多孔介质中轻非水相液体污染物多相流体系的电阻率特性试验研究

目前,对于多孔介质中轻非水相液体(LNAPL)污染物的电阻率特性存在2种截然相反的观点,影响了LNAPL污染场地电阻率资料的解释结果。为此,通过自行设计的装置进行试验,重点探讨电阻率与砂样颗粒粒径、含水量和LNAPL饱和度等参数之间的变化关系。结果发现,在砂样被LNAPL饱和过程中,砂样的颗粒粒径和含水量对其电阻率相对值的变化有重大影响,含水量低的砂样电阻率相对值变化幅度很小,而含水量高的砂样电阻率相对值变化幅度很大,粗粒径的砂样电阻率相对值的变化明显高于细颗粒砂样。对于"水-油-气"三相体系和"水-油"二相体系,电阻率和含水量的关系曲线均可用Archie公式很好拟合。该试验结果对于提高LNAPL污染场地电阻率资料的解释结果的准确度具有重要的意义,在确定相关的参数如渗透系数、LNAPL饱和度等方面具有重要的实际应用价值。     

含水层介质对Cr(VI)的吸附特征

结合天津典型地质和Cr(VI)污染情况,选择细砂、中砂、粗砂这3种含水层介质作为研究对象,研究其对Cr(VI)的吸附动力学实验和等温吸附实验。研究结果表明:3种含水层介质对Cr(VI)的吸附均包括2个阶段——快速吸附阶段和缓慢吸附阶段,并在2 h时达到吸附平衡,符合Elovich型吸附动力学。含水层介质对Cr(VI)的等温吸附模型符合Freundlich模型,表明吸附过程以不均匀吸附为主。含水层介质对Cr(VI)的吸附能力由大到小的顺序依次为细砂、中砂、粗砂;且当Cr(VI)溶液的初始浓度为0.1 mg/L,含水层介质为10 g细砂时,达到最大吸附率22.67%,吸附率很低,表明这3种含水层介质不易吸附Cr(VI),也就说明Cr(VI)进入地下水后不易被含水层介质吸附截留,而是在地下水中随之流动,造成远距离污染。     

基于高密度电阻率成像法的低渗黏土中轻非水相液体运移规律探索

为了实时掌握轻非水相液体 (LNAPL) 泄漏后在黏土中的动态分布及入渗时的运移规律,进行了室内模型箱实验,由上至下设置均一含水土层及含毛细水土层,采用高密度电阻率成像法对土体的电阻率变化进行监测,获得了加注过程中及加注结束后LNAPL的运移规律。实验结果表明：LNAPL渗入黏土提高了黏土的电阻率,质量含水率为10%的黏土可提高50 Ω·m左右,随黏土含水率的增加,该提高数值逐渐减小;0~9 h加注阶段,在质量含水率10%的土层中LNAPL水平扩散速度的峰值将近90 cm²·h⁻¹,运移至非饱和毛细带时,随土体含水率的增加,其水平扩散速度的峰值逐渐降低;停止加注后,LNAPL在黏土中的高浓度污染区位置逐渐下移,局部区域的污染羽锋面出现回缩,回缩速度可达0.15 cm²·h⁻¹。该研究可为探索沿海、沿江等低渗黏土污染区中LNAPL的运移规律及分布特征提供参考。     

抽水对含水层中污染物迁移影响的试验研究

为探究抽水对含水层中污染羽形态及迁移速率的影响,开展了抽水条件下污染物在不同含水层迁移的示踪试验。结果表明,抽水会改变均质含水层(含水层1)中污染羽的形态,但对含砾石及粉细砂夹层的非均质含水层(含水层2)及含砾石通道的非均质含水层(含水层3)中污染羽形态影响不大。与不抽水相比,抽水速率为300mL/min时,含水层1、2、3中污染物的平均迁移速率分别增大了1.570、1.480、3.050cm/min,迁移60cm所用时间分别缩短了36、35、48min。可见,抽水对不同含水层中污染物迁移速率影响程度由大到小分别为含砾石通道的非均质含水层、均质含水层、含砾石与粉细砂夹层的非均质含水层。     

基于瓦斯燃烧余热利用的煤矸石快速风化成土

基于瓦斯燃烧的余热利用,对煤矸石进行高频率的干湿/冷热交替处理,加速煤矸石结构风化粉化,提升风化产物的保墒-透气-蓄肥等土壤学性能。结果表明煤矸石在50 ℃下经30次干湿/冷热交替后粒径显著下降,粗砂 (5~10 mm) 比例下降43％,细砂 (<1 mm) 含量上升35％,持水率可达12.78％,达到砂土持水标准,持水率、微粒含量、毛管孔隙度与循环次数呈正比;颗粒粉化主要受矿物溶出产生溶蚀裂隙、矿物重构并干燥产生盐结晶强化裂隙涨裂,以及黏土矿物的不均匀性膨胀/收缩的影响;风化产物种植紫花苜蓿,发芽率在80％以上,发芽时间、茎长等优于低扰动样品。本研究结果可为瓦斯与煤矸石的能源化、资源化协同利用提供参考。     

负载型Co3O4活化过二硫酸盐非自由基降解有机污染物

通过在三维矿物载体表面包覆金属-多酚配合物并煅烧实现了Co₃O₄纳米颗粒的原位负载,制得了易分离回收的负载型Co₃O₄催化剂,利用SEM、XRD以及XPS表征分析其形貌和微观结构,采用活化过二硫酸盐(PDS)降解药、护品类有机污染物以评价其催化性能。以双酚A为目标污染物,考察了初始pH、PDS浓度、催化剂投加量、共存阴离子(CO₃²⁻、SO₄²⁻、NO₃⁻、Cl⁻)以及腐殖酸(HA)对BPA降解效率的影响。结果表明,负载型Co₃O₄能有效活化PDS降解有机物,在Co₃O₄投加量0.075 g·L⁻¹,BPA初始浓度0.04 mmol·L⁻¹,PDS初始浓度0.4 mmol·L⁻¹以及初始pH=7的最优条件下,120 min内BPA可被完全去除。淬灭实验与EPR实验结果表明,负载型Co₃O₄活化PDS通过单线态氧(¹O₂)主导的非自由基途径氧化分解有机物。     

电动作用下铜(Ⅱ)-铬(Ⅵ)复合污染砂土中重金属的界面迁移规律

厘清污染物的界面迁移是实现污染控制的前提。以铜(Ⅱ)-铬(VI)复合污染砂土为研究对象,以电压梯度、砂土粒径及污染浓度为影响因素,研究电动驱动作用下复合重金属污染物的界面迁移规律。结果表明：重金属污染物的横向迁移方向取决于离子赋存状态所带电荷类型,纵向迁移方向取决于赋存形态及其摩尔质量双重作用;电动作用下带有相反电荷的物质复合污染时,各物质保持原始迁移方向,但各界面浓度趋于均匀化。横向迁移方面存在以协同作用为主导的局部拮抗现象,纵向迁移方面存在迁移减缓及物质共沉现象。铜和铬最佳迁出所对应的组合条件分别为：S₃ (粗砂)+0.750 V·cm^-1+50 mg·kg^-1和S₃ (粗砂)+1.125 V·cm^-1+200 mg·kg^-1。电压梯度是作为影响重金属迁移效率的主要外在因素,与大粒径及风险筛选值对应的浓度相匹配有利于重金属污染物在电动作用下的迁出。不同污染物的影响因素敏感度分布并不一致,建议复合污染土体的修复治理应针对污染物种类对主导因素进行细化。本研...     

组合涂覆SCR催化剂的扩缩通道蓄热体传热脱硝性能的数值模拟

蜂窝蓄热体表面涂覆中温钒基SCR催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂),可实现余热回收和烟气脱硝双重功效,但钒基催化剂在烟气出口侧的低温区脱硝效果不理想。新型纳米多孔结构的铜基SCR催化剂(5%CuO-40%HPW/Popcarbon)能在低温条件下高效工作。通过在现有钒基SCR蜂窝蓄热体低温侧表面涂覆这种铜基催化剂,并借助扩缩通道强化传热传质进一步提高复合蓄热体传热和脱硝性能。在对Fluent软件二次开发基础上,采用多孔介质方法描述催化层烟气SCR脱硝,建立烟气-空气切换条件下复合SCR蜂窝蓄热体内非稳态传热脱硝的数值模型。借助该模型,探究催化剂涂覆方案和结构参数对复合蓄热体传热和脱硝性能的影响。结果表明：扩缩角为15°的组合涂覆型SCR蓄热体具有良好整体性能,其能量回收率(ERR)和脱硝效率(η)分别比涂覆单一钒基催化剂的直通道蜂窝蓄热体提升10.1% (58.2% vs 48.1%)和26.7% (92.4% vs 65.7%)。本研究结果可为工业锅炉的节能和氮氧化物(NO_x)减排提供参考。     

添加生物油对垃圾焚烧烟气选择性非催化还原脱硝的强化作用及其机理

为揭示添加生物油对垃圾焚烧选择性非催化还原(SNCR)脱硝特性的影响规律及作用机理,利用高温管式炉开展了实验,以研究生物油添加比例(β)、氨氮比(NSR)及氧浓度对SNCR脱硝特性与CO排放的影响;结合SNCR基元反应与生物油热分解产物的成分,分析了添加生物油对烟气选择性非催化还原脱销的强化作用机理。结果表明,添加生物油能拓宽SNCR的温度窗口,在700~900 ℃时可明显提升脱硝效率,当β=10%时,脱硝效率平均提升约21%。在SNCR过程中,CO排放随生物油添加比例的增加而增加,但温度在800 ℃、氧浓度在4%以上时,基本无CO排放。生物油在高温下的分解产物主要为H₂、CO及CH₄等。添加生物油主要通过热分解生成小分子气体,同时产生大量H·、O·、HO₂·及·OH等自由基来强化低温下SNCR脱硝反应。本研究结果表明,在垃圾焚烧电站中,可通过在900 ℃下适当添加生物油来提升SNCR效率。     

长江流域重点断面水质时空变异特征及污染源解析

为明晰长江流域水质时空分布特征并解析污染源,基于长江流域21个水质监测断面2008—2018年的pH、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_Mn)及氨氮质量浓度([NH₃-N])数据,采用M-K趋势检验、相关性分析和层次聚类分析,对流域内水质时空动态变化趋势及特征进行综合识别,并结合绝对主成分回归分析法(APCS-MLR)解析污染物来源。结果表明,研究区内重点断面水质类别以II类为主,占71.39%。在时间上,水质污染程度表现为汛期(5—10月)劣于非汛期(1—4月和11、12月),汛期主要污染指标为DO和COD_Mn,非汛期主要污染指标为[NH₃-N];在空间上,21个监测断面聚类为3组,其水质优劣排序为GⅢ(四川乐山岷江大桥、湖南长沙新港、江西南昌滁搓站点)>GⅡ(中下游及下游)>GⅠ(上游及中上游)。结合主成分分析和多元回归分析得出,在所基于的指标中COD_Mn和NH₃-N是研究区内典型污染物,GⅠ组水体主要受营养盐面源污染和耗氧有机物蓄积污染;GⅡ组水质受工业生产和人类活动影响其营养盐和有机物污染严重,而自然因素影响较弱;GⅢ组站点属局部污染严重,污染源主要是有机物,其次是营养盐。上述研究结果可为长江流域针对性水环境治理、污染控制和改善提供参考。     

单介质和双介质阻挡放电低温等离子体降解甲苯的比较

为研究介质阻挡放电(DBD)反应器结构对低温等离子体降解甲苯的影响,设计了具有单层介质和双层介质的DBD反应器。对2种反应器的放电特征、甲苯去除率、矿化率、CO₂选择性和能量效率进行了比较,并对施加电压和初始浓度对甲苯降解效果的影响进行了分析。结果表明：在相同电压下,双介质反应器(DDBD)具有更高的电场强度,而单介质反应器(SDBD)的输入功率更高;当甲苯浓度和电压分别为616、1 027、1 848 mg·m⁻³和14~24 kV时,双介质中的甲苯去除率为9.4%~100%、7.4%~99%、5.1%~64%,单介质为67%~98%、46%~90%、26%~59%。这说明低电压下单介质反应器的甲苯去除率更高,而高电压下则相反,并且,浓度降低、电压升高有利于甲苯的降解。单介质反应器的能量效率随电压升高而降低,双介质反应器则先升高后下降,且双介质反应器的能量效率高于单介质反应器(16~24 kV)。以上研究可为介质阻挡放电在VOCs去除方面的应用提供参考。     

石油醚为油相的乳状液膜稳定性研究

以石油醚为油相,以聚异丁烯单丁二酰亚胺(T151)、聚异丁烯多丁二酰亚胺(T155)为表面活性剂,制备了W/O(W代表水相,O代表油相,下同)单重乳液和W/O/W多重乳液,并进行了乳状液膜稳定性的研究.以破乳率、泄漏率和表观溶胀率为衡量指标,考察了表面活性剂种类和用量、油水比(油相体积与内水相体积的比)、乳水比(W/O单重乳液的体积与外水相体积的比)、制乳转速等参数对乳状液膜稳定性的影响.结果表明,表面活性剂的用量、油水比、乳水比和制乳转速均存在最佳值,即:(a)T151体积分数6%,油水比1:1,一次制乳转速3 000 r/min,乳水比为1:6,二次制乳转速300 r/min;(b)T155体积分数4%,油水比1:1,一次制乳转速4 000 r/min,乳水比为1:8,二次制乳转速400 r/min,此时的W/O/W多重乳液乳状液膜最稳定.     

表面活性剂冲洗修复多氯联苯污染土壤多相流研究

多氯联苯(PCBs)是一种具有持久性、抗生物降解性、脂肪溶性和明显的生物毒性等特性的持久性有机污染物,PCBs在土壤中难于准确定位、难被分解和强烈吸附,去除土壤中PCBs比较困难.表面活性剂冲洗法可以通过提高PCBs溶解度和降低水-PCBs界面张力来实现PCBs从土壤中去除;表面活性剂冲洗PCBs污染土壤涉及气相、水相、NAPLs相和固相等物质,是多相共存并相互发生作用的过程,发生相对渗透率、饱和度和毛细压力的变化;另外,为研究表面活性剂冲洗土壤中PCBs的去除机理,并降低PCBs对研究人员的危害,采用微观孔隙结构网络模型是一种较新颖的和效果显著的研究方法.开展表面活性剂冲洗PCBs污染土壤多相流研究,可以为PCBs污染场地修复提供理论基础和实验支持,并促进我国POPs履约工作的顺利进行.     

非均质多孔介质对水平潜流人工湿地水力效率的影响

对比以不同粒径(4～9、8～12、11～17mm)非均质多孔介质(玻璃珠)作为基质的水平潜流人工湿地(以有机玻璃板材模拟)的水力效率、水力停留时间等参数,并参照其流态变化进行分析。结果表明:(1)均以上端为进水口、下端为出水口,水流流经不同粒径玻璃珠的水平潜流人工湿地会产生不同的流态。(2)玻璃珠粒径小(4～9mm)的水平潜流人工湿地中,染料在其中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间最大,空间利用率最大,则有效体积比最大,染料流经区域面积最大;转角处染料呈圆角流过,死区范围小。(3)当玻璃珠粒径为4～9mm时,水平潜流人工湿地具有最长的平均水力停留时间(0.437 8h)和最小的水流散度(标准方差为0.052 5),使得水平潜流人工湿地的有效体积比最高(0.495 7),水力效率也最高(0.469 6)。随着粒径的增大,平均水力停留时间缩短,水流散度增大,而有效体积比和水力效率均呈减小趋势。(4)合理的水力停留时间分布能够提高有效体积比,而有效体积比越高,即污水在水平潜流人工湿地中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间越大,污染物与基质以及附着在基质上的微生物的接触越充分,从而提高污染物的去除率。     

环境相对湿度对颗粒物过滤性能的影响

以吸湿性氯化钠 (NaCl) 颗粒和非吸湿性氧化铝 (Al₂O₃) 颗粒为实验对象,使用纤维材料过滤介质,引入纳米和微米两类颗粒物尺度,考察不同相对湿度 (RH) 环境下颗粒物过滤性能的变化规律及内在机理。结果表明：低湿度下 (RH20%和50%) 过滤吸湿性颗粒时,压降呈线性增长趋势,高湿度下 (≥RH80%) 会出现压降的急剧升高;非吸湿性颗粒受湿度变化的影响较小,但在饱和湿度下 (RH100%) 压降增长较为显著;滤料初始过滤效率对环境中相对湿度的变化不敏感,也不会受到颗粒吸湿性能差别的影响;在颗粒加载过程中,受滤料纤维表面颗粒物沉积的影响,过滤效率持续缓慢增长,但湿度超过颗粒潮解点后,对吸湿性颗粒的过滤效率出现一定程度下降,类似液体过滤机制;此外,环境湿度的变化对于纳米颗粒物过滤性能的影响远比微米颗粒更为显著。研究结果可为空气污染防治中颗粒物过滤技术的应用与改进提供参考。     

市政污泥干化动力学研究

利用同步热分析仪(TGA/DSC),采用非等温法,开展了市政脱水污泥干化过程的动力学研究。分析了升温速率对污泥干燥过程的影响,确定出污泥干化过程的最概然机理函数G(α)MP,计算了不同升温速率下的表观活化能E和指前因子A。结果表明,污泥非等温干燥过程可以分为缓慢加速、快速加速和减速3个阶段;升温速率的增大会缩短加速段干化时间,但对减速段没有影响;随着升温速率的增加,干化活化能和指前因子先增大后减小,活化能在19.45~28.46 kJ/mol之间变化,指前因子变化范围为1.5×105~5.0×106 s-1,且在升温速率为15 K/min时两者达到最大值;干燥过程最概然机理函数的积分形式为G(α)MP=1-(1-α)4反应级数为4;污泥干燥过程的活化能和指前因子之间存在动力学补偿效应。     

精轧工艺颗粒物污染特征及其岗位环境浓度监测

为探究我国钢铁行业热轧厂精轧工艺的污染特征,利用扫描电镜(SEM)和激光粒度分布测定实验以及现场实测,于2019年夏季对广东省某典型热轧厂精轧工艺颗粒物进行微观形貌、粒径分布及其岗位环境污染规律研究。结果表明,精轧工艺所产颗粒物外观呈不规则块状形态,粒径集中在2.423~3.519 μm,其Rosin-Rammler粒径分布函数的均匀度指数为1.769,特征尺寸为2.932 μm。该结果为精轧工艺进行净化除尘数值模拟分析奠定了基础;其岗位环境颗粒物浓度随时间呈周期性波动变化,精轧区测点浓度沿轧制方向逐架递增,PM_2.5/PM₁₀均值比例依次为0.807、0.749、0.912,侧面反映了精轧源的污染特性。在精轧区排风罩设计中,建议沿轧制方向,每架精轧机排风罩的设计风量依次增大,达到精准控制局部环境的效果。     

底物流加-间歇运行方式下氨氧化细菌富集培养的效果及影响因素分析

富集培养氨氧化细菌(AOB)可为污水处理工艺提高氨氮氧化速率、促进亚硝酸盐积累提供物质基础。在(20±2) ℃下,采用底物流加-间歇运行方式进行氨氧化细菌富集培养,重点考察了游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)、溶解氧(DO)等因素的影响,并对富集前后活性污泥样品中的AOB进行了定性定量分析。结果表明：第15天左右AOB增殖进入稳定生长期,比氨氮氧化速率由接种时的4.45 mg·(g·h)⁻¹升高至57.22 mg·(g·h)⁻¹;通过pH、底物流加速率和实际反应速率关系的联合控制,可以实现整个反应过程中FA和FNA在预期范围内波动;即使在极低的DO条件下,高纯度的AOB也可进行氨氮氧化。高通量测序结果表明,体系内Nitrosomonas属的AOB大幅度增长,可由0.23%上升至54.18%,亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的生长得到了有效抑制,培养结束时仅为0.12%。荧光定量PCR对AOB功能基因amoA的绝对含量结果表明,富集前后平均拷贝数由2.67×10⁵ copies·g⁻¹升至最大,可达9.67×10⁹ copies·g⁻¹,AOB成为活性污泥中的优势菌。本研究结果可为常温条件下快速富集AOB提供参考。     

基于三维非稳态模型的车载加油油气回收系统碳罐结构优化

以车载加油油气回收系统(ORVR)碳罐吸附过程的传质传热过程为研究对象,以正丁烷/氮气模拟挥发油气,采用固定床吸附实验测试和CFD数值模拟相结合的方法,结合物种转移模型、层流模型和多孔介质模型,建立了三维非稳态ORVR碳罐的数值模型,以穿透时间和温度为特征量,从腔体体积比和进出口直径两个方面对其结构进行初步优化设计。结果表明,吸附过程床层温度模拟值与实验值偏差率低于7%,双腔体体积比为5∶3时,ORVR碳罐吸附过程中温度升高值相比其他结构低0.9~1.6 ℃,安全性高;进出口直径为12 mm时,在吸附穿透时间和床层温度升温方面综合性能最好。本研究可为ORVR碳罐结构优化设计提供参考。     

高有机负荷对好氧颗粒污泥形成和稳定性能的影响

为探究高有机负荷(organic loading rate,OLR)对好氧颗粒污泥在序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)中的形成和稳定性能的影响及高OLR条件下微生物群落结构的特征,采用连续监测方法对运行过程中颗粒污泥形貌、水质、沉降性能以及EPS的变化进行探究。结果表明：在OLR为14.4 kg·(m³·d)⁻¹的条件下,颗粒化进程较快,43 d完成颗粒造粒;并且高OLR引起丝状菌在颗粒表面大量附着,造成颗粒沉降性能和水质处理能力不稳定;通过改变进水中蛋白胨的占比来抑制丝状菌生长,使好氧颗粒污泥系统重新恢复稳定;在此过程中,混合液悬浮固体质量浓度(mixed liquid suspended solids,MLSS)、混合液挥发性悬浮固体质量浓度(mixed liquid volatile suspended solids,MLVSS)随OLR的增加而增加,但受丝状菌增加的影响会下降,而在丝状菌消除之后,MLSS和MLVSS恢复增长;SVI随OLR的增加不断下降,而受丝状菌增加的影响会呈现上升趋势,在丝状菌消除后,颗粒沉降性能恢复,SV₃₀/SV₅在1.0左右波动;胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)受OLR和丝状菌影响较大,尤其是紧密结合型的EPS;恢复正常的颗粒污泥可高效去除进水中的COD、NH₄⁺-N和TN,去除率分别为91.5%、92.0%和79.4%;采用MiSeq高通量测序的方法发现高OLR下好氧颗粒污泥中去除有机物和氮的优势菌门为Saccharibacteria、Bacteroidetes和Proteobacteria;异养硝化、好氧反硝化菌丰度较高。由此可以看出,异养硝化-好氧反硝化可能是好氧颗粒污泥的主要脱氮方式。本研究结果可为SBR系统控制好氧颗粒污泥中丝状菌的生长,维持好氧颗粒污泥稳定性提供参考。