粒子图像测速技术在往复隔板絮凝池中的应用

由于往复隔板絮凝池廊道狭窄、絮凝池拐弯水流结构复杂,致使整个流场的量测十分困难。采用了粒子图像测速技术,对其流场进行了量测与相关分析,提高了分析结果的准确性和可靠性。     

往复隔板絮凝池流场数值模拟及混凝效果分析

对往复隔板絮凝池内的流场进行了数值模拟 ,并根据絮凝池的工作特征分析了水流状态对混凝效果的影响。结果表明絮凝池转弯处过水断面面积A_1 与廊道过水断面面积A_2 的比值A =A_1 / A_2 ,这一影响流场紊流动能的设计参数的最佳范围是 1 2～ 1 5。按此设计参数设计的往复隔板絮凝池模型的混凝反应效率是比较理想的。     

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.     

栅条絮凝池内部流场及颗粒运动状态模拟分析

利用数值模拟方法对栅条絮凝池前段内部流场进行模拟分析,以涡旋速度梯度和湍动能作为综合评价指标,对其结构设计的合理性进行了验证.在流场中加入了11组不同粒径和有效密度的絮凝颗粒,每组在流场入口处随机释放98560个粒子,利用DPM模型对粒子运动轨迹进行追踪统计.结果 表明:随着絮凝颗粒的增大,其有效密度呈相应下降趋势.絮...     

基于光学在线监测及形态学研究的絮凝体强度分析方法

以PDA在线监测混凝过程和絮凝体形态学分析为基础,建立了絮凝体强度的分析评价方法.为了计算某一特定絮凝条件下形成絮凝体的黏结力,进行混凝实验并运用图像解析法及粒子图像测速技术研究絮凝体形态学特征.实验过程中将水样引入与光散射颗粒分析仪(PDA2000)相连的透明橡胶管内,并通过准确控制橡胶管内的水流速度梯度来改变作用于絮凝体上的剪切力,这样就可以在线监测絮体的破碎情况,然后根据PDA输出的FI曲线来确定絮凝体的临界破碎条件.根据临界破碎条件下剪切力、破碎力和黏结力的等量关系,确定黏结力系数k1,进而计算出可以表征絮凝体强度的黏结力B.该方法的有效性已经被大量以硫酸铝为混凝剂的腐殖酸混凝实验所证实.     

原子力显微镜液池成像技术应用于微絮凝过滤工艺过程中的实验条件优化

采用原子力显微镜液池成像技术对微絮凝过滤工艺过程中的微絮凝时间和搅拌强度进行优化.结果表明,原子力显微镜液池成像技术可以对混凝过程中的微絮体进行形貌表征和数字描述,并证实微絮凝过滤工艺在处理实际印染工业尾水过程中,微絮凝时间为2 min,搅拌强度为100 s-1时可以达到优化的处理效果.     

混凝过程中絮体形貌的PIV成像观测与表征

采用粒子成像速度场仪(PIV)对Taylor-Couette反应器内的混凝过程中絮体的微观形貌进行了观测与表征.结果表明,内筒转速在20～60r/min范围内,生成的絮体颗粒较大,粒径分布均匀,絮凝沉淀效果最好.由于内筒旋转速度的变化直接导致混凝流场形态的变化,所以混凝过程中流场形态的变化对絮体生长过程有重要影响,进而直接影响到混凝效果.混凝过程中流场的周期性变化、涡间存在液体传递的波状涡结构有利于絮体颗粒的结合生长,并导致较高的絮凝沉淀去除率.这也说明PIV技术能够在测量流场的同时较好地反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征,从而实现对絮凝过程的原位观测与表征.     

腐殖酸絮凝体形成过程中初期搅拌条件对其形态结构的影响

以腐殖酸为研究对象,采用硫酸铝为混凝剂进行混凝杯罐实验,借助PDA在线监测系统、图像解析法及粒子图像测速技术分析评价絮凝体的构造特征,着重探讨了混凝过程中初期快速搅拌条件对絮凝体形态结构的影响.结果表明,快速搅拌条件对腐殖酸絮凝体的形成过程及形态结构有着显著影响.最佳快速搅拌条件为:搅拌历时l min,搅拌强度300 r·min-,此时形成的絮凝体结构密实,抗剪切能力强,整体性能最优,絮凝体分形维数、强度及平均粒径分别为1.8842、0.164 N·m-2、0.43 mm.腐殖酸絮凝体的形成包括不溶性微粒的产生及初期颗粒的形成与结合等过程,其中,不溶性微粒的形成及初期颗粒的致密化过程是决定最终絮凝体形态构造的重要环节,而快速搅拌条件影响着混凝剂扩散混合效果和初期颗粒的形成速率与致密化程度,这也是初期快速搅拌条件对于腐殖酸混凝过程有显著影响的一个重要因素.     

混凝过程中微絮体形貌的AFM液池成像观测与表征

采用扫描探针显微镜液池成像技术,对混凝过程中絮体的微观形貌进行了观测与表征.结果表明,原子力显微镜液池成像技术可以对混凝过程中的微絮体进行形貌表征和数字描述,并证实在实际印染工业尾水的微絮凝过滤试验处理过程中,微絮凝时间为2min,搅拌强度为100s-1时可以达到优化的处理效果.这也说明液池成像技术能够较好的反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征,从而实现对环境微观界面过程的原位观测与表征.     

圆形网格孔眼对絮凝水力条件的影响研究

基于数值模拟的方法,对网格絮凝池网格孔眼采用传统的正方形和改进的圆形形状进行研究分析,得出圆形、正方形两种孔眼形状的网格絮凝池前、中、末段内部流场的水力特性。研究表明:以涡旋速度梯度G'、湍动能k和水头损失作为絮凝评价指标,得出圆形孔眼优于传统正方形孔眼,并得出了圆形孔眼网格板的最优半径及网格板最优间距。这在一定程度上对网格絮凝池的优化具有指导意义。     

采用大涡PIV研究Taylor-Couette流及其对混凝过程的影响

采用大涡PIV方法对Taylor-Couette流场的湍动能及湍动能耗散率进行了估算,并利用数值模拟对其进行验证,结合絮凝实验,综合对比速度矢量、湍动能分布、湍动能耗散率分布及对应流场中混凝过程的絮体图像,探究了湍动能与湍动能耗散率对絮凝效能的影响.结果表明,大涡PIV法与数值模拟在雷诺数较高的情况下有较好的一致性,且雷诺数越大一致性越好.在Taylor-Couette涡流场中,随着雷诺数的增大,湍动能与湍动能耗散率数值不断增大,且在流场中的分布由规律有序到紊乱最终趋于各向均匀一致.而混凝过程中湍动能与湍动能耗散率的数值大小及其在流场中的空间分布情况,均对产生絮体的大小和浊度去除率有较大影响.     

基于元数据管理的防腐蚀技术网络数据库设计

基于元数据管理的数据共享方式,参照Dublincore元数据标准体系,建立了符合防腐蚀技术数据管理的元数据标准体系,实现防腐蚀技术数据的元数据集中存储、集中管理,对录入数据进行严格的质量控制.采用ASP.NET技术,开发了Windows环境下的网络防腐蚀技术数据库查询系统.该数据库查询系统由6部分组成:产品零件防腐蚀设计库、工程结构防腐蚀设计库,材料自然环境腐蚀数据、腐蚀标准规范库、腐蚀失效分析库以及腐蚀知识数据库.系统所有数据资源可实现网络共享,用户可方便快捷地获得防腐蚀设计和控制方面的解决方案.     

物质投入产出表在义马市物质流分析中的应用

结合义马市的社会经济系统,构建了基于三维物质投入产出表(PIOT)的物质流核算模型.从不同层次对该市的社会经济系统进行分析.结构分析表明,经济发展严重依赖本地资源,产业链短,经济结构层次较低,行业关联度低.电力行业和煤炭采掘业为控制资源、污染的关键部门.技术水平分析表明,技术水平低、循环利用率相对较低,使得资源投入、污染排放量大.宏观比较分析表明,人均物质流、物质流强度都较高,物质使用效率低下.要提高该市的资源使用效率、降低污染排放,可通过结构调整、提高技术水平及循环利用率等途径实现.     

不同涡流场形态下混凝效能研究

采用粒子成像速度场仪(PIV)对Taylor-Couette反应器中纯水力流场及添加不同混凝剂的混凝过程进行观测与研究,同时对比聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、三氯化铁(Fe Cl3)的混凝效能与化学条件、水力条件之间的相互关系.结果表明,几种絮凝剂的速度场都较接近于纯水力条件下的速度场,且在波状涡流场中混凝效能最好;Fe Cl3在较宽的转速范围内都能有较高的浊度去除率,而PFS在紊动强度稍大的流场中也能获得好的混凝效能.波状涡流场可为絮凝反应提供最佳的水力条件,而初期波状涡波较有利于产生大粒径絮体,可为后期絮凝反应提供更佳的水力条件.     

旋转直线切向流聚丙烯管式膜器环隙切剖面流场测试

实验研究了旋转直线切向流管式膜器环隙切剖面的流场特征.通过建立膜滤实验装置系统,首次采用PIV激光粒子成像测速系统定量实测了旋转直线切向流管式膜器在不同工况,即不同流体压力、不同入口流量或不同人口切向流速等操作参数下环隙切剖面的流线图和涡量图,并在环隙切剖面内测出了流体切向速度和轴向速度及其分布规律:①在非涡区域,无论操作参数如何变化,在横坐标相同时,靠近旋转切向流人口方向的速度比远离人口方向的速度要大;涡内区域流体的速度一般小于涡外部的流体速度;涡心处速度最低,而且切向速度一般为0;涡心附近的切向速度小     

物质流管理的时空模型框架及应用研究

从物质流管理(MFM)的内涵出发,建立了物质流管理的时空模型,提出科学技术、经济结构和社会体系是影响物质流管理的关键因素;通过模型阐释了不同时空尺度物质流管理的特征;利用该模型分析了国家、地区、工业园区、企业等不同尺度下所适合应用的物质流管理策略与模式.研究认为,利用市场和行政手段分析、调控物质流时空曲线的环境影响,是物质流管理优化的关键.     

Monitoring biofouling based on aerobic respiration in reverse osmosis system

A monitoring method of biofouling in reverse osmosis (RO) system was proposed based on the fluorescent signal of resorufin, which is reduced by nicotinamide adenine dinucleotide released from viable cells during aerobic respiration. The fluorescent signal of resorufin reduced by planktonic cells and microorganisms of biofilm showed linearity, indicating its feasibility to monitor biofouling in a RO system. For the application of the method to the lab-scale RO system, the injection concentration of resazurin and the injection flow rate were optimized. Biofilm on RO membranes continuously operated in a lab-scale RO system was estimated by resorufin fluorescence under optimized detection condition. As a result, resorufin fluorescence on RO membrane showed a significant increase in which the permeability of RO system decreased by 30.48%. Moreover, it represented the development of biofilm as much as conventional biofilm parameters such as adenosine triphosphate, extracellular polymeric substances, and biofilm thickness. The proposed method could be used as a sensitive and low-cost technology to monitor biofouling without autopsy of membranes.     

穿透式碳纳米管电极的制备及其高效降解水中抗生素的性能和机理

为实现水中四环素类抗生素的高效降解,本文设计开发了一种基于电活性碳纳米管(CNT)电极的穿透式电芬顿系统,采用水热法制得纳米铁和二硫化钼共修饰的CNT阴极材料(Fe-MoS₂@CNT),分析不同因素对电芬顿催化降解四环素性能的影响. 结果表明:基于改性CNT电极的穿透式电芬顿系统对四环素表现出良好的去除性能,电压和流速等对四环素的降解动力学具有显著影响. 该系统的最优试验条件:Fe掺杂量为0.3 mmol/L、外加电压为-2.5 V、流速为0.85 cm3/(min·cm2). 在最优试验条件下,反应60 min内四环素的降解率可达到95%,羟基自由基为主导的活性物种. 连续运行240 min后,该系统对四环素的降解率仍保持在85%以上,且在实际湖水环境水基质中对四环素降解率也可达到87.2%. 研究显示,Fe-MoS₂@CNT膜电极具有优异的催化性能及可重复利用性,可以高效降解水中四环素类抗生素.