氧化沟反应器流体力学特性的数值模拟与实验研究

采用CFD数值计算和体视PIV测试相结合的方法研究卡鲁塞尔氧化沟反应器流场特性。探索复杂边界条件下反应器流场的模拟方法，采用体视PIV技术分别测量了反应器直道、弯道处三维全场流速；研究不同位置处纵、横、垂三向的流动结构和沿程分布特点。结果表明，模拟与实验结果较吻合；纵、垂两向的流动分布是决定沟内水力特性的主要因素；横、垂两向的流动是决定污泥沉积位置的主要因数；外沟靠近曝气叶轮直道段的流速分布上大下小，在低速区底部易发生污泥沉积；外沟远离曝气叶轮直道段流速分布上小下大，利于防止泥水分离；弯道段受横比降和横向环流的影响，内侧容易形成低速区或停滞区而发生污泥沉积。     

春季黄海溶解氧的平面分布特征及主要影响因素初探

通过对中国SOLAS计划2005年3月航次所获取的溶解氧的数据进行分析,得出了黄海温度、盐度、溶解氧的平面分布,并在此基础上探讨了溶解氧与盐度、温度等化学水文要素之间的关系.结果显示: (1) 春季黄海溶解氧的含量范围在10.16～13.71 mg/L,平均为(12.07±1.03)mg/L,平面分布特征为:西部近岸较高,东部外海较低,北黄海较高,南黄海低,表中底三层分布比较均匀,等值线呈东北西南走向.(2)春季,影响黄海外海海域溶解氧分布的主要因素为温度和盐度,近岸的溶解氧分布主要受温度控制,与盐度无关.     

黄海和东海海域溶解氧的分布特征

根据黄河和东海海区四个季度的调查资料，描述了溶解氧的时空分布和变化规律。黄、东海溶解氧分布的基本特征是北高南低，西高东低，随着水温的变化，不同季节这一差别有所不同。黄、东海溶解氧平均值分别为495．4和420．3μmol/L，测定范围分别为90．2－681．9和133－9－692．8μmol/L。以长江口以东H断面为例，描述了夏季溶解氧的断面分布特征，在20－30m水层出现一氧跃层，30m以下垂直分布比较均匀。文中还深入研究了东海陆架区黑潮水溶解氧的分布特征和变化规律。     

大鹏澳网箱养殖海域海水溶解氧浓度影响因素分析

根据2001和2002年在大鹏澳网箱养殖海域的观测数据,探讨表层海水溶解氧(DO)浓度的变化特点及与其他环境因子的关系.结果表明研究海域的DO浓度在4.52～8.35 mg/L,总体、网箱区外、网箱区内的平均值分别为6.24、6.81、5.89 mg/L,DO季节平均浓度在冬季、春季、夏季、秋季分别为7.52、6.66、5.44、5.33 mg/L.t检验表明,在95%的置信水平上DO浓度在网箱区内比网箱区外明显降低,冬季明显高于其它季节,春季明显高于夏季和秋季.逐步线性回归分析结果显示,海水DO浓度按相关程度的高低依次与下列5个环境因子的强度显著负相关(r=-0.945,p=0.025)海水温度＞底质硫化物＞海水亚硝酸盐＞海水磷酸盐＞海水氨和铵盐.     

氧化沟流场的计算流体力学数值模型研究

该研究发展了氧化沟计算流体力学模型。采用三维标准k-ε湍流计算流体力学模型对全尺度氧化沟进行了数值模拟和试验验证,并用动量源项方法描述倒伞曝气机对氧化沟中流体的驱动作用,试验结果和模拟计算间良好的一致性证明了模型的合理性。模拟和试验均发现大量低流速区域的存在,尤其是表面曝气机下部靠近沟底的区域,有必要改善氧化沟的水力学性能。同时,对网格独立性进行了验证,比较了不同湍流模型的计算结果。     

溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响

针对目前厌氧氨氧化系统内微生物的研究,主要以厌氧氨氧化菌本身这一情况,本研究对长期稳定运行的Anammox滤池内微生物菌群结构进行了测定,同时测试与分析了滤池内厌氧氨氧化菌(AnAOB)、氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化细菌(NOB)和反硝化菌(DNB)的关键动力学常数,探究了溶解氧(DO)浓度从0.2mg/L增加至1...     

污水土地处理系统中管网铺设率对流态的影响与CFD模拟

污水土地净化系统的水力特性直接影响污染物的处理效果,研究不同管网铺设率对水流流态的影响,可为设计参数的选择及反应器结构优化提供依据.因此,运用示踪-应答技术,以停留时间分布(RTD)理论为基础,对反应器中水流的状态进行分析.同时,借助计算流体力学(CFD)软件Fluent进行数值模拟.RTD分析和CFD模拟结果互补分析发现,底部的碎石层具有布水功能,而表面的水层具有集水的作用:水流在承托层中水平流动,竖直流经填料层,最后在水层中水平流入集水管网.在有承托层和水层的情况下,系统采用不同管网铺设程度的布水和集水方式对填料中水流的流态影响不大,然而管网孔口布水效果不均.各管网铺设率反应器的体积效率均在90％以上,但都有一定的无效体积或滞留区.半网布水、集水的反应器体积效率最高,流态接近推流形式.无因次平均停留时间为1.09,轴向扩散系数为0.037.     

浒苔绿潮与南黄海近岸海域水质的关系

浒苔绿潮在黄海海域连续暴发,为研究浒苔绿潮与该海域水质的关系,根据2010年3~6月5个航次对南黄海苏北近岸浒苔绿潮暴发区海域生态环境要素的调查数据,重点研究了该海域温度、盐度、溶解氧、pH值的分布特征及其与浒苔绿潮的关系.结果表明,受陆地径流及苏北沿岸流的影响,调查海区为低盐高营养盐区,为绿潮的暴发提供了一定物质基础.第1航次到第5航次温度由8.8℃升高到21.6℃,第3航次调查海区开始出现漂浮浒苔藻体,此航次温度平均值为14.6℃;盐度平均值为31.6,第3航次到第5航次温度和盐度值均处于浒苔藻体适宜的生长范围之内.调查海区整体上均处于富氧状态,且从第1航次到第5航次溶解氧值逐渐减低.受陆地径流的影响整个调查区域pH值基本都小于8.0.海区适宜的温度、盐度、溶解氧及pH值,为近些年黄海海域浒苔绿潮持续的大规模暴发,提供了一定的环境条件.     

裂解温度调控溶解性生物炭光敏化产生活性氧自由基

溶解性生物炭受紫外光辐射产生的活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS)易对环境造成影响,受到环境领域的持续关注.以玉米秸秆为原料,在不同裂解温度(200～600℃)下制备了5种生物炭,并通过水提得到溶解性生物炭(Dissolved biochar,DBC),系统考察了生物炭裂解温度对DBC结构和组分的影响,并利用化学分子探针定量研究了DBC在紫外光辐射下产生常见ROS的能力,如羟基自由基(Hydroxyl radical,?OH)、单线态氧(Singlet oxygen,¹O₂)和超氧自由基(Superoxide radical,O₂?^-).结果表明,DBC主要由有机酸、类蛋白质和纳米级生物炭构成,前两者皆会随生物炭裂解温度上升而减少,后者则会逐渐增多.高温DBC-(400～600℃)具有更强芳香性和疏水性,但荧光物质含量极低.对DBC产生的ROS进行定量研究发现,仅DBC-200℃和300℃产生少量?OH.DBC-300℃的¹O₂     

电场与MnxCey催化剂在苯氧化反应中的协同效应及机理探究

挥发性有机物（VOCs）大量排放已成为日益严重的环境问题,为了实现VOCs的高效去除,本文采用自蔓延燃烧合成法制备了一系列锰铈复合氧化物催化剂,将稳恒直流电场引入典型VOCs气体苯的催化氧化过程,并基于不同电场条件下催化剂的理化性质表征结果进行机理分析.实验结果表明,Mn_xCe_y催化剂对含苯废气的去除有良好的效果,稳恒直流电场显著促进了催化剂的活性,其中Mn₁Ce₃的催化性能最佳,电流为5 mA时,Mn₁Ce₃催化剂在155℃可达到50%的苯转化率,在202.4℃可达到90%的苯转化率,对应的转化温度T₅₀和T₉₀比传统方法分别降低了62.4℃和48.3℃,且电场中的反应活化能由52.32 kJ·mol^-1降低至32.31 kJ·mol^-1.根据实验现象及表征结果,发现协同效应与活性位点的快速持续再生及活性氧物种的转化有关,由此提出苯在Mn_xCe_y催化剂上的氧化机理及电场协同催化的反应模型.     

夏季南海北部典型中尺度物理过程对营养盐及溶解氧分布特征的影响

依据2011年8月24日—9月5日对南海北部海域的现场调查,分析了涡旋这一典型中尺度物理过程对营养盐(NO-3-N,PO3-4-P,SiO2-3-Si)及溶解氧分布特征的影响.结果表明,夏季南海北部营养盐及溶解氧的分布受中尺度海洋过程的影响显著.在水平分布上,各项营养盐基本呈现近海高远海低的分布特征.东沙群岛附近海域由于受反气旋型涡旋的影响,反气旋型涡旋将珠江口水推至外海,使得东沙群岛附近海域呈现明显的高N、Si,低P的珠江口水特征.在断面分布上,位于珠江口附近海域的B、C断面营养盐浓度水平较低,表层低浓度营养盐向下扩张明显,营养盐浓度等深线也明显下移,其可能受到反气旋型涡旋中心区域的影响;而位于海南岛附近海域的D、F断面,底层低温高盐海水不断向上涌升,可能受到反气旋型涡旋边缘的影响,使得表层海水受到富含高浓度营养盐的底层海水的补充,为表层浮游植物的生长提供了丰富的物质基础.位于广东沿岸附近海域的A断面及东沙群岛附近海域的E断面则受季节性上升流的影响大于反气旋型涡旋的影响,表现出明显的低温、高盐、高P、低溶解氧的上升流特征.     

Synergistic effect of palladium and oxygen vacancies in the Pd/perovskite catalysts synthesized by the spc method

A series of oxygen-deficient perovskite-supported palladium catalysts were prepared by the “solid phase crystallization“(spc) ethod and investigated with XRD, TPR, TPD, TEM, XPS, BET analysis and CO oxidation. It was found that Pd/perovskite catalysts ynthesized by the spc method were more active for CO oxidation than the calcined LaCoo.95 Pdo.05 03, where Pd dispersed in the solid olution. H2-reducing treatment in the spc method could yield not only high-dispersed fine Pd particles on the perovskite surface but also xygen-deficient structure. In these perovskite-supported Pd catalysts, oxygen vacancies adsorbed, activated and supplied oxygen to the ctive Pd sites, where the oxidation occurred with adsorbed CO. The high activities were due to the cooperative action of Pd and oxygen acancies.     

南水北调中线总干渠水体耗氧特征及成因

为揭示南水北调总干渠水体耗氧物质的种类及其潜在来源,对总干渠沿线进行了水样采集,并分析了总干渠水体的耗氧因子的分布及其耗氧成因.结果表明,从渠首到北盘石监测断面,高锰酸盐指数低于国家地表水Ⅰ类水质标准值（2 mg·L^-1）,北盘石以北（除惠南庄断面）几乎全部高于2 mg·L^-1.溶解性有机质（DOM）、NH₃-N和NO₂^--N浓度在总干渠沿程呈波动特征;Fe²⁺和Mn²⁺浓度在北盘石以南断面较为稳定,之后分别呈降低和升高趋势.基于上述物质耗氧的化学计量关系,DOM耗氧量均值为1.86 mg·L^-1,对高锰酸盐指数的平均贡献率超过了70%;无机物质中NH₃-N耗氧量最高,平均为0.134 mg·L^-1,而NO₂^--N、Fe²⁺及Mn²⁺的耗氧量均低于0.1 mg·L^-1.对主要耗氧因子DOM的三维荧光分析结果表明,荧光指数（FI）、自生源指数（BIX）、腐殖化指数（HIX）变化范围分别为1.68~3.62、0.68~1.22、1.47~3.04,表现出较强的自生源特征,DOM内源输入占比达到了71.63%~80.94%,并且在藻类爆发期,藻密度突变点与高锰酸盐指数的突变点高度吻合.上述结果表明主要来源于自身藻类和微生物的DOM是导致总干渠沿程高锰酸盐指数升高的主要原因,干渠自身生物化学过程对水质的影响值得长期关注.     

O2与Fe(Ò )协同作用氧化和去除As(ó )

在中性无氧水环境中,以O2为氧化剂,研究不同Fe（Ⅱ）和As（Ⅲ）比值（下文中简称Fe/As比值）条件下As（Ⅲ）的氧化去除效率及机理.实验发现,在O2与Fe（Ⅱ）共存的条件下,约3~4d时间内80%左右的As（Ⅲ）被去除,6~8d后,反应趋于稳定.当Fe/As=20时,As（Ⅲ）去除率达到95%左右,当Fe/As≥30时,去除率可达到99.5%以上.研究表明,无铁水环境中O2对砷的氧化速率是极其缓慢的,而有铁存在时氧化效率可大大提高.     

混凝过程中流场结构的PIV测量与表征

采用粒子成像速度场仪(PIV)在不投加专用示踪粒子的条件下,以混凝絮体为示踪粒子,对Taylor-Couette反应器内的絮凝反应流场进行测量与表征.结果表明,内筒旋转雷诺数Re在900~2900时,流场中产生的涡具有相似的特殊波状涡结构,相邻涡旋形态大小发生周期性变化,涡间存在主流液体的移动,这种涡结构有利于絮体结合生长成较大的絮体颗粒,便于沉降而导致较高的絮凝沉淀去除率.这也证实PIV技术能够在进行混凝反应的同时,用混凝过程中的微絮体为示踪粒子对混凝过程进行流场测量,不必再额外添加示踪粒子,就能较好地反映混凝过程中涡旋的形态变化特征,从而实现对絮凝过程的同步测量与表征.