基于EDC模型的含HCN火灾烟气数值模拟及毒性评价

在大涡模拟中嵌入湍流涡耗散概念(EDC)模型,可实现全尺度火灾过程中复杂化学反应的数值模拟及毒性气体产物的捕集。利用新模型对某沙发作坊火灾场景进行数值重构,并利用N-GAS模型评估火灾烟气的毒性,研究氰化氢(HCN)对火灾烟气毒性的影响。结果表明:全尺度火灾场景中基于EDC模型的火灾烟气数值模拟具有可行性;火灾烟气毒性评价显示人员死亡的主要原因是烟气毒性作用,并非高温灼烧,与火灾调查结果一致;含HCN的烟气毒性评价值超出不含HCN的烟气一个数量级,且超出危险临界值1.0;HCN的存在极大地增加了火灾烟气的毒性,表明其对多组分火灾烟气毒性有重要影响。     

国防工程中烟气毒害程度的评价方法研究

综合考虑火灾时人员疏散过程中时间、位置和烟气成分浓度三个因素,提出了国防工程火灾疏散过程中人员遭受到烟气毒害程度的评价模型,模型的评价指标是一个无量纲数,将其定义为毒害指数,该指数是人员逃生时遭受到的烟气毒害量与人员可接受的烟气极限毒害量的比值,可用于评价国防工程火灾疏散过程中人员遭受到的烟气毒害量是否超过耐受极限;根据提出的烟气毒害程度评价模型,分别计算疏散开始时间和疏散行动时间内人员遭受到的烟气毒害量,结果表明疏散开始时间内烟气的毒害量要大于疏散行动时间内的烟气毒害量,缩短疏散开始时间意义重大;全封闭型走廊中人员遭受的CO_2毒害量大于人员可接受的CO_2毒害量,对人员疏散影响较大;人员疏散时间内,CO_2的毒害程度大于CO。该研究可为火灾疏散过程中人员毒性评价研究提供参考。     

火场条件下常用电缆产烟特征及烟气毒性分析北大核心CSCD

为分析火场条件下常用电缆的产烟特征及烟气毒性,采用NBS烟密度试验箱和傅里叶红外分析仪联用装置开展了模拟火场条件下常用电缆的热解燃烧试验研究,对不同外加热辐射强度作用下不同类型和规格电缆的质量损失速率、烟气比光密度、烟气产物及烟气毒性进行了分析。结果表明：高外加热辐射强度作用下,电缆燃烧的产烟量明显增大,其质量损失速率随外加热辐射强度的增加呈线性增加;火场条件下,ZR-YJV电缆具有更大的火灾危害性,主要表现在其具有较大的烟气比光密度和较高的CO、CO2气体生成速率等方面;规格较小的电缆产烟速率更快,但差异性不显著;电缆燃烧还会产生SO2、NO2等强烈刺激性气体,其浓度均小于CO、CO2气体,但仍然超过其职业接触限值,可能会对人体造成伤害。     

基于N-GAS模型的某沙发厂火灾烟气中HCN分布及烟气毒性分析

引入湍流涡耗散概念(EDC)模型,以昆明市某沙发工厂火灾,获得了含有HCN的火灾烟气浓度的时空分布,采用N-GAS模型来评价火灾烟气综合毒性并讨论HCN对于多组分烟气耦合毒性的影响。为了讨论HCN对火灾烟气毒性的影响,本文进行了A、B两组模拟计算,A组烟气组分不包含HCN,B组烟气组分包含HCN。将A、B两组的模拟结果进行对比,验证了引入EDC模型、讨论HCN对多组分火灾烟气毒性的影响具有可行性。基于N-GAS模型的计算结果,说明了HCN气体对于多组分烟气的耦合毒性的影响不可忽略,有时甚至起着至关重要的作用。     

烟气中CO2/O2气氛对稻壳流化床热解制炭的影响规律

烟气常用作流化床热解的气体热载体,而烟气中低浓度的CO₂、O₂等成分对流化床热解制炭的影响少有报道。在自行搭建的小型流化床实验台上开展了不同气氛（不同N₂/O₂/CO₂体积比,简单模拟烟气氛围）下稻壳热解制备生物炭试验研究,获得了稻壳热解三相产物产率分布规律、稻壳生物炭工业分析特性基本特征,通过FTIR、BET手段分析了生物炭表面官能团及多孔结构变化情况,同时探究了不同O₂浓度下稻壳热解制炭能量转移特性。结果表明:提高O₂和CO₂浓度均有利于热解产物由固相向气相转移,会降低炭产率、降低生物炭中有机组分含量,但有利于生物炭表面形成多孔结构和提高表面官能团芳香化程度;稻壳在低O₂浓度下热解能达到80%上的能耗比以及70%以上的能量回收率。     

碳化温度对牛粪铜和锌形态及生态毒性的影响

通过设置不同的热解温度(350,550和750℃)对牛粪废弃物进行碳化处理,并使用光谱技术手段对牛粪炭的微观特点及Cu、Zn赋存形态进行了分析表征,同时结合淋溶和毒性实验探究了热解温度对牛粪炭生态毒性的影响.结果表明,高温碳化明显改善牛粪孔隙结构,使其比表面积从牛粪原料的1.15m²/g提高至牛粪炭的5.51(350℃)~195.90m²/g(750℃).随着热解温度的提高,牛粪炭pH值从8.18(350℃)提高到了10.14(750℃);牛粪炭中Cu、Zn含量则从牛粪原料中的1.22和1.23mg/g分别升高至18.29~35.11和18.58~31.24mg/g.透射电镜-选区衍射以及X射线能谱分析表明,热解处理可使牛粪中Cu、Zn离子分别转化为副黑铜矿(Cu₄O₃)和红锌矿(ZnO)等金属氧化物,从而明显降低了牛粪炭中水溶态、DTPA提取态以及HNO₃-H₂SO₄提取态的Cu、Zn离子浓度;此外,FTIR分析及混合有机酸浸提实验结果也表明,350℃牛粪炭中酚羟基、烷烃基、羧基、酰胺类等有机官能团通过吸附和络合作用固定未完全转化的Cu离子,而升高热解温度会使得这些官能团显著减少、促进Cu离子的完全转化以及无机物与Cu、Zn离子之间稳定金属氧化物化合键的形成.淋溶和生态毒性实验表明,高于550℃的热解温度能够显著降低牛粪炭中Cu、Zn的溶出率以及生态毒性,是高Cu、Zn含量牛粪废弃物无害化处理的一种推荐优选技术.     

无机盐添加剂对蚊香燃烧产物中多环芳烃分布规律的影响

研究了3种无机盐添加剂(NaCl、Na2CO3和CaCO3)对蚊香燃烧烟气和灰烬中多环芳烃(PAHs)分布规律的影响,采用GC-MS方法分析样品中16种优控PAHs的含量.结果表明,未加添加剂时蚊香烟气中16种PAHs均有检出,其中萘最大(3.109μg.g-1),其次为菲(1.230μg.g-1)、二氢苊(0.495μg.g-1)和荧蒽(0.311μg.g-1),以2～3环PAHs为主,约占PAHs总排放因子的86.0%;灰烬中也以2～3环PAHs为主,但排放总量仅为烟气中的4.7%.添加NaCl和Na2CO3未能起到降低烟气中PAHs排放的作用,甚至导致烟气中PAHs总排放因子和毒性当量出现不同程度增加.比较而言,CaCO3降低蚊香烟气中PAHs排放的效果最佳.随着CaCO3添加量的增加,2～3环PAHs在烟气与灰烬中份额的比值明显增加,而5～6环PAHs在烟气与灰烬中份额的比值明显减少.摩尔分数为2.0%的CaCO3在降低蚊香烟气中PAHs总排放因子和毒性当量方面作用最显著,其PAHs总排放因子较未加添加剂时降低了1.8%,毒性当量浓度降低了86.6%.     

水葫芦/污泥共热解法制备生物炭粒及其对Cr3+的吸附特性

为了促进水葫芦和污泥的资源化利用,探究水葫芦/污泥生物炭粒的基本理化性质及其对水中Cr3+的吸附机制,以水葫芦、污泥为原料,在300~500℃热解温度下制得生物炭粒,通过产率分析、灰分分析、比表面积和孔径分析及SEM（扫描电镜）分析,同时利用吸附动力学模型和等温吸附模型对生物炭粒吸附水中Cr3+的内在机制进行研究,最后采用TCLP（毒性浸出法）测定了不同生物炭粒中重金属的浸出毒性.结果表明:随着热解温度从300℃升至500℃,生物炭粒的产率从14.93%降至11.75%,生物炭粒的灰分含量逐渐升高,比表面积增大.SEM结果显示,水葫芦与污泥质量比为1:10时,生物炭粒比表面积较大,孔隙结构明显.当水葫芦与污泥质量比为1:10、热解温度为500℃时生物炭粒对Cr3+的吸附量最大,为44.96 mg/g.热力学分析显示,生物炭粒对溶液中Cr3+的吸附以化学吸附为主,且为单层吸附.TCLP试验表明,水葫芦/污泥生物炭粒中各重金属（Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr）的浸出浓度均低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的限值.研究显示,添加水葫芦能改善生物炭粒的理化性质,使得生物炭粒对Cr3+的吸附量增大,以化学吸附为主,且为单层吸附,水葫芦/污泥生物炭粒浸出毒性较低,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.      

聚氯乙烯(PVC)类医疗废物的热解特性研究

为研究含聚氯乙烯医疗废物的热解特性,选取输液管和尿样盒为对象,利用差热热重分析仪,在氮气气氛下进行热重实验,探讨了二者热失重行为和机制,分析了反应过程中热量变化及热解剩余物性状,建立了反应动力学模型.结果表明,输液管和尿样盒的降解过程以主要成分PVC的热解机制为主导,分别在约200～390℃和约390～550℃区间内,呈现两段主要的热解过程,最大热解速率分别出现在315℃和470℃左右;增塑剂可降低样品脱氯的温度并增加失重率,样品复杂的成分导致失重峰不规则且不平滑;热解过程为吸热反应,呈现2个明显的阶段,分别对应试样的两段热解,热延迟的存在导致DTA峰温稍滞后于对应的DTG峰温;建立的"整体两步四反应模型"能很好地描述输液管和尿样盒的热解行为.     

应用BLM模型预测我国主要河流中Cu的生物毒性

应用BLM模型对我国5条主要河流15个国控断面中铜的生物毒性进行预测,同时以虹鳟鱼为实验动物进行了实际水样的加标实验,得到实测生物毒性结果.结果表明,珠江、长江、淮河、松花江12个点位BLM模型预测LC50为0.13～0.46mg·L-1,利用虹鳟鱼进行的生物毒性测试结果为0.11～0.47mg·L-1,二者具有较好的一致性.对于黄河流域的3个点位,预测结果为0.42～1.00mg·L-1,实测结果为0.21～0.33mg·L-1,二者差距较大.根据预测结果与测试结果得到的水效应比(WER)范围分别为3.3～11.8与3.3～11.5(黄河流域,WERs值范围分别为10.5～25.0与5.3～8.3),均大于1.该研究提示,中国主要河流水系由于水化学条件不同,即使在相同的总Cu浓度下,所表现的毒性亦有很大差别;利用BLM模型和河流主要水质参数,则可以预测Cu的毒性.根据BLM模型获得的Cu的WERs值,将是制订中国流域水质标准的重要依据.     

Quantitative analysis of microbial biomass yield in aerobic bioreactor

We have studied the integrated model of reaction rate equations with thermal energy balance in aerobic bioreactor for food waste decomposition and showed that the integrated model has the capability both of monitoring microbial activity in real time and of analyzing biodegradation kinetics and thermal-hydrodynamic properties. On the other hand, concerning microbial metabolism, it was known that balancing catabolic reactions with anabolic reactions in terms of energy and electron flow provides stoichiometric metabolic reactions and enables the estimation of microbial biomass yield (stoichiometric reaction model). We have studied a method for estimating real-time microbial biomass yield in the bioreactor during food waste decomposition by combining the integrated model with the stoichiometric reaction model. As a result, it was found that the time course of microbial biomass yield in the bioreactor during decomposition can be evaluated using the operational data of the bioreactor (weight of input food waste and bed temperature) by the combined model. The combined model can be applied to manage a food waste decomposition not only for controlling system operation to keep microbial activity stable, but also for producing value–added products such as compost on optimum condition.     

利用秀丽线虫开展毒性鉴别评价技术研究

水体与沉积物毒性鉴别评价(TIE)技术是近些年来环境科学领域广泛应用的技术。秀丽线虫是目前广泛应用于环境毒物评价与毒理学研究的模式动物。在综述中,总结了利用秀丽线虫进行工业废水毒物鉴别与毒性评价的研究进展,并分析了秀丽线虫应用于TIE技术的优势以及局限性。在此基础上,对秀丽线虫在TIE技术中的进一步应用提出了相应的建议。     

CL-20/HTPB热分解机理的ReaxFF/lg反应分子动力学模拟

目的 揭示CL-20和HTPB复合体系的热分解机理,同时为CL-20/HTPB复合推进剂配方设计与应用提供理论依据。方法 采用反应分子动力学方法(ReaxFF/lg),研究CL-20/HTPB混合体系在2 500~3 500 K中5个温度下的热分解机理。结果 混合体系中的CL-20分子间反应路径仍为脱硝基和开环等反应。HTPB为混合体系引入大量的H原子与OH基团,这些自由基会与CL-20及CL-20的分解产物发生反应,例如与HNO2的大量化学反应促进了CL-20的热分解。相比CL-20单质体系,混合体系下,HNO2生成反应数量均有不同程度的增加。通过与单组分产物数量的比较可以发现,H2O的含量大大增加,且曲线到达峰值的时间更短,体系分解反应速率更快,同时CO2的含量也大幅度地减少。除此之外,所计算的混合体系的活化能(Ea)与指前因子的自然对数lnA分别为114.684 kJ/mol与25.896。对比CL-20单质体系,混合体系的活化能较小。结论 HTPB会对CL-20的热分解起到促进的作用,降低了系统对热刺激的不敏感程度。     

氯代苯化合物的毒性分析

文章对氯代苯化合物的性质作了系统的论述,并对其毒性进行了研究。通过对氯代苯化合物辛醇——水分配系数的估算分析了氯代苯化合物的毒性与取代基数目的关系,利用二氯代苯对冬小麦、油菜的致死浓度和半致死浓度分析了其毒性与取代基位置的关系。结果表明,氯代苯的毒性随苯环上氢原子被氯原子取代个数的增加而加大。在苯环上氢原子被取代的个数相同时,毒性与氢原子被取代的位置有关,邻位最大,间位次之,对位最小。最后就氯代苯化合物对水生生物、高等动物以及人体的毒性进行了重点分析。     

日光辐照草酸铁盐体系降解水中低浓度混合药物及产物的生物毒性评价

在太阳光辐照下以三草酸合铁酸钾为催化剂,分解H2O2产生·OH,对水中的甲硝唑、双氯芬酸钠、磺胺甲基异唑和布洛芬4种常见的痕量药物污染物间歇降解与矿化,并且对降解前后水溶液的毒性进行了评价.以体系的总有机碳为指标,探讨了H2O2的初始浓度、三草酸合铁酸钾的投加量、体系的pH值等因素对水溶液中TOC去除率的影响,确定了最佳操作条件,根据4种药物的化学结构解释了它们在水中的降解速度.以药物水溶液对小球藻的EC50值为指标,对4种药物的联合毒性,以及降解中间产物的生物毒性做出了评价.结果表明,当4种药物的初始浓度都为20mg·L-1时,降解过程适宜条件是pH值为3,H2O2的初始浓度为300mg·L-1,三草酸合铁酸钾的投加量为75mg·L-1.4种药物的降解速度为:甲硝唑布洛芬磺胺甲基异唑双氯芬酸钠.随着中间产物的生成与降解,药物水溶液的生物毒性有先增大后迅速减小的趋势.最后给出了Solar/FeOx/H2O2体系降解水中低浓度药物的表达式.     

双酚A类似物的雄性生殖毒性研究进展

聚焦BPA类似物对雄性动物的生殖毒性研究,分析双酚S、双酚F、双酚AF、双酚B和双酚E对哺乳类实验动物睾丸及组织结构、附睾重量及组织学结构、激素水平、精子参数等常规指标的影响,考察关于鱼类和两栖类动物的研究.研究发现,不管暴露剂量高低、暴露方式的差异或是动物种属的不同,所有BPA类似物的暴露都显示阳性结果,这与BPA雄性生殖毒性尚有争议的事实形成对比,暗示这些BPA类似物具有比BPA更明显的雄性生殖毒性.总体来看,目前的BPA类似物雄性生殖毒性的数据只局限在有限的几个实验室,且实验的质量控制难以评价.因此,BPA类似物的雄性生殖毒性的数据还需要更多实验室的验证,并且过程中需要严格控制动物实验的质量,以获得更加可靠且可重复的结果.     

Quantitative analysis of microbial biomass yield in aerobic bioreactor

We have studied the integrated model of reaction rate equations with thermal energy balance in aerobic bioreactor for food waste decomposition and showed that the integrated model has the capability both of monitoring microbial activity in real time and of analyzing biodegradation kinetics and thermal-hydrodynamic properties. On the other hand, concerning microbial metabolism, it was known that balancing catabolic reactions with anabolic reactions in terms of energy and electron flow provides stoichiometric metabolic reactions and enables the estimation of microbial biomass yield (stoichiometric reaction model). We have studied a method for estimating real-time microbial biomass yield in the bioreactor during food waste decomposition by combining the integrated model with the stoichiometric reaction model. As a result, it was found that the time course of microbial biomass yield in the bioreactor during decomposition can be evaluated using the operational data of the bioreactor (weight of input food waste and bed temperature) by the combined model. The combined model can be applied to manage a food waste decomposition not only for controlling system operation to keep microbial activity stable, but also for producing value-added products such as compost on optimum condition.     

基于GLM模型和神经网络研究芳烃化合物对藻类毒性

工业的快速发展和溢油事故的频繁发生所产生的大量芳烃化合物正威胁海洋生态系统的健康,建立芳烃化合物物化性质与小球藻急性毒性间的非线性模型,是预测未知芳烃化合物对藻类毒性的主要手段之一.本研究以实验获取的25种芳烃化合物对小球藻96h的毒性数据为基础,采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311G**基组上全优化计算25种芳烃化合物结构参数和热力学参数,通过逐步广义线性回归(GLM)、小波神经网络(WNN)和T-S模糊神经网络(T-SFNN)等方法,对芳烃化合物物化性质和藻类抑制毒性的非线性关系进行拟合和逼近.F检验表明,逐步GLM方程是显著的(p<0.001).配对t检验表明,GLM、WNN、T-SFNN3种模型都是可信的;决定系数(R2>0.96)表明3个模型具有很高的精确性.上述结果证明本文建立的模型具有良好的拟合度和解释能力,可以预测未知芳烃化合物对小球藻的急性毒性.模型误差计算结果表明,WNN的精度最高(mse=0.0076,mae=0.0533),采用WNN方法进行建模,预测未知芳烃化合物对小球藻的急性毒性是最合适的.     

典型工程纳米材料对微藻的毒性效应研究进展

近年来,随着纳米技术的快速发展,工程纳米材料由于其良好的物理化学特性而广泛应用于各行各业。然而,在生产、使用和丢弃含有工程纳米材料产品的过程中不可避免地导致纳米材料释放到水环境中。工程纳米材料已在世界多地的水环境中被检测到,给水生态系统和人体健康带来潜在风险。由于水环境的复杂性,工程纳米材料在水体中的环境行为、毒性效应等生态风险还未得到充分的研究。本文以微藻为模型生物,总结了典型工程纳米材料,包括纳米金属、纳米氧化物、碳纳米材料以及量子点的毒性效应。探讨了工程纳米材料在水中的环境行为以及与其它污染物的复合毒性效应,讨论了工程纳米材料自身理化性质和环境因素对其毒性的影响。从生理指标和组学指标出发分析了工程纳米材料对微藻的毒性机制,并展望了工程纳米材料毒性研究的发展方向,以期为工程纳米材料的毒性评价提供一定的理论依据,促进纳米材料的绿色发展。     

十溴二苯醚及其降解产物对浮游生物的毒性

十溴二苯醚(BDE-209)是我国环境中主要的多溴二苯醚(PBDEs)同系物.为研究BDE-209及其降解产物对水环境的影响,以初级消费者浮游动物大型蚤(Daphnia magna)和初级生产者浮游植物水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)为染毒对象,研究BDE-209及其降解不同阶段产物对浮游生物的毒性.结果表明,大型蚤方面,繁殖毒性大于生长毒性,48 h半数致死浓度(48h-LC50)大小为:还原降解中间产物(0.80 mg·L~(-1),高毒)BDE-209(8.74 mg·L~(-1),中毒)还原降解终产物(15.27 mg·L~(-1),低毒),还原-氧化降解终产物的死亡率与溶剂空白一致,表明其基本无毒.水华微囊藻方面,染毒物质的毒性大小顺序与大型蚤一致,1 mg·L~(-1)的BDE-209、还原中间产物、还原终产物及还原-氧化终产物对水华微囊藻的抑制率分别为15.7%、93.7%、6.6%和1.3%.BDE-209降解过程中易生成毒性较大的中间产物,彻底还原脱溴可降低其毒性,后续辅以氧化降解,可消除其环境毒性.