基于风洞平台实验的大型罐区溢油事故后的油气扩散模拟

通过研究江苏省境内某实体罐区发生溢油事故后油气蒸发的扩散规律,掌握罐区空气浓度的变化,以达到保障罐区环保与安全的目的.基于风洞平台实验,测定油气蒸发速率并通过实验风场数据验证数值模型的准确性,建立与实际油库1∶1的大型罐区模型,使用UDF编译环境风方程导入.通过CFD数值模拟,重点分析了罐区发生溢油事故后油气扩散规律、储罐间的油气积聚现象、风速对油气扩散及油气质量分数的影响.结果表明:在风速影响下,罐间会形成涡流,导致油气的积聚,形成危险区域;防火堤对油气扩散存在阻滞作用,而背风侧会使油气聚集;风速越小,油气扩散越慢,油气质量分数越高;风速越大,油品的蒸发速率越大,油气扩散越快,油气质量分数越小.本研究成果可为罐区设计、油库运行及安全环保管理提供参考.     

二次旋流强化型气旋浮技术的分离特性

现有气旋浮装置在运行过程中普遍存在旋流强度衰减程度过大等问题,限制了其分离性能的提升,基于此,分析了二次旋流强化作用对气旋浮罐内旋流强度和分离性能的影响特性;借助CFD数值模拟方法和响应曲面法等手段对基于二次旋流强化气旋浮罐主要结构的参数进行了优化,对比分析了常规气旋浮罐和二次旋流强化气旋浮罐的内部流场和油水分离特性。结果表明,采用二次旋流强化结构可以有效提高旋流强度,加速"油滴-微气泡黏附体"向旋流中心汇聚,优化后的气旋浮罐油水分离效率提高至94.5%,较常规单级气旋浮罐提高了10%;二次旋流强化结构是提升气旋浮分离过程中旋流强度和提高气旋浮装置分离性能的有效途径。以上结果可进一步推动气旋浮装置性能的优化和结构创新,可丰富完善该技术设计的理论体系。     

某油田大型联合站多排放源VOCs扩散的数值模拟

油田联合站是油田的重要组成部分,存在油气(VOCs)排放的可能,有必要对其扩散规律进行研究,以制定相关污染防控及安全措施。以某典型联合站为例,建立1:1的实际模型,结合现场调研测试和数值模拟,重点分析了联合站正常工况下多排放源的VOCs扩散机理及储罐裂缝处VOCs泄漏扩散的叠加效应。结果表明：在风速影响下,罐间和背风侧由于出现绕流和回流,容易达到爆炸极限;在重力和涡流的作用下,联合站内的背风侧会出现VOCs聚集,但叠加效应不明显;当储罐发生罐壁破损时,在事故罐后方出现正压区,在涡流和强气流的影响下,叠加后的VOCs浓度会明显增强,并呈点射状向下风向扩散,油气爆炸危险区域加速扩展。本研究成果可为联合站设计、运行管理及制定安全环保措施提供参考。     

加油站油气扩散与回收效果的数值分析

加油站排放出的油气是有毒有害的气体。目前控制油品蒸发损耗的有效方法是采用油气回收系统。基于湍流模式理论,采用FLUENT软件,模拟加油站在使用油气回收系统前后空气中油气浓度分布情况及风对油气扩散的影响,得到油气浓度等值面图、直线及点上浓度变化曲线图。模拟结果表明,实施油气回收,其大气净化率可高达95％以上,因此明显减小加油站火灾隐患及环境污染,并可减少经济损失及节约加油站占地面积。另外,风对油气扩散稀释有明显的影响,如距排放口下风侧5 m处,相对于风速１ m/s,风速为5、8 m/s时的大气净化率分别为54％、71％。虽然无法降低油气排放总量,但是随着风速的增加大气净化率随之变大,可以减少油气浓度值过高造成的危害。     

膜生物反应器处理甲苯废气的降解特性及传质过程强化

设计了一种气相空间带方形扰流柱结构的平板膜生物反应器,进行了甲苯降解废气净化实验,并与未加入方形扰流柱结构的反应器进行了对比。实验研究了甲苯入口浓度和气体流量对甲苯降解效率和传质速率的影响,结果表明,随着甲苯入口浓度和气体流量的增加,膜生物反应器降解效率降低,甲苯的传质速率增大,气相空间加入方形扰流柱后,甲苯在反应器中的传输得到了强化,降解效率最大提高了8%。     

旋转盘反应器光催化降解苯酚废水动力学

采用旋转盘反应器(SDR)降解苯酚废水,对苯酚初始浓度、溶液p H值、H2O2的添加对其光催化降解动力学的影响进行了研究。结果表明,SDR内的光催化降解动力学特征符合一级反应动力学规律。苯酚初始浓度越低,反应速率常数k值越大;溶液p H=2时的降解速率高于其他p H值;H2O2的协同作用使苯酚的降解速率明显提高,其速率常数k值为未添加H2O2时的78倍。     

2,4-二氯苯氧乙酸臭氧氧化动力学研究

研究了臭氧氧化条件下2,4-二氯苯氧乙酸在鼓泡反应器内的去除动力学,考察了pH、温度、气体流量、初始浓度等因素对反应的影响,得到反应动力学速率常数与温度和pH的关系。     

挥发性污染物苯在水气界面耦合扩散的浓度分布

为研究苯水体泄漏后水气污染的浓度时空分布,利用挥发性污染物水气耦合扩散模型进行预测计算,预测结果与水槽实验相结合,准确地描述了苯在水气界面耦合扩散的浓度分布规律：沿水流方向（x轴）浓度随时间向前推移,距离投放点越远,浓度峰值越小,出现时刻越晚;沿水流深度方向（y轴）浓度分布关于投放点z=0.20 m纵断面对称,在水气界面和空间变化界面（水槽边缘）浓度出现极小值,随着挥发量的增加,浓度峰值出现的位置由水中推移至大气中;沿水流宽度方向（z轴）浓度由投放点向两侧推移。分析了亨利常数、水流速度及风速对苯耦合扩散浓度分布的影响。     

埋地储罐清洗无组织排放油气冷凝法净化工艺模拟分析

针对净化埋地储罐清洗无组织排放油气水蒸气和HC浓度高的特点,采用Aspen软件的Flash 2模拟了单组分和多组分有机废气的冷凝过程,研究了水蒸气含量、冷凝温度、有机物结构等因素对液相回收率的影响,并模拟计算了3级冷凝工艺的净化效率。结果表明:温度低于0℃时,气体中水蒸气浓度不影响液相水的冷凝效率;对于C_6H_(14)废气,冷凝温度和同分异构是影响有机组分回收效率的重要因素,正己烷的全回收温度(T_(99.5%))比2,2-二甲基丁烷高15℃,模拟结果计算正己烷的摩尔蒸发焓为34.758 k J·mol~(-1),与理论值接近;当采用温度分别为0、-40和-75℃3级冷凝工艺时,液相HC回收率达到77.2%。     

黑麦草根际强化微生物净化甲苯

采用在普通生物反应器上种植黑麦草的方法,研究了黑麦草根系强化微生物净化甲苯污染气体的作用,及甲苯入口浓度、填料深度、温度对反应器净化甲苯速率的影响。结果表明,在生物反应器相同的填料深度,细菌数量的水平分布为黑麦草根际区>过渡区>非根际,与相同位置的甲苯浓度分布呈负相关,说明黑麦草根系通过促进细菌的活性进而增加甲苯的降解。在相同的甲苯入口浓度下,甲苯的净化速率随着填料深度的增加而增加,在甲苯入口浓度不高于500 mg/m3条件下,相同的填料深度,反应器对甲苯的净化速率随着甲苯浓度的增加而增加。在5~35℃范围内,温度升高有助于提高微生物活性,促进微生物对甲苯的降解,且有黑麦草处理的甲苯净化速率大于同等条件下无黑麦草处理。     

SNCR的喷雾与混合过程及其对脱硝效率的影响

研究了SNCR(选择性无催化还原)工艺过程中还原剂液滴向炉内的喷射轨迹、以及还原剂在炉内高温空间的蒸发和混合扩散问题,得到了循环流化床锅炉不同截面的还原剂浓度分布。由研究结果可知,随着雾炬的扩散,还原剂浓度分布更加均匀,有效覆盖区域增加。根据还原剂有效覆盖范围,可以预测在合适的温度窗口处烟气的有效脱硝效率,在此基础上对喷枪喷射的液滴参数进行了优化分析。研究了不同液滴粒径分布对还原剂喷射和扩散的影响,结果表明:液滴雾化粒径的适当增大可以使蒸发时间延长,从而使得炉内还原剂与烟气中NO_x更好地混合、增加还原剂的有效覆盖面积;此外,根据还原剂覆盖浓度也可对还原剂的使用量进行预测。     

计算流体力学模拟街道峡谷特征和风向对细颗粒物污染扩散的影响

街道峡谷结构和风向会对街道峡谷内的污染物浓度和扩散特征带来一定影响。利用计算流体力学(CFD)软件,针对街道峡谷高宽比、建筑物间隔(建筑物间空隙与街道总长度的比值)和风向对街道峡谷内细颗粒物扩散的影响进行数值模拟。模拟结果表明,建筑物间隔为20%,风向为北风,风速为3m/s,街道峡谷高宽比分别为1∶2、1∶1和2∶1时,街道中心线距地面1.5m高度细颗粒物最大质量浓度分别位于-19.3、-88.0、-19.3m(以与街道中心点的距离计,正值表示在街道中心点以东,负值表示在街道中心点以西,下同)位置,为37.5、46.4、28.4μg/m3。街道峡谷高宽比为1∶1,风向为北风,风速为3m/s,建筑物间隔分别为0、20%和40%时,街道中心线距地面1.5m高度的细颗粒物最大质量浓度分别位于148.0、-92.3、-186.7m位置,为88.1、31.6、33.7μg/m3。街道峡谷高宽比为1∶1,建筑物间隔为20%,风速为3m/s,且分别处于西风、北风和西南风时,街道中心线距地面1.5m高度的细颗粒物最大质量浓度分别位于165.3、58.0、1.5m位置,为10.6、11.2、16.0μg/m3。可见,CFD模拟近地面污染物扩散时应考虑街道峡谷结构和风向的影响。     

模拟生物反应器加速产甲烷过程研究

渗滤液原液回灌易导致填埋垃圾产甲烷过程的滞后,从而对甲烷收集利用产生不利影响。通过3根实验室模拟生物反应器,研究了原液回灌(C1)、渗滤液好氧预处理后回灌(C2)和原液回灌+垃圾层上部通风曝气(C3)3种填埋方式下的填埋气产气规律。结果表明,C1甲烷浓度经历短暂上升,达到19.5%后开始逐渐降低,产甲烷速率和产甲烷总量均很低;C2甲烷浓度逐渐上升,在第121天时甲烷浓度达到50%,产甲烷最高速率和产甲烷总量分别为0.31 L/(kg·d)和25.2 L/kg。在停止上部垃圾层通风曝气后,C3甲烷浓度迅速上升,在81 d时甲烷浓度便达到50%以上,最大产甲烷速率和产甲烷总量分别为0.22 L/(kg·d)和16.0 L/kg。对各模拟柱填埋气可回收性评价结果表明,C3填埋气可回收利用比例最高,C2略低,C1在实验期间内则无可回收利用气体产生。     

NO对厌氧氨氧化反应的影响

通过在厌氧氨氧化塔式生物滤池内通入不同浓度的NO气体,探究NO对厌氧氨氧化反应的影响。当NO进气浓度升高至4 018 mg·m-3,NO-2-N进水浓度降低至20 mg·L~(-1)时,NO-N在电子受体中的比例升高至78.8%,NO去除速率最高达165.8 mg·d-1,证明厌氧氨氧化菌可以利用NO-N为电子受体进行厌氧氨氧化反应脱除NO。在这一过程中,TN去除负荷与不通入NO时相比下降了74.3%,NO-3-N生成∶NH+4-N消耗比从0.26下降至0.13。当NO进气浓度升高至8 036 mg·m-3时,NO对厌氧氨氧化菌产生了抑制,TN去除负荷和NO消耗速率分别下降了47.1%和69.6%,同时NO-2-N在电子受体中的比例升高至56.9%。实验证明,提高NO-2-N进水浓度能降低高浓度NO对厌氧氨氧化菌的抑制性。     

非饱和土壤渗透系数空间不确定性对溶质运移的影响

包气带渗透系数的不确定性是影响非饱和带溶质运移的主要因素。应用贝叶斯方法对非饱和土壤渗透系数进行前处理,使用Monte-Carlo方法模拟其空间不确定性,并通过HYDRUS-1D模型对溶质运移进行数值模拟,研究包气带渗透系数的空间不确定性对溶质运移的影响。结果表明,由于包气带渗透性的不确定性使得溶质浓度分布呈现明显的不确定性,包气带内不同点的浓度值相差很大。与忽略包气带土性参数空间不确定性的模拟结果相对比,考虑包气带渗透系数不确定性的模拟结果与实际情况更加接近,更具合理性和科学性。同时,根据模拟结果,对实际工作中进行地下水数值模拟时溶质初始浓度输入值的确定提出相应建议。     

海岸地区基于AERMOD的热力内边界层对大气污染物扩散影响的模拟研究

海岸地区热力内边界层(TIBL)对大气污染物扩散具有重要影响。选取杭州湾地区某区域为模拟区,采用一个TIBL高度的简单计算模式模拟模拟区的TIBL高度,将其耦合到空气质量模式AERMOD中,并对AERMOD的相关模块和参数进行了相应的修改,再分别利用原AERMOD和改进后的AERMOD,模拟了不同污染源情景下的大气污染物地面浓度分布。结果表明,在多数情况下,由于TIBL对于大气污染物扩散空间的限制,大气污染物的地面最大浓度有所升高,地面浓度的高值区范围也有所增加,具体影响特征取决于污染源与TIBL的相对高度以及污染源距离海岸的相对位置。     

纯二氧化碳条件下小球藻固定CO2

微藻固碳已经成为消减温室气体排放的新的研究热点。利用静态吸收方法,考查了通人纯CO2对普通小球藻生长特点、固定CO2效率以及藻液pH值变异的影响。结果表明：通入纯CO2使小球藻生长延滞期显著延长,比普通培养延长10～12d,对其他生长阶段的影响不大;小球藻固定CO2速率可分为2个过程,即物理固碳过程和生物固碳过程,前者在藻细胞延滞期发生,峰值由CO。溶解于培养液造成,后者在藻细胞生长的指数期、稳定期和衰退期发生,峰值由藻细胞指数生长造成,2个过程中,固定CO2速率的变化趋势都是先增大后降低;纯CO2条件下,藻液pH值变化速率高,4d内,藻液即被酸化,随后藻液pH值变化速率逐渐降低,且pH值稳定在适宜水平。因此,采用小球藻固定高浓度CO2时,建议提高接种量并加强培养前期的pH值监测和调控,以保证藻液保持适宜的pH值,并缩短培养时间,提高生物固碳效率。     

生物沥浸污泥深度脱水后自然干化与焚烧处置效果及影响因素

脱水污泥的干化效果对污泥后续焚烧处置及资源化有重要影响。比较了生物沥浸处理后深度脱水污泥与常规脱水污泥的水分蒸发速率差异,以评价其干化效果。在此基础上,对城市污泥生物沥浸示范工程中得到的有机质含量为44％（干物质计）,干基高位热值为9250kJ／kg,含水率≤32％,颗粒粒径≤8mm的污泥样品,采用小型循环流化床焚烧炉（内径600mm,高度6500mm,污泥给料量200kg／h）进行焚烧处置初步研究。结果表明,在同样干化时间下,生物沥浸后脱水污泥相对于常规脱水污泥有较快的水分蒸发速度。在保证污泥颗粒在流化床炉内达到较好的流化状态前提下,该生物沥浸污泥可以在流化床炉内实现自持焚烧,相应流化床炉温可以被恒定维持在850℃左右。焚烧后残渣热灼减率为2．36％。同时发现,污泥有机质含量、污泥含水率、污泥的颗粒破碎度、流化床布风板风量等因素共同决定着城市污泥的自持焚烧效果。此研究将为城市污泥生物沥浸后期焚烧资源化应用提供必要的参数支持及合适的运行建议。     

基于复杂有害气体释放模型的雾霾气象条件下烟气排放影响分析

针对华北地区雾霾污染的长期性和频繁性,运用复杂有害气体释放模型(CHARM),开展雾霾气象条件下工业区燃煤锅炉烟气排放对周边居民区影响的环境模拟,并通过地理信息系统(GIS)聚类分析手段,划定污染影响的空间级别,最后针对工业区雾霾天气应急管理、雾霾补偿和产业用地布局规划等方面提出对策建议。结果表明,在雾霾气象条件下,燃煤锅炉烟气连续排放20min可对周边高层建筑产生影响,连续排放1h则对周边258 334m2产生明显污染。距排放点水平距离110m内、垂直高度80m以上区域以及距排放点水平距离340~400m、垂直高度40~60m区域受锅炉烟气污染最为严重。     

运行方式对厌氧区碳源分流多级A/O工艺处理效果的影响

采用厌氧区碳源分流多级A/O工艺进行了低碳、高氮磷市政污水的中试试验,研究了运行方式对该工艺去除有机物以及脱氮除磷的影响。通过7个阶段的连续运行比较,得到系统最优流量分配比(体积比)为厌氧区分流75%∶25%,最终出水COD、氨氮、TN、TP质量浓度分别为20.8、0.64、14.2、0.89mg/L,基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。流量分配比对去除COD、氨氮基本没有影响,对去除TN、TP的影响较大。通过对内回流位置研究发现,内回流位置在消氧区更有利于处理效果的提升。通过对进水负荷研究发现,COD和氨氮污泥负荷还有很大的提升空间,控制TN污泥负荷为0.040kg/(kg·d)时对TN的处理效果较好。