元素掺杂材料在电催化反硝化中的研究进展

电催化反硝化是处理硝酸盐废水技术之一。本文综述了电催化反硝化的最新研究进展，分析了电催化反硝化直接电子转移和原子氢(H^*)介导间接还原两种反应机理，总结了电催化反硝化的决速步是将NO₃^-还原为NO₂^-以及决定产物选择性的关键中间体是NO。在此基础上，总结了元素掺杂方法及其对电极材料催化活性中心和电催化反硝化反应路径的调控效应，提出了元素掺杂是提高电极材料催化活性、产物选择性和长期稳定性的有效手段。此外，还讨论了其他因素如水质特征、运行参数等对电催化反硝化效果的影响，明确了水中共存卤素离子如Cl^-和Br^-等可显著提高N₂选择性以及大多数电极材料在中性条件下还原效果最佳。面向日益增长的硝酸盐废水处理需求，指出了电能消耗高和实际废水水质成分复杂导致副反应多是限制电催化反硝化大规模应用的关键瓶颈。由此，展望了电催化反硝化技术研究未来需要针对多种实际废水的理化性质开展长期中试试验，除了提高还原速率和产物选择性外，还要重点关...     

不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究

采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。在实验部分,研究了燃烧速率和表观火焰高度随边沿高度的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。在实验获得不同尺度、边沿高度正庚烷油池火燃烧速率的前提下,建立相应尺度的不同边沿高度油池火的Fire Dynamics Simulator(FDS)计算模型以针对火焰高度进行了数值模拟研究,分析了实际火焰高度、火焰下探高度随边沿高度的变化趋势,并提出了相关的无量纲拟合式。     

以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌驯化

以活性污泥为种泥,通过序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),在厌氧-缺氧-好氧交替的条件下驯化培养以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌(Denitrifying Phosphorus-Accumulating Organisms,DPAO)。在330 d的培养时间内监测磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等常规指标,并研究驯化不同阶段的一个周期内各指标的变化及进行相应的动力学分析。结果表明,随着驯化的进行,厌氧阶段释磷速率逐渐增加,释磷量也相应增大,出水磷质量浓度最终维持在0.8mg/L,去除率达到91.8%,硝氮全部去除。通过对16S r RNA测序结果的比对,得到聚磷菌占总菌的76.93%,反硝化除磷菌占聚磷菌的一半以上。而聚糖菌仅占5.13%,聚磷菌成为优势菌种。此外,在整个驯化过程中,水质和环境条件的变化使出水中磷质量浓度出现波动,而出水硝氮的变化不大。研究表明,以硝酸盐作为主要氮源培养反硝化除磷细菌的方式是可行的,并有利于聚磷菌对聚糖菌的竞争,使聚磷菌成为优势菌种。     

流量分布系数对低压热释放速率测量的影响

热释放速率是反映火灾规模的重要参数,但高海拔低压地区可燃物燃烧的热释放速率测量一直未得到有效解决。为此,引入烟气管道流量分布系数,并对其进行低压修正,基于耗氧原理分析了低压条件下可燃物燃烧的热释放速率测量原理,提出了低压燃烧热释放速率的计算方法。在此基础上,设计并搭建了低压燃烧舱模拟高海拔低压环境,开展了不同静态低压条件下的正庚烷池火试验,并对烟气管道流量分布系数与不同的静态环境低压进行线性关系、指数关系等拟合,发现试验工况压力下的流量分布系数与响应的环境压力呈指数函数关系,且拟合度高达97.2%。采用指数函数关系并根据能量守恒对试验测量出的低压热释放速率进行修正,误差不超过5%,表明该方法可行。     

煤制乙二醇废水预处理装置的工业化调试

针对煤制乙二醇废水含高浓度硝酸盐氮的特点,设计了缺氧膨胀床(AEB)反应器预处理装置,并进行了工业化启动和调试运行,考察了其在反硝化连续流运行条件下的处理效果及工艺参数变化。结果表明,AEB反应器启动后,填料层生物膜挂膜快速且生长稳定。反应器在工业化调试阶段运行稳定,COD和TN的去除率和去除负荷较为稳定。在受到来水冲击后,AEB反应器处理效果稳定,出水可在短期内恢复正常。该技术的系统操控参数范围较广,易于工业化操控运行,在煤制乙二醇废水和其他含高浓度硝酸盐氮废水的处理中具有较大的推广价值。     

短程硝化过程2种亚硝酸盐氧化菌抑制策略探讨

为维持短程硝化稳定,保证亚硝酸盐高效积累,需要对污水处理系统亚硝酸盐氧化菌(NOB)的性质进行深入了解。分别对Nitrospira以及Nitrobacter的动力学参数,以及在活性污泥系统、生物膜系统、颗粒污泥系统中2菌属特性进行比较。经分析后认为,Nitrospira相对于Nitrobacter比增长速率较低,对O_2,NO_2~-底物亲和性较好,适宜生长于低浓度环境中,是A~2/O、短程硝化-厌氧氨氧化工艺中的主要NOB菌属;Nitrobacter则适宜在高浓度环境中生长。在颗粒污泥系统中,NOB主要处于污泥内部,由于缺乏O_2,NO_2~-更容易被淘汰出反应器。通过对比短程硝化主要控制参数,认为NOB的抑制策略包括:在活性污泥系统中维持合理的污泥龄(SRT)以及游离氨(FA)浓度;在生物膜系统中对溶解氧(DO)以及水力停留时间(HRT)进行联合控制;在颗粒污泥系统中维持适量剩余NH_4~+-N,并淘洗出掺杂其中的絮状污泥。此外,利用"饱食饥饿"效应间歇曝气并维持较低的曝停比同样有利于阻止亚硝酸盐被NOB进一步氧化,保证短程硝化稳定运行。     

不锈钢运动器材的腐蚀行为研究

对4种不锈钢运动器材进行了模拟鲜酸酸化、返排残酸和全程酸化环境下的腐蚀行为研究。结果表明,在模拟鲜酸酸化环境下静态全浸泡6 h,国产15Cr不锈钢的点蚀速率最大,而国产13Cr与进口13Cr不锈钢点蚀速率相当,且都低于进口15Cr不锈钢;在模拟返排酸酸化环境下静态全浸泡72 h,国产15Cr和进口15Cr不锈钢的点蚀速率较大,国产13Cr钢的点蚀速率相对较小,而进口13Cr不锈钢点蚀速率最低,基本没有发生腐蚀;在模拟鲜酸酸化+模拟返排酸酸化的全程酸化环境下,国产15Cr不锈钢的点蚀速率最大,进口13 Cr不锈钢的点蚀速率最小。国产13Cr与进口13Cr不锈钢在鲜酸酸化和返排酸酸化环境下都具有较好的抗点蚀性能,进口13Cr不锈钢更适宜于在全程酸化环境下使用。     

有机胺调控的CO2吸附材料的研究进展

当前,CO_2排放量急剧增加,空气中CO_2浓度正逐年增大.利用固体材料进行CO_2吸附可以实现CO_2减排的目的.CO_2吸附剂中,有机胺调控的固体材料因具有吸附量较大、对设备腐蚀性较小等特点而备受关注.然而,目前所报道的大部分有机胺调控的固体材料中N原子利用率较低,吸附速率较慢.在CO_2吸附体系中引入水分,使其参与CO_2捕集,有利于提高CO_2与氨基的反应摩尔比,增大N原子利用率,提高CO_2吸附性能.将含羟基的聚合物引入至有机胺调控的CO_2吸附材料之中,也可以获得相似的效果.本文综述了近年来有机胺调控的CO_2吸附材料的设计及"构-效"关系,具体包括有机胺调控的氧化物、多孔碳材料、硅基分子筛和金属-有机框架材料的合成及CO_2吸附机理.同时,展望了有机胺调控的CO_2吸附材料面临的科学挑战及发展机遇.     

碳氮比对低温投加介体生物反硝化脱氮的影响

污水的生物脱氮效果受低温抑制,投加氧化还原介体有利于反硝化过程。采用规格相同的序批式反应器,使用人工配制硝酸盐废水和经过驯化的活性污泥,考察了不同碳源浓度(碳氮比)对低温(10℃)投加氧化还原介体1, 2-萘醌-4-磺酸(NQS)污水生物反硝化脱氮过程的影响。结果表明:当碳源浓度(以COD计)为150～400mg·L~(-1) (碳氮比为1.8～4.7)时,脱氮效率随碳氮比的升高而升高;当碳源浓度为400～550 mg·L~(-1) (碳氮比为4.7～6.5)时,脱氮效率随着碳氮比的升高而降低;当碳源浓度为400 mg·L~(-1) (碳氮比为4.7)左右时效果最好,总氮去除率最高为64.7%。对于脱氮速率,介体强化脱氮速率随着碳氮比的升高而升高。同时,探讨了投加介体污水生物反硝化脱氮的机理,发现投加介体降低了体系的氧化还原电位(ORP),有利于反硝化脱氮反应的进行。     

反硝化生物滤池中生物膜量与脱氮效果和脱氢酶活性的关系

采用自主研发的中试反硝化生物滤池处理传统活性污泥法的二沉池出水,研究了稳定运行下生物膜量与脱氮效果和脱氢酶活性之间的关系。结果表明:根据VSS/SS=0.78、VSS/SS0.78、VSS/SS0.78,将SS分为3个区域,分别为区域1(232.5～1 246.6 mg·L~(-1))、区域2(1 246.6～2 542.7 mg·L~(-1))、区域3(2 542.7～3 523.9 mg·L~(-1))。在区域2内能获得最大的NO_3~--N和TN去除能力,去除率分别为95.0%和85.7%及最大的总脱氢酶活性(TDHA),为112.5 g;单位质量生物膜脱氢酶活性(DHA)与SS和VSS之间显著负相关,R~2分别为0.822和0.876;TDHA随SS的增加而增加,直至VSS/SS开始减小时随之减小。DHA能较好地从微观层面反应微生物的活性,TDHA可从宏观层面反映整个反应器的生物活性,为反硝化生物滤池运行提供参考。