曝气诱导内波破坏水库水温分层的机理

采用自行设计的分层水库物理模型,在温度梯度分别为0.18~0.60℃/cm条件下,分析了曝气诱导内波破坏模型水库有限水体水温分层的过程,探究了跃温层下潜速度与内波特征参数的关系,揭示了内波破坏水温分层的机理.实验结果表明:分层水体完全混合之前,曝气诱导的内波一直存在于跃温层内部;内波波幅在跃温层中部较大、边缘较小.破坏分层期间,跃温层从初始位置逐渐下潜至底部时,下潜速度从0.24m/s逐渐减小到0.08m/s,但内波持续时间、周期、波幅分别约逐渐变大100%、200%和33%;同等条件下,跃温层下潜速度随着温度梯度的增加而减小;内波在模型水库有限分层水体横向传播过程中,并未发生破碎现象,内波主要依靠流体质点垂向的上下移动促使水体混合,与海洋等开放水体中内波破碎导致水体混合的传统机理不同.     

分层水环境人工诱导内波的强化混合效果

针对目前国内外缺乏对内波和水流上涌对水体混合的相对强弱关系研究的现状,采用近似计算的方法,提出了一种区分内波和水流上涌对水体混合所做贡献的新方法,定量计算了内波和水流上涌对水体混合的贡献率.在温度梯度、跃温层厚度、曝气器出水口位置均相同的条件下,当曝气强度从62.5L/(h·m~3)增加到125L/(h·m~3)时,内波对水体混合的贡献从82%降到了50%;在温度梯度、曝气强度、曝气器出水口位置均相同的条件下,随着跃温层厚度的增加,内波对水体混合的贡献从78.5%增加到83.5%.无消波装置的水体混合的有效功率比有消波装置的水体混合有效功率增加了40%以上,影响内波混合最根本的原因是所形成内波的A/T.实验证明内波只需要很少的能量就具有强大的混合作用,而曝气产生的循环水流的混合作用却截然相反,即内波混合具有较高的能量利用率,利用内波破坏水库水体分层和改善水源水质具有广阔的应用前景.     

分层水环境曝气诱导形成内波的过程与特性

采用分层水库模型,在平均温度梯度为0.37℃/cm条件下,开展了系统的曝气诱导内波的中试研究.分析了曝气诱导形成内波的过程,探究了曝气诱导形成内波的类型,重点揭示了曝气扰动源形式和跃温层厚度对内波形成过程和特性的影响.实验结果表明：扬水曝气产生的气水两相流是一种非定常的周期性扰动源,气水两相流的尾迹带动整个模型水体上下振动,这种振动在分层水体跃温层处诱导形成内波.从激发源角度上说,它是一种尾迹效应波.气弹释放周期在44.06～58.69s之间时,内波波高达到最大,当气弹释放周期达到180s时不能形成连续的内波;曝气器出流口增大,内波波高、周期呈增大趋势.分层水体的跃温层厚度也影响内波的形成,相同温度梯度条件下,随着跃温层厚度的增加,内波的波高、周期随之增大.     

破坏水库水温分层系统的能量效率估算:以金盆水库为例

为指导高效节能的破坏水库水温分层技术及系统的选择,需建立统一的能量效率基准.根据质量守恒和热量守恒定律,求出分层水库水体完全混合后的水温,计算水库水体混合前后的重心;采用库容以及与水温相关的密度等数据,对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能,混合后水体总势能的增加量即为破坏分层所需的最小理论能量,应用耗电量估算法得到破坏分层所产生的最小碳排量;破坏分层系统的能量效率为破坏分层的最小理论能量与实际输入能量之比.以西安金盆水库为例,采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,应用该方法估算了水库不同季节破坏分层所需最小能量和扬水曝气破坏分层系统的能量效率.采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,计算破坏分层所需最小能量.结果表明随水体垂向温度梯度的增加而增大,在6~10月期间相对较高,7月达到最大值2432.08kW?h;该水库扬水曝气破坏分层系统的能量效率约为4%;在水温分层开始阶段运行破坏分层系统可有效降低破坏分层所需的能耗,减少碳排放量.     

天目湖沙河水库热分层变化及其对水质的影响

为揭示亚热带水库热分层的季节性变化特征、影响因素及水质效应,以最大水深11 m的江苏溧阳天目湖沙河水库为例,基于对水库坝前区(TM1)3~11月逐时的水温监测及对该水库2009~2016年相关水质和气象指标监测,分析了该水库热分层的形成和消失时间、驱动因素及其对水质的影响.结果表明,天目湖沙河水库呈典型的亚热带单循环混合模式:春季随着太阳辐射的增强,水温逐渐升高,当表层水温升至21℃左右时,热分层稳定形成,在整个5~9月期间水体热分层十分稳定;秋季随着太阳辐射的减弱,水温逐渐降低,当表层水温降至19℃左右时,热分层基本消失,在10~4月期间水体呈混合状态.热分层期间,表层和底层的水温差随太阳辐射的增强而增加;日均气温超过30℃的情况下,水体热分层更加稳定;夏季强降雨过程降低了水体表层的温度、减弱了上层5 m水体的温度分层,但对5 m以下深度的热分层状况基本无影响.水温分层对水库水质产生一定的影响:热分层期间,底层水体处于厌氧状态,底层水体氨氮浓度明显增加;热分层消失后,底层水体溶解氧、总磷及悬浮颗粒物含量均增加.研究表明,对于四季分明的亚热带中等深度的水库而言,水体热分层主要受太阳辐射的控制,稳定的热分层有利于蓝藻门相关种属藻类的生长,热分层形成及消散阶段改变了沉积物的营养盐释放及供给水体的强度,对水体水质形成冲击.在水库水质监控及生态保护管理中,应关注热分层过程的不利影响,并探索相关灾害的防控技术.     

曝气量对间歇曝气/曝气生物滤池效能影响

研究间歇曝气/曝气生物滤池脱氮除磷效果,确定其最佳曝气量,为该种形式的曝气生物滤池高效运行提供依据。试验采用序批式曝气生物滤池和传统曝气生物滤池串联运行的方式,序批式曝气生物滤池(一级滤柱)在曝气量分别0.85L/(s·m2),1.27L/(s·m2),1.70L/(s·m2),2.12L/(s·m2)下运行,传统曝气生物滤池(二级滤柱)在曝气量分别为0.43L/(s·m2),0.85L/(s·m2),1.27L/(s·m2)下运行。试验结果表明:一级滤柱曝气量在1.70L/(s·m2)～2.12L/(s·m2)之间运行时,除磷效果好,出水TP含量在2.5mg/L以下,二级滤柱曝气量为0.85L/(s·m2)时,脱氮效果好,出水TN浓度为7.39mg/L,TN去除率达65.28%。采用间歇曝气/曝气生物滤池工艺能同时达到脱氮除磷的效果。     

一体式膜-生物反应器降低能耗的中试试验

基于气升式内循环反应器原理,对一体式膜-生物反应器结构进行了优化设计,构建了处理量为15.6m³/d的中试装置.通过水动力学特性的考察,得到中试装置的经济曝气强度为96m³/(m²·h);通过经济曝气强度条件下的临界通量试验,得到污泥浓度小于13g/L时的膜临界通量区域为30～35L/(m²·h).由此确定了中试装置连续运行的操作参数,实现了次临界通量[30L/(m²·h)]条件下处理城市污水的稳定运行.能耗分析显示,该中试反应器的气水比为21:1,有效单位产水能耗为0.42kW·h/m³.     

沸石曝气生物滤池处理城市纳污河水

采用上流式沸石曝气生物滤池(ZBAF)处理城市纳污河水,研究其挂膜启动过程,以及对有机物、NH3-N、SS的去除效果及影响因素。结果表明,在水温为11～24℃条件下,气水比对NH3-N的去除要比对COD和SS的去除影响大得多;当水力负荷为1.2m3/(m2.h),曝气量为3∶1时,对污染物的去除效果最佳;滤池填料高度对各种污染物的去除有较大影响,大部分有机物在进水端40cm厚的填料层内得到降解,而氨氮的硝化主要集中在上层填料层内。     

贵州高原百花湖水库湖沼学变量特征及环境效应

为了揭示贵州高原百花湖水库湖沼学变量特征及其与突发性水质恶化的关系,对百花湖水库的水文、营养盐及相关理化因子进行了调查.结果表明：百花湖水库表层水温在10.2～27.0℃之间,4—9月形成分层,水体分层结构为单循环混合模式;总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素a（Chl.a）和透明度（SD）分别为1.60mg·L-1、0...     

曝气强度对膜生物反应器膜污染形成特性影响的研究

曝气是控制膜生物反应器膜污染的重要手段,而曝气强度大小的确定是有效控制膜污染的关键因素.本文通过实验考察了浸没式中空纤维膜生物反应器在5种不同的曝气强度下[40,60,80,100,120 m3/(m2·h)]处理人工合成有机废水过程中膜污染的发展变化情况,并对膜污染的形成特性进行了分析.结果表明曝气强度为80 m3/(m2·h)时,膜过滤压差及压差变化率dp/dt最低,膜污染阻力中沉积层所占的比例较大,随着曝气强度的增加,压差下降不明显,甚至出现回升,阻力构成开始发生变化,达到120 m3/(m2·h)时,膜孔堵塞和凝胶层所占阻力比例明显增加,污染加重.实验确定80 m3/(m2·h)为最佳曝气强度.     

沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性与影响因素——以长江口青草沙水库为例

水生态环境中硝酸盐异化还原过程反硝化、厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原成铵（DNRA）,对氮循环起着重要作用.采用泥浆培养实验,并结合¹⁵N同位素示踪技术对长江口青草沙水库沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性及影响因子进行了研究.结果表明,原位温度10℃时沉积物中反硝化、厌氧氨氧化和DNRA速率分别是0.18～6.86、0.26～3.16和0.09～0.25μmol N/（kg·h）.当培养温度升高到20℃和30℃时,反硝化速率分别是0.43～6.22和0.68～6.56μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了15.7%和21.6%;厌氧氨氧化速率分别是0.61～3.2和0.77～3.54μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了27.8%和42.6%;DNRA速率分别是0.09～0.23和0.1～0.18μmol N/（kg·h）,均比10℃时降低了4.2%.沉积物厌氧氨氧化对温度最为敏感,其次是反硝化,均随温度升高而增大;而DNRA最不敏感,随温度升高而减小.相关性分析结果发现有机碳、氨氮、二价铁和硫化物是影响硝酸盐异化还原的主要环境因子.反硝化和厌氧氨氧化硝酸盐还原的贡献分别是34%～71%和28%～49%,而DNRA为2%～17%.青草沙水库沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程每年可去除活性氮大约为3.25×10³t和1.68×10³t,约占库区输入氮的54.17%.     

Destratification and oxygenation efficiency of a water-lifting aerator system in a deep reservoir: Implications for optimal operation

Thermal stratification is a common phenomenon in lakes and reservoirs and has a significant influence on water quality dynamics.Heihe Reservoir is a canyon-shaped reservoir in Shaanxi Province with strong thermal stratification.Therefore,eight water-lifting aerators(WLAs) were installed in this reservoir,which could overcome thermal stratification and increase oxygenation with gas flows between 20 and 50 m3/hr,and oxygenate the hypolimnion with gas flows less than 20 m3/hr.To examine the destratification efficiency of the WLA system,we used a threedimensional hydrodynamic module based on MIKE 3 to simulate the thermal structure of Heihe Reservoir and compared the simulations with measured data.Results showed that operation of the WLA system promoted water mixing and effectively oxygenated the hypolimnion.Through the established energy utilization assessment method,the energy utilization efficiency of the WLA system was between 5.36% and 7.30%,indicating the capability of the technique for destratification in such a large reservoir.When the surface water temperature dropped to the theoretical mixed water temperature calculated by the energy utilization assessment method,reducing gas flow could save energy.This would prevent anaerobic conditions from occurring in the bottom water and maintain good water quality in Heihe Reservoir.     

富氧-缺氧过程对氧气分布及交换过程影响

为考察底层水体不同的氧动态对水土界面氧气交换过程影响,采用Unisence的微电极测试系统考察底层水体不同的复氧-缺氧环境(物理微曝空气供氧、添加过氧化剂的化学供氧及物理微曝氮气)中,沉积物-水界面氧气的分布及其传输机制,并评估不同富氧与厌氧过程对表层沉积物有机碳的矿化过程的影响.结果表明水体处极度厌氧状况,控制溶解氧分布和交换的水底扩散边界层(DBL)厚度明显变薄(一般在0.2~0.4mm)且溶解氧衰变相对较缓.但底层水体溶解氧丰富甚至处于过饱和状态, DBL层的厚度(一般在0.4~0.7mm)相对较厚且氧气变化迅速 (P<0.05).增加水体氧气供给的条件下,水体与沉积物间溶解氧交换过程加快,溶解氧交换通量由(4.87±0.92)增加至(5.31±0.66 )及(17.14±3.15 ) mmol O2/(m2·d)交换速率,最高提升252%,温度升高氧气交换速率可增加15%,温度效应明显.     

内蒙古河套灌区春小麦挥发性有机物排放特征

于2021年5月下旬至6月中旬,采用动态箱采样法对内蒙古河套灌区17种春小麦排放生物源挥发性有机物(BVOC)进行了研究,同时记录了温度、湿度和光合有效辐射(PAR)等参数.结果表明:内蒙古河套灌区春小麦主要排放异戊二烯、α-蒎烯和甲苯,生长期其排放率分别为(0.85~39.31),(2.60~14.32)和(6.41~35.39)ng/(g·h),成熟期其排放率分别为(1.75~7.99),(1.11~5.81)和(1.91~25.61)ng/(g·h);生长期异戊二烯、单萜烯类和BTEX标准状态(T=303K,PAR=1000µmol/(m²·s))下排放率分别为(12.92±5.14),(11.98±7.13)和(23.13±7.32)ng/(g·h),成熟期分别为(2.47±0.64),(5.73±1.19)和(14.23±5.27)ng/(g·h),生长期的排放率明显大于成熟期;一定环境温度和PAR范围内,河套灌区春小麦BVOC排放率与环境温度和PAR均呈指数相关,具有明显的日变化特征,但环境温度超过45℃时会抑制其BVOC排放率.     

生活垃圾分类运输能耗分析

我国生活垃圾分类运输能耗高的问题一直未能根本解决。对该环节开展能耗分析是综合评价垃圾分类环境、经济效益的基础,也可为我国城市垃圾分类运输系统设计提供依据。基于分类垃圾性质与产生特征,结合运输车辆运行规律,构建了以居民区、办公区/商业区及学校为主要业态的3类典型城市区域分类垃圾直接运输,以及一级转运运输场景,并对各场景综合能耗进行核算。结果表明:不同典型城市区域生活垃圾分类运输单位能耗差异不显著[直运0.11~0.12 kgce/（t·km）,转运0.06~0.08 kgce/（t·km）],分类运输较混合运输能耗增加77%~116%（直运）和25%~42%（一级转运）,而转运操作对运输能耗的降低与运输距离负相关。对各垃圾组分而言,厨余垃圾运输能耗[直运0.09~0.10 kgce/（t·km）,转运0.05~0.07 kgce/（t·km）]略低于其他垃圾和可回收物[直运0.11~0.13 kgce/（t·km）,转运0.07~0.08 kgce/（t·km）],而有害垃圾运输能耗最高[直运0.21~0.30 kgce/（t·km）,转运0.13~0.20 kgce/（t·km）]。     

低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

含水层介质中1株异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定与脱氮性能

从受氮污染浅层含水层介质中分离纯化得到1株高效异养硝化-好氧反硝化细菌XK51,经过菌落形态、生理生化特性及16S rDNA基因序列分析,鉴定该菌株为假单胞菌属恶臭假单胞菌(Pseudomonas Putida)。脱氮性能结果表明:XK51为兼性反硝化细菌,能在好氧或缺厌氧条件下高效反硝化脱氮,最大和平均反硝化速率分别为27.3,4.4 mg/(L·h),硝酸盐脱除率为95.3%;该菌株同时具有较高异养硝化能力,最大和平均硝化速率分别为4.2,1.4 mg/(L·h),氨氮脱除率为98.5%。XK51最佳碳源为柠檬酸三钠,适宜生长温度为28~35 ℃,最适温度为30 ℃;适宜生长pH为6.5~8.0,最适pH为7.0。XK51可同时进行异养硝化及同步硝化-反硝化,培养期间未出现明显亚硝酸盐和硝酸盐累积,在含氮污废水处理和地下水氮污染修复方面具有潜在工程应用价值。     

间歇喷淋营养液对生物滴滤塔净化甲苯的影响

为探索间歇喷淋营养液对生物滴滤塔的影响,以净化甲苯为研究对象,应用FX1N-14MR-001型可编程逻辑控制器(PLC),实现生物滴滤塔的间歇喷淋营养液操作,研究了环境温度、ρ(TN)、营养液喷淋密度和喷/停时间对净化甲苯能力的影响,并对机理进行了分析. 结果表明:当生物滴滤塔系统的气体停留时间为40.70s时,营养液最佳喷淋密度为4.5L/(m2·min),最佳喷/停时间为2min/4min. 当甲苯系统进口负荷小于88.29g/(m3·h)时,甲苯的去除率可达95.0%以上;当进口负荷为186.04g/(m3·h)时,甲苯的去除率为87.6%,系统对甲苯的最大去除能力由连续喷淋时的169.63g/(m3·h)升至248.85g/(m3·h).