基本符合模型预测值.最后对两种不同工艺进行效能比较发现在同等时间和降解率的情况,UV/Oxone耗能最低,是一种高效、快速、可行的降解工艺.     

利用复介电常数和BP人工神经网络进行浓度预测的研究

制备了一定含水率不同浓度的CuCl2的PVA样品,用微波矢量网络分析仪和微波传感器测量S11参数,计算得到相对复介电常数。以样品相对复介电常数的实部、虚部及对应频率作为输入,以CuCl2溶液的浓度作为输出,建立BP人工神经网络模型。用训练样本集对网络训练后,检验样本的预测结果与实际值最大误差为0.97%。结果表明,利用复介电常数和BP人工神经网络进行浓度预测是一种很好的方法,进而为环境监测提供了方法依据。     

数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究

热电厂"烟塔合一"排烟技术因其初期投资和运行维护费用少,排烟效果好、SO2落地浓度低等优势,特别是在机场附近的净空限高和对景观环境有特殊要求的地区具有广阔的发展空间。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模型——德国模式在烟塔合一排烟方式的预测上尚存在许多问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最大地面浓度等难以给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排烟方式的大气污染物扩散情况,一种新的大气污染物扩散预测模式——数值风洞模型以及物理风洞实验被用于模拟烟塔合一的环境影响,分析数值风洞模式和物理风洞实验在大气环境预测领域应用的适用性和优缺点。2个预测方法的结果表明:在烟塔合一排烟方式下,大气污染物最大落地浓度随风速增加而增加同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。对2种方法进行比较,物理风洞实验由于受到物质和气象等条件的限制,无法得到精确的预测结果以及无法直观地描述空腔区的产生和变化规律。而数值风洞模拟具有更大的自由度和灵活性,预测出在夏季6 m/s风速下,冷却塔下风向最大落地浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。同时该方法可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。     

给水管网中铁释放现象的影响因素研究

在实验室静态试验下,定量分析了给水管网中无机化学水质参数对铁释放现象的影响,包括酸碱条件、氧化还原条件和无机离子等不同类别的水质参数.研究发现,铁释放速率都随着pH值、碱度和氧化剂浓度的升高而降低,随着氯离子浓度的升高而升高.根据管网的一般条件,提出了控制铁释放现象的理论临界释放速率计算公式.根据理论临界铁释放速率,达到控制管网铁释放现象的必要条件时,管网水质条件满足的要求为pH大于7.6,碱度大于150 mg/L,溶解氧浓度大于2 mg/L,氯离子浓度小于150 mg/L.     

上海雾天大气污染及雾水组分研究

首次较系统地监测调查了上海市雾天的大气污染状况，并分析了雾水的化学组分，结果表明，上海出现雾天时，不利于大气污染物的扩散，造成雾天大气污染较严重，污染物浓度高值出现的时间与雾的形成至消散基本同步，比起雾前高２－１０倍。     

次氯酸钠氧化消除水中BPA的影响因素和动力学

采用常用消毒剂次氯酸钠对内分泌干扰物双酚A（BPA）的氧化消除及动力学规律进行研究,考察了加氯量、BPA初始浓度、pH值、Br^-浓度和温度各因素对降解效果的影响.结果表明,次氯酸钠对BPA的氧化降解过程符合拟一级反应动力学;pH值对该降解反应影响较大,当pH为8～9时,BPA与 HOCl的反应速率达到最大为0 .544 3　min^-1;溶液中存在Br^-会加快BPA的降解,并且其整体反应不符合拟一级动力学规律,随着Br^-浓度的增加,BPA降解得越快;温度对该降解反应的影响较大并且符合Van't Hoff规则,提高反应温度,有利于氯对BPA的降解.     

地表参数对面源大气预测结果的影响性分析研究

为了研究地表参数取值对AERMOD中面源模拟预测浓度值的影响,文章通过改变粗糙度、反照率和波文比的取值来进行不同地表参数与预测结果的相关性分析,同时采用正交试验法来研究不同地表参数对预测结果的敏感性.相关性分析表明,不同地表参数和预测结果有着很高的相关性.敏感性分析表明,反照率数值变化对小时最大落地浓度的敏感性最大,粗糙度数值变化对日均和年均最大落地浓度的敏感性最大.通过研究可以看出在面源大气预测过程中合理选择地表参数值是准确预测的前提.     

铁改性热处理凹凸棒颗粒对水体磷的去除效果

传统粉末态除磷材料颗粒过细,从而导致其难与水分离,这极大限制了其在实际工程中的应用。以热处理颗粒态凹凸棒黏土为载体（1~2 mm）,采用氯化铁（FeCl₃）活性负载的方法制备颗粒态吸附磷材料,并详细研究了吸附材料除磷的最佳改性条件、反应时间、影响因素及其效率。结果表明:2 mol/L氯化铁溶液改性的凹凸棒达到最佳改性条件,且磷的吸附能较好地被朗格缪尔方程模拟,其最大吸附量为4.27 mg/g,是原状黏土固磷容量的2倍左右。铁改性凹凸棒土除磷效率受pH值的影响较大,当水体pH值从4提高到11,去除率下降了10%左右。吸附动力学表明,铁改性凹凸棒土对磷的吸附符合拟二级动力学方程,24 h内可以去除84.46%的磷。0.2 mol/L的盐酸对铁改性凹凸棒的再生效果最优,再生后吸附剂对磷的吸附效率下降40%左右。以上研究结果表明,铁改性凹凸棒土可以作为低浓度水体磷去除材料,具有较大的应用前景。     

接触过滤氧化法处理模拟含铁灰岩水的试验研究

为了解决煤矿灰岩水铁含量高,较难复用的问题,进行了接触过滤氧化法处理模拟含铁原水的试验研究。结果表明:采用石英砂滤料的接触过滤氧化工艺处理铁含量为2.0mg/L的模拟原水除铁效果明显,当气水比为2.0,pH值为7.5~8.0,停留时间小于2~3min,滤速为12.0m/h时,除铁率可达90%以上,滤后水满足铁含量0.3mg/L的井下复用水质要求,且过滤周期长达36h;同时分析得出最大平均催化氧化速率系数为KFe2+=1.50×1011L3mg-3s-1和除铁拟合曲线方程-Ln(Ct/Co)=-0.0011x2+0.0517x+1.748。     

空塔钠碱法烟气脱硫实验研究

在内径200mm,高度1100mm的喷淋塔内,采用Na2CO3作为吸收剂进行SO2吸收实验,重点研究了液气比(L/G)、空塔气速、进口SO2质量浓度、吸收液pH及初始浓度对脱硫效率的影响。通过实验得到该系统适宜操作条件:吸收液pH值在6.5～7.5之间,液气比在1～1.5之间,吸收液初始浓度5%,空塔气速1.6m/s,在此条件下,进口SO2质量浓度在3000mg/m3以内,脱硫效率可以达到80%以上。     

厌氧生物滴滤法脱除冷煤气中硫化氢的研究

水煤气中硫化氢在燃烧时会转变成二氧化硫,对环境产生污染。文章采用厌氧生物滴滤塔法对冷煤气进行脱硫处理。因煤气对氧的严格限制,通过设计生物滴滤塔,经挂膜驯化后在厌氧条件下对浓度在1~5 g/m3左右的硫化氢进行脱除处理,考察滴滤塔运行条件对脱除效果的影响。结果表明,生物挂膜25 d后,生物滴滤塔达到稳定,喷淋液pH值为2.23,ORP值为283 mV,溶解氧为0.4 mg/L,对溶液中硫离子氧化效率达到94%。滴滤塔在液气比0.15,空塔气速0.088 m/s,pH值5.0~7.0,填料高度为82 cm,塔温为25~30℃左右时,达到较优的运行条件,此时该滴滤塔对以CO、CO2、H2和1 940 mg/m3H2S组成的模拟水煤气的脱硫效率达91.2%。