Numerical simulation of hydrogen–air detonation for damage assessment in realistic accident scenarios

An accidental hydrogen release within an equipment enclosure may result in the presence of detonable mixture in a confined environment. From a safety standpoint, it is then useful to assess the potential for damage. In that context, numerical simulation of the sequence of events subsequent to detonative ignition provides a useful tool, although with obvious limitations. This article describes the procedure, summarizes two case studies, and reviews the limitations. First, a hydrogen dispersion pattern is obtained from numerical simulation of dispersion, using a commercial package designed primarily for incompressible flow. This dispersion cloud is then used as the initial condition in an inviscid, compressible, reactive flow simulation. To force detonative ignition, a sufficiently large amount of energy is deposited in a small region that corresponds to the ignition location. Chemistry is modeled using a single step Arrhenius model. Because the wave thickness is small compared with the computational domain, a fine mesh is needed, limiting the practicality of the process to two-dimensional geometries. This is the most significant limitation; it is conservative. The two cases described in the paper include an electrolyzer, in which a small release occurs, leading potentially to some damage to the enclosure, and a reformer, in which the consequences are potentially more serious.     

液化四氟乙烷小孔泄漏试验研究

采用高速摄影技术,考察了液化四氟乙烷发生小孔泄漏时,其水平泄漏和垂直泄漏的初始云团演化行为、泄漏的质量流率、喷射速度和喷射角,并与理论计算公式进行了对比。结果表明:水平喷射两相云团尾部出现涡流,涡流大幅加快了云团向空气中扩散的速率;垂直喷射的两相云团在地面形成液池,液池大幅增加了液化气体向空气中蒸发的速率。水平泄漏试验的喷射角与容器内超压变化规律相似,泄放初期喷射角逐渐增大,经历一段平坦期,到泄放末期喷射角减小。水平泄漏和垂直泄漏的初始喷射速度分别为25 m/s和20 m/s,与理论值26.6 m/s基本吻合。水平泄漏的质量流率的试验值和理论值分别为0.0598 kg/s和0.0684 kg/s,垂直泄漏的分别为0.0472 kg/s和0.059 6 kg/s,结果对比基本吻合,推荐的泄漏质量流率和小孔喷射速度公式可以用于液化四氟乙烷小孔泄漏。     

烧结砖中重金属释放特性研究

通过向黏土中添加重金属试剂,模拟煅烧试验制作烧结砖.采用酸消解试验研究烧结砖中重金属的总量,采用欧盟NEN7371方法测试烧结砖中重金属的有效释放量,采用NEN7375方法进行块状烧结砖浸出试验,研究烧结砖样品中Cr、Ni、As、Cd和Pb的释放特性.结果表明:烧结砖中重金属的有效释放量低于总量,释放率从大到小为Cd、As、Pb、Ni、Cr;在块状浸出过程中,Cr、Ni、As累积释放量达到平衡的时间为16 d,Pb为4d,而Cd的累积释放量一直有上升的趋势;Cr、Ni、As的释放机理主要为扩散控制,Cd为溶解作用,Pb为表面冲刷作用;5种重金属释放速率从大到小为Ni、Cr、Pb、As、Cd.     

不同pH值对磷矿废石磷素浸出特性影响的实验研究

采用EPA 1314pH酸碱预滴定实验和pH浸出实验,研究了pH对磷矿废石磷元素浸出特性的影响,以及磷矿废石的酸碱缓冲容量。实验结果表明:磷矿废石的碱缓冲容量小,pH从8.75上升到13.50消耗了0.1mmol/g的NaOH,磷矿废石酸的缓冲容量较大,pH从5.50到1.00,共消耗2.2mmol/g的H2SO4;浸提液的酸碱性是影响磷矿废石中磷元素浸出的重要参数,酸性条件下很大程度上促进了磷元素的浸出,随着H+离子浓度的增加,总磷浓度随之升高。相反在碱性条件下的反应过程中,OH-阻碍磷元素的浸出,消耗正磷酸根离子和羟基磷酸根离子,使其生成沉淀,有一定的固磷作用,为磷元素的固化提供了更多途径。     

外源有机酸添加对风化煤矸石污染释放及重金属有效性的影响

为评价不同类型有机酸对风化煤矸石污染释放的影响,通过在风化煤矸石中添加不同种类的外源有机酸(腐殖酸、柠檬酸、草酸、水杨酸)进行处理,分析稳定7d后煤矸石浸出液的特征污染组分及TCLP提取态重金属含量。结果表明:对照处理组的风化煤矸石浸出液具有典型的酸性矿山废水特征。添加少量柠檬酸、草酸和水杨酸能显著(p0.05)降低风化煤矸石浸出液的pH和Eh值、明显增加浸出液的盐度、亚铁、总铁和硫酸盐含量,然而腐殖酸处理对浸出液pH、EC、Eh无明显影响,且可降低浸出液硫酸盐含量。少量外源有机酸添加均能不同程度促进风化煤矸石中Fe、Mn、Cu、Zn元素溶出,其中水杨酸处理对4种金属元素的溶出量较大。然而4种外源有机酸处理则能有效抑制Pb溶出,其中柠檬酸、水杨酸处理抑制效果最明显。有机酸添加对风化煤矸石的重金属有效性影响表现为4种外源有机酸处理均能明显增加风化煤矸石中Mn元素的有效性,降低Zn元素的有效性,但对Fe元素的有效性影响不明显。4种外源有机酸添加对煤矸石中Cu元素有效性具有不同程度的影响,其中腐殖酸、草酸处理能明显降低Cu元素有效性,而柠檬酸和水杨酸处理则明显增加Cu的有效性。     

微孔曝气与覆盖对城市重污染河道底泥磷形态分布及释放过程的影响

采用自行研发的泥-水界面微孔曝气系统,开展了底泥表面曝气和覆盖对城市重污染河道底泥磷释放及形态分布规律的影响研究.结果表明,微孔曝气能够有效提高上覆水的溶解氧(DO)和沉积物的氧化还原电位(Eh),能够将泥-水界面Eh维持在-100 m V左右,DO提高到6 mg·L-1以上.与对照比较,原位覆盖处理的上覆水DO和Eh有一定提高,但仍明显低于微孔曝气处理.与对照相比较,微孔曝气处理均有效降低上覆水中总磷(TP)和溶解性正磷酸盐(PO3-4)的含量.试验结束时,微孔曝气(A)和微孔曝气+原位覆盖处理(A+C)上覆水中TP含量由初始的0.201 mg·L-1分别降至0.062 mg·L-1和0.050 mg·L-1;上覆水中PO3-4含量由0.086 mg·L-1和0.078 mg·L-1分别降至0.026 mg·L-1和0.023 mg·L-1.与对照相比,微孔曝气处理明显降低了底泥间隙水中TP的浓度,在整个培养期间,其TP含量平均下降38.8%(A)和47.9%(A+C).底泥原位覆盖处理对抑制泥-水界面磷释放能力要弱于微孔曝气处理,而且在试验后期(50 d),上覆水中TP和PO3-4的含量均有所反弹.不管有无覆盖,泥-水界面微孔曝气处理均显著改变了表层底泥磷形态分布特征,显著降低了底泥中铁铝结合态磷(Fe/Al-P)组分比例,而钙结合态磷(Ca-P)含量比例却出现明显增加.单一的表面覆盖处理对底泥磷形态分布特征没有显著影响(P0.05).研究表明,与单一的处理效果相比较,泥-水界面纳米微孔曝气处理,并结合底泥原位覆盖,更有利于抑制城市重污染河道泥-水界面中磷的释放风险.     

向家坝库区沉积物磷形态分布及释放风险

采用改进的连续提取法研究了向家坝库区沉积物中有机磷（OP）和无机磷（IP）的各赋存形态及分布特征,讨论了各形态磷的生物可利用性和释放风险.结果表明,向家坝库区沉积物总磷（TP）含量为388.9~616.4 mg·kg^-1,总体处于安全级别.库区沉积物磷形态以惰性碎屑态无机磷（De-P_i）和残渣态有机磷（Re-P_o）为主,两者共占TP质量分数的60%以上,呈上游高下游低的趋势,流域地质背景是主要的影响因素.以可交换态无机磷（Ex-P_i）、铝结合态无机磷（Al-P_i）、铁结合态无机磷（Fe-P_i）、可交换态有机磷（Ex-P_o）、铁铝结合态有机磷（Fe/Al-P_o）之和来估算生物可利用磷（BAP）,BAP/TP来评价沉积物中磷的释放风险,BAP含量为23.0~91.1 mg·kg^-1,BAP/TP为6.2%~17.1%.向家坝水库沉积物磷的释放风险较低.库区沉积物BAP储量为767.68 t,对向家坝水库上覆水磷浓度的潜在贡献为0.148 mg·L^-1,是导致未来库区水质恶化的重要因素 之一,应加强对库区内源磷的释放管理.     

城市河网区河流沉积物磷形态分布特征及释放贡献

以嘉兴城市河网区为研究区域,在调查区域水质和沉积物磷空间变化特征的基础上,分析沉积物中各形态磷的垂直与空间赋存状态,通过吸附释放参数计算EPC₀值,明确了沉积物-水界面磷迁移影响因素和沉积物中活跃磷素的释放风险和贡献.结果表明,研究区域水质氮磷污染较为严重,沉积物TP含量均值呈北部河网区>西部河网区>南部河网区,基于单因子指数法的生态风险评价为Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级的样本比例分别为10.91%、25.45%和63.64%.沉积物各形态磷整体呈现TP>IP>HCl-P>NaOH-P>OP,沉积物生物有效磷（BAP）整体呈现Olsen-P>AAP>WSP>RDP;在沉积物垂直剖面中,部分位点受到外界因素的强烈影响垂向波动较大,整体上是随深度的递增而减小,这与近年来研究区域接收的外源磷积累过程在加重有关.相关性分析表明,沉积物磷吸附容量（Q_max）与铁铝氧化物呈显著相关性 （p<0.05）;释放参数EPC₀与TP、IP与HCl-P呈显著相关性 （p<0.05）.结合BAP形态,研究区域河流沉积物NaOH-P、HCl-P、AAP、Olsen-P及WSP存在较高的释放潜力.南部河网区沉积物主要呈现磷“源”角色,西部和北部河网区部分区域沉积物充当磷“源”角色.南部河网区在长短时间尺度下的磷主要释放形态为NaOH-P、HCl-P和OP,北部河网区在长时间尺度下主要释放磷形态为NaOH-P、HCl-P,西部河网区在短时间尺度下主要释放形态以HCl-P为主,在长时间尺度下3种磷形态的释放风险仍然较高.     

pH值、硫酸根和温度对钢管管垢中铬释放的影响

以市政供水管网钢管管垢为研究对象,将垢层由外向内分为表层、硬壳层和疏松多孔层.利用SEM、BET、XRD、XPS和分形态提取等技术对预吸附Cr （Ⅵ）前后的各层管垢进行表征和分析,并探究了pH值、SO₄^2-浓度和温度对各层管垢中Cr释放的影响.结果显示,钢管各层管垢的主要成分均为α-FeOOH,吸附性能排序为表层>疏松多孔层>硬壳层,管垢中铁元素大多以三价和二价形式存在,具有一定还原性.Cr （Ⅵ）通过物理和化学吸附富集于管垢,主要以铁锰氧化物结合态存在,表层管垢富集量最大.酸性环境、SO₄^2-浓度和温度的升高均会促进Cr的释放.强酸性条件下表层Cr释放浓度为中性条件下的2.76倍;SO₄^2-浓度增加使各层管垢的Cr释放量增加0.1~0.4倍;温度升高20℃,表层管垢的Cr释放量增加26.74%.     

Responses of a soil bacterium, Pseudomonas chlororaphis O6 to commercial metal oxide nanoparticles compared with responses to metal ions

The toxicity of commercially-available CuO and ZnO nanoparticles (NPs) to pathogenic bacteria was compared for a beneficial rhizosphere isolate, Pseudomonas chlororaphis O6. The NPs aggregated, released ions to different extents under the conditions used for bacterial exposure, and associated with bacterial cell surface. Bacterial surface charge was neutralized by NPs, dependent on pH. The CuO NPs were more toxic than the ZnO NPs. The negative surface charge on colloids of extracellular polymeric substances (EPS) was reduced by Cu ions but not by CuO NPs; the EPS protected cells from CuO NPs-toxicity. CuO NPs-toxicity was eliminated by a Cu ion chelator, suggesting that ion release was involved. Neither NPs released alkaline phosphatase from the cells’ periplasm, indicating minimal outer membrane damage. Accumulation of intracellular reactive oxygen species was correlated with CuO NPs lethality. Environmental deposition of NPs could create niches for ion release, with impacts on susceptible soil microbes.