紫外消毒器辐射剂量模拟与设备设计

基于拉格朗日方法建立了耦合流体流动、紫外光强辐射与粒子辐射剂量的数值计算模型。利用该模型对工业尺寸的紫外消毒设备进行了模拟计算,获得了消毒设备内的场量信息;展示了利用CFD模拟优化设计紫外消毒反应器的方法;讨论了设置挡板和改变灯管布置2种方式对粒子辐射剂量的影响,计算结果表明,调整辐射场对紫外消毒设备性能的改善程度明显高于改变流动状态。     

尿素/高锰酸钾湿法烟气脱氮的试验研究

采用高锰酸钾和尿素配制成不同浓度的吸收溶液,在填有金属鲍尔环的管式吸收反应器中,对模拟烟气进行湿法烟气脱氮的研究。试验结果表明,用尿素和高锰酸钾配制成的吸收液进行湿法烟气脱氮,可以高效地脱除模拟烟气中的氮氧化物,高锰酸钾含量的增加可以显著提高脱氮效率,是决定脱氮效率高低的重要因素,在尿素和高锰酸钾含量分别为5%和0.60g/L时可以达到91.5%的平均脱氮效率;尿素含量、吸收液有效柱高和外加的SO2气体均对脱氮效率产生不同程度的影响。     

超声波/紫外线一体化反应器用于污水消毒的中试研究

采用自行设计的超声波/紫外线一体化推流式反应器对污水厂二级出水进行消毒实验,考察了超声波协同紫外线消毒的消毒效率以及对消毒过程对水质和紫外灯管结垢的影响。结果表明:超声波协同紫外线消毒可以强化单独紫外线的消毒效率,且超声波功率密度越大,水力停留时间越长,消毒效果越好;当超声波功率密度为70 W·L-1,水力停留时间60 s时,粪大肠杆菌的对数去除率可以达到3.85 log,比单独紫外消毒增加了40.7%。同时,超声波协同紫外线消毒还可以降低紫外灯管的结垢速率。虽然超声波的引入会对水质(COD、UV254和浊度)产生轻微波动,但是并不影响出水水质。     

尿素／高锰酸钾湿法烟气脱氮的试验研究

采用高锰酸钾和尿素配制成不同浓度的吸收溶液，在填有金属鲍尔环的管式吸收反应器中，对模拟烟气进行湿法烟气脱氮的研究。试验结果表明，用尿素和高锰酸钾配制成的吸收液进行湿法烟气脱氮，可以高效地脱除模拟烟气中的氮氧化物，高锰酸钾含量的增加可以显著提高脱氮效率，是决定脱氮效率高低的重要因素，在尿素和高锰酸钾含量分别为5％和0.60g／L时可以达到91．5％的平均脱氮效率；尿素含量、吸收液有效柱高和外加的SO2气体均对脱氮效率产生不同程度的影响。     

基于非均匀入口条件SCR系统气固相组分的分布特性优化

采用实际工程中复杂的非均匀入口边界条件,对SCR系统气固两相流动特性及其优化进行了数值模拟。对烟道混合器下游截面上各测点处NO浓度进行实验测试,与数值模拟计算的NO浓度结果保持基本一致,模拟计算获得了SCR反应器入口导流板布置数量、倾角以及导流板间距的最优方案,催化剂首层入口截面烟气流速偏差系数Cx从18.13%降至12.38%。烟气中飞灰颗粒在反应器首层催化剂入口断面上呈现分布不均匀分布的特性,弯道C处无导流板时,截面中间区域的粉尘浓度一般在0.035 kg·m-3,最高值可达0.068 kg·m-3,弯道C加装导流板后首层催化剂入口烟道断面飞灰浓度不均匀偏差系数值由原有结构的34.21%降为26.18%,表明导流板结构有助于飞灰浓度均匀性分布。数值计算模型符合工程实际,具有很好的可靠性和实用性。     

尿素添加剂湿法烟气脱氮的试验研究

在填有金属鲍尔环的管式吸收反应器中,分别研究了尿素含量、添加剂(三乙醇胺)浓度、吸收柱彳丁效高度、烟气浓度对NOx脱除效率的影响。试验结果表明,尿素含量和添加剂浓度的增加可以少量提高脱氮效率：烟气浓度的大小对脱氮效率的影响不大;吸收柱有效高度对脱氮效率的影响较大。     

球柱形旋风除尘器分离性能数值模拟与实验

针对传统柱锥形旋风除尘器存在细颗粒分离效率低的问题,提出了一种新型球柱形旋风除尘器。采用数值模拟和实验研究手段,分析了柱段高度对球柱形旋风除尘器分离特性的影响。模拟结果表明:当球柱形旋风除尘器柱段高度不为零时,随着柱段高度的增加,静压力逐渐变小;球柱形旋风除尘器内流体的切向速度均呈"M"型分布;流体轴向速度随着半径的减小,其绝对值先增大后减小,在中心轴线处又开始增大;流体径向速度均关于中心轴线对称。实验结果表明,当球柱形旋风除尘器柱段高度为150 mm时,总分离效率最高,可达到92.01%。研究结果可为旋风除尘器中细小颗粒分离应用提供指导,对提高5μm以下颗粒分离效率具有重要意义。     

气升式反应器气液两相流流态特性模拟

为了研究曝气强度对气升式反应器内气液两相流特性的影响，组合多相流Eulerian—Eulerian模型和液相Standardk-ε湍流模型，运用Fluent软件建立了气升式反应器内气液两相流的三维非稳态数值模拟。在曝气管布局方式一定的情况下，模拟计算获得了反应器内x轴截面处不同径向位置的气含率、液速分布情况，计算结果表明，在本文研究的曝气强度范围内，气含率随着曝气强度增加而增加，越靠近曝气池底部，升流区局部气含率越高，且气含率值波动较大；随着曝气强度的增加，曝气孔附近液速增加较明显，但随着气液两相流的上升，液速增加幅度降低；同时采用粒子图像测速（PIV）技术对液相速度进行了实验研究，实验结果与模拟结果吻合性较好。     

光磁耦合污水处理装置的设计及运行效果分析

基于光催化技术和磁场能够改善污水处理效果的性质,开发了一种光磁耦合污水处理装置。紫外线强度分布的设计计算采用多点源叠加近似辐射模型;磁感应强度的产生选用亥姆霍兹线圈,并采用MATLAB对反应器的磁场进行了磁场强度分布的可视化模拟;采用流体力学软件CFD对装置内流场进行了数值模拟。结果表明,灯管之间的反应器壁附近区域的紫外线强度最小,而在3根紫外灯管间的区域紫外线强度较强且相对均匀;亥姆霍兹线圈内部磁场可近似作为匀强磁场;在该装置反应区存在循环流,有利于提高光磁耦合反应速率。对反应器效果进行验证表明,该反应器对污水的脱色率和COD去除率均较高,磁性光催化剂回收率达到97%以上;光磁耦合法废水处理效果明显高于磁场和光催化作用单独处理效果。     

管式湿式电除尘器气流分布的组织与优化

管式湿式电除尘器可看作由多个线管式电除尘器并联组成,若各电除尘器之间处理烟气流量偏差过大,将导致湿式电除尘器总的除尘效率下降。采用CFD数值模拟技术,对某热力公司116 MW锅炉配套管式湿式电除尘器的内部气流分布进行研究分析,并对气流分布进行组织与优化。在电场进口断面气流速度分布满足相对均方根指标要求的基础上,将各单管处理烟气流量偏差控制在一定范围之内,以保障湿式电除尘器达到规定的排放要求。现场测试结果表明,出口粉尘浓度满足项目技术规范规定的排放要求,数值模拟结果可指导管式湿式电除尘器设计。     

API MODEL 100A光路系统对二氧化硫测定值的影响

通过比较二氧化硫测定值与紫外灯强度、紫外检测器调节值及光电倍增管高压值的关系，提出二氧化硫测定值与紫外灯强度、光电倍增管高压值成正比，与紫外检测调节值成反比的结论，并对仪器校准提出了有效性建议。     

炼化企业中水紫外线消毒及其影响因素简

研究水质对254 nm紫外线透射率的影响，通过动态实验考察了照射时间、254 nm紫外线透射率以及紫外线剂量对炼化企业中水消毒效果的影响并同时考察异养菌、硫酸盐还原菌和铁细菌的光复活及暗修复现象。结果表明，有机物是影响炼化企业中水紫外线消毒的重要因素；紫外线对炼化企业中水中的异养菌具有良好的灭活作用；增加照射时间对消毒效果的提升作用受254 nm紫外线透射率的影响；紫外线透射率在较低的范围内时对消毒效果的影响相对较大，在较高的范围内时影响较小；紫外线剂量-响应曲线受254 nm紫外线透射率的影响；剂量的“成分”，即照射时间和透射率的不同组合，也会对消毒效果产生影响；在80 mJ/cm²的剂量下，20 h内异养菌出现了较强烈的光复活和暗修复现象，铁细菌仅出现了明显的光复活现象，硫酸盐还原菌没有表现出明显的复活。     

臭氧/紫外联合降解甲醛的试验研究

在臭氧单独作用、紫外光单独作用和UV/O₃ 3种条件下分别对甲醛进行降解试验，研究表明,臭氧和紫外在降解甲醛的试验中存在明显的协同促进作用。单独臭氧对甲醛降解效果并不显著。紫外单独作用时，对甲醛几乎没有降解作用。在UV/O₃条件下，甲醛的降解率大大提高，特别是在高浓度臭氧条件下，降解率高达63％。臭氧浓度增大，降解率增大；紫外光强度增大，降解效果提高；气体流量增大，降解率下降；湿度增大，降解率提高。对甲醛降解试验进行动力学研究，结果表明，光照强度和臭氧浓度增大，一级反应速率增大，提高臭氧浓度要比加强紫外强度更能促进甲醛的降解。     

水质工程用紫外光消毒器的CFD数值模拟

紫外光消毒法是一种重要的污水深度处理方法,消毒器内部辐射强度的分布情况、微生物的停留时间及其运动轨迹对灭菌效果起着至关重要的作用。本文首次在国内系统介绍了采用计算流体动力学(CFD)手段对紫外光消毒器进行数值模拟研究的理论基础和技术路线,指出辐射强度的计算和停留时间的确定是其中的关键。以特定结构的紫外光消毒器为对象,对其内部流场进行了模拟计算,讨论了挡板位置不同所引起的消毒器内部速度场的变化情况;应用离散坐标辐射模型(DO)对紫外光辐射强度分布进行了模拟,同时加入离散粒子模型(DPM)来模拟消毒器内微生物的停留时长和运动轨迹,为最终计算微生物所受紫外光辐射剂量奠定了坚实的基础。     

UV/H2O2工艺降解环丙沙星的研究

采用UV/₂O₂工艺去除水体中的喹诺酮类抗生素环丙沙星（CIP）。考察了溶液pH值、₂O₂投加量以及水体基质对环丙沙星降解效率的影响，分析了降解产物的生成情况。研究表明，环丙沙星的降解符合拟一级反应动力学模型。降解速率受溶液pH值的影响，酸性及中性条件，有利于环丙沙星的降解。₂O₂投加量的增大，使得降解速率逐渐增大，但速率增幅逐渐变缓；最佳₂O₂/环丙沙星摩尔比为2 000。实际水体中存在的NOM、NO^-₃，促进了单独UV作用下，环丙沙星的降解。水体中的?OH焠灭剂，抑制了UV/₂O₂联合作用下，环丙沙星的降解；实际水体中的光解速率常数低于超纯水中的光解速率常数。GC-MS分析表明，UV/₂O₂工艺，使环丙沙星氧化降解生成氨基乙酸、丙二酸、丙三醇和对苯二甲酸等小分子有机物。     

UV/H2O2工艺降解环丙沙星的研究

采用UV/H2O2工艺去除水体中的喹诺酮类抗生素环丙沙星（CIP）。考察了溶液pH值、H2O2投加量以及水体基质对环丙沙星降解效率的影响,分析了降解产物的生成情况。研究表明,环丙沙星的降解符合拟一级反应动力学模型。降解速率受溶液pH值的影响,酸性及中性条件,有利于环丙沙星的降解。H2O2投加量的增大,使得降解速率逐渐增大,但速率增幅逐渐变缓;最佳H2O2/环丙沙星摩尔比为2 000。实际水体中存在的NOM、NO3-,促进了单独UV作用下,环丙沙星的降解。水体中的.OH焠灭剂,抑制了UV/H2O2联合作用下,环丙沙星的降解;实际水体中的光解速率常数低于超纯水中的光解速率常数。GC-MS分析表明,UV/H2O2工艺,使环丙沙星氧化降解生成氨基乙酸、丙二酸、丙三醇和对苯二甲酸等小分子有机物。     

Experimental and numerical study of methylparaben decomposition in aqueous solution using the UV/H2O2 process

The present paper aims at presenting a kinetic model that is supposed to result in the decomposition of methylparaben in completely mixed batch reactor (CMBR) using the UV/H₂O₂ process. The proposed model incorporates photochemical, chemical reactions and their constant rates to formulate the overall kinetic rate expressions which are integrated into MATLAB. Thus, the changes in pH values during the process of oxidation are taken into consideration. In addition, the effects of hydrogen peroxide (HP) dosage, as well as the concentration of hydroxyl radicals, are examined. Accordingly, the pseudo-first-order rate constant, its variation as functions of HP concentration, incident UV-light intensity and the limitations of the adopted approach are discussed. In line with that, the authors provided evidence of the validity of the kinetic model through the exposure of previous experimental studies as reported in the literature review then through the evidence of the present experimental data.     

Investigation and modeling of solar UV-induced chlorine decay in disinfection contact basins at full-scale wastewater treatment plants

Residual chlorine loss due to UV sunlight in the chlorine disinfection contact basins (DCBs) was investigated at two full-scale wastewater treatment plants (WWTPs). Chlorine decay due to solar UV-induced photochemical reaction was found to be significant and had diurnal and seasonal variations. The total chlorine loss due to sunlight ranged from 19 to 26% of the total chlorine chemical use at the two plants studied. Covering chlorine contact basins led to more stable chlorine demand regardless of the diurnal and seasonal sunlight intensity. Therefore, covering chlorine contact basins offers more stable, or accurate, chlorine dosage and effluent residual control and requires less effort by plant operators. A mathematical model was developed to calculate the amount of UV-induced chlorine decay. The model developed can be used to estimate the UV-induced chlorine decay rate and total chlorine loss due to sunlight at WWTPs with various basin configurations, flowrates, chlorine dosages, and geographical locations. The model results allow the capital cost of covering needs to be assessed against the chlorine chemical cost savings.     

Effects of wavelength and water quality on photodegradation of N-Nitrosodimethylamine (NDMA)

N-Nitrosodimethylamine (NDMA) is a potent carcinogen that yields a cancer risk of 10⁻⁶ at concentrations as low as 0.7 ng L⁻¹. Tentative guideline values are set at 3 ng L⁻¹ in California, USA; 9 ng L⁻¹ in Ontario, Canada; 40 ng L⁻¹ nationwide in Canada; and 100 ng L⁻¹ by the World Health Organization. NDMA is a great concern in treating reclaimed water as well as drinking water. UV degradation can be considered effective degradation method. A 1-log reduction of NDMA is achieved by 1000 mJ cm⁻² of a 254-nm low pressure (LP) mercury UV lamp. However, a higher degradation efficiency than that provided by LP lamps is desired in practical treatment. In this study, the effects of wavelength and water quality were investigated to achieve higher degradation efficiency. The effects of wavelength were examined by comparing three UV lamps: a 222-nm Kr Cl Excimer UV lamp, a 254-nm LP mercury UV lamp, and a 230- to 270-nm filtered medium pressure (FMP) mercury UV lamp. The 222-nm lamp and FMP lamp achieved 4 times and 2.8 times higher degradation efficiency, respectively, than the conventional 254-nm LP lamp. Effects on water quality were also simulated by using absorption spectrum data of nitrate solutions and process water from a drinking-water treatment plant. In the simulation, the 222-nm lamp was affected by UV-absorbing compounds in the water, whereas the FMP lamp showed more stable degradation efficiency. Appropriate use of these three types of lamps could enhance the efficiency of degradation of NDMA.     

高强紫外球形灯光解氧化硫化氢气体

提出了采用可产臭氧的高强球形紫外灯光解氧化硫化氢气体。考察了硫化氢初始浓度、湿度、含氧量、停留时间对硫化氢去除效率的影响。实验结果表明，硫化氢浓度在低浓度范围内，对硫化氢的去除效率可以达到99％以上。反应体系内气体湿度比含氧量对硫化氢的去除效率的影响更明显。气体湿度控制在45％～60％和反应停留时间控制在6～10s范围内为最佳。高强紫外球形灯处理硫化氢过程分别存在直接光解和臭氧氧化作用及两者的协同作用。