超细颗粒在单个上升气泡内的沉积过程模拟

从单个上升气泡内外流场的完全Navier-Stokes方程数值解出发,用Lagrange轨道跟踪的方法研究了超细颗粒在单个上升气泡内的沉积过程,在气泡的流场中考虑了气泡运动中的变形．在超细颗粒的受力中考虑了粘性阻力和Bromnian运动扩散力．在常温下水．空气体系中,对气泡直径0.1～1mm,超细颗粒直径0.1～2μm的情况进行了数值模拟,并对数值模拟的结果进行了拟合,得出简便易用的经验公式。     

微观尺度有机负荷对水力剪切力的影响研究

厌氧消化由于低成本和能源回收等优点越来越引起广泛关注。为克服大尺度研究动态厌氧过程的不足,基于微反应器和定量图像分析技术定量研究有机负荷对水力剪切力的影响。结果表明:气泡的上升速度v随气泡直径d增大而增大;当培养液COD从2 000mg/L增加到4 000 mg/L时,大气泡(0.20~0.50 mm)的比例从22.78%增加到56.48%,增加了1.48倍。因此,适当增大有机负荷可以显著提高气泡中大气泡的比例和气泡的上升速率,从而提高溶液的水力剪切力,强化产沼气。     

污泥龄对膜生物反应器性能的影响

研究了膜生物反应器污泥龄对胞外聚合物(EPS)含量、污泥特性、污泥颗粒粒径分布及膜过滤阻力的影响.结果表明,污泥龄(SRT)为30 d时混合液中胞外聚合物(EPS)和膜面上的EPS含量分别约为90 mg/g、0.8 g/m2,随污泥龄的延长二者同步增加,EPS在膜面上几乎没有积累;混合液EPS含量的增加改变了细菌表面电荷且增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变.造成污泥的沉降困难;在长污泥龄运行中.混合液中污泥颗粒呈现双峰分布,泥龄30 d时在O.5 μm和16 μm处有2个峰且平均粒径约14μm,污泥龄延长双峰分布向颗粒小的方向移动;混合液中微细颗粒含量及粒径分布对膜污染起决定性作用.综合考虑膜污染和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间(运行温度下的最大比增长速度)的120倍以下.     

表面活性剂强化空气扰动修复中不同介质曝气流量作用及变化规律

采用填装中砂(0.25~0.5mm)、粗砂#1(0.5~1.0mm)、粗砂#2(1.0~2.0mm)的一维砂柱,研究了气流在孔道流和鼓泡流运行方式下,原位空气扰动(AS)技术中曝气流量与空气饱和度和曝气压力的关系,以及添加表面活性剂后的关系变化,并探讨了在中砂介质中表面活性剂的添加对苯污染物去除效率的影响,结果表明:在同一种粒径中,空气饱和度随着曝气流量的升高而增大,最后趋于平稳;相同的曝气流量下,AS技术在地下水中空气饱和度与介质粒径呈负相关关系,而在表面活性剂(SDBS)浓度为200mg/L的地下水中空气饱和度与介质粒径呈正相关关系;这说明AS技术在地下水的修复过程中较粗的介质往往需要较大的曝气流量,而表面活性剂的添加,则可以有效的改变这种情况.曝气压力随着气体流量的上升而线性增加,线性方程的斜率与介质粒径呈负相关关系.当介质粒径为0.5~1.0mm时,在一定表面张力范围内表面张力与空气饱和度呈反比关系,当表面张力大于49m N/m时空气饱和度趋于稳定.当介质粒径为0.25~0.5mm时,表面活性剂的添加可以有效的提高苯污染物的去除效率.     

硫化氢降解菌包埋条件及降解特性研究

筛选获得2株硫化氢(H2S)高效降解菌株(T3和B3),分别鉴定为根瘤杆菌属和人苍白杆菌属。采用改进的海藻酸钠(SA)-聚乙烯醇(PVA)对2株菌的混合液进行包埋,并对最佳包埋条件及包埋后的降解效果进行研究,结果表明:SA-PVA包埋的最佳条件:复合载体的配比为2%SA和7%PVA混合溶液;在1%氯化钙和4%硼酸混合溶液中交联24 h;制得粒径为2 mm左右的固定化凝胶小球;包菌量为0.3 g/L;在pH 5.0¹0.0、温度为2510.0、温度为25⁴0℃时,固定化细胞对H2S具有较高的降解能力和抵抗性,当H2S浓度提高到700 mg/m3以上时,48 h后固定化细胞能达到93%以上的降解率,并且其重复脱硫能力明显优于游离态细胞,为工业应用提供了可能性。     

微气泡及其产生方式对活性污泥混合液性质的影响

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;同时,微气泡及其产生方式可能对污泥混合液性质产生影响.本研究采用SPG膜微气泡发生系统研究了微气泡及其产生方式对污泥混合液性质的影响.结果表明,微气泡曝气中,微气泡附着于污泥絮体导致污泥上浮聚集,从而造成反应器中污泥浓度(MLSS)下降,以及污泥沉降性能变差.微气泡产生过程中,液体循环泵(离心型)产生的强水力剪切力作用于污泥混合液,造成污泥絮体破碎、污泥粒径减小以及污泥絮体EPS释放,进而使得上清液浊度和有机碳(特别是胶体有机碳)浓度升高,污泥絮体的再絮凝能力丧失.微气泡产生过程中,污泥破碎导致的污泥有机物的释放使得污泥混合液的黏度增加,但混合液表面张力保持不变.     

活性污泥中臭氧传质效率的理论分析与实验研究

在理论分析的基础上,首先建立了臭氧传质效率与系统参数间的数学模型,给出了臭氧传质效率U的影响因素,即污泥浓度、进气浓度、混合液的高度h、表观气速u_obs和气泡直径d.通过试验设计,进而考察了这些影响因素对臭氧传质效率的贡献.结果表明,混合液的高度h和气泡直径d对臭氧传质效率的影响最为显著,而污泥浓度和进气浓度、表观气速u_obs的影响很小.当混合液高度h为0.2　m时,臭氧的利用率仅为0.45;h为0.8 m时臭氧的利用率为0.883;h为1.4 m时臭氧的利用率几乎为1,臭氧的利用率和高度呈现较好的指数关系.在h为0.8 m的混合液中,d由0.007　5 m减小到0.005 m时,U值从0.89增大到0.96;h为0.6 m的混合液中也出现类似情况,d由0.007 5　m减小到0.005 m时,U值从0.80增大到0.93.最后得到臭氧传质效率U、混合液高度h和平均气泡直径d间的定量关系表达式,其相关系数R²为0.861 6,可为工程设计提供一定的参考依据.     

吸收CO2新型混合化学吸收剂的研究

以吸收剂吸收速率和再生程度为指标,在小型实验装置台上研究了3种混合吸收剂不同配比的吸收和再生特性,以确定其吸收剂主体和添加剂的合适配比.结果表明,在甲基二乙醇胺(MDEA)中添加哌嗪(PZ),当混合吸收液CO2负荷为0.2 mol·mol-1时,MDEA∶PZ=1∶0.4(m∶m)混合液CO2吸收速率比MDEA∶PZ=1∶0.2(m∶m)混合液提高了约70%.再生40 min,PZ 相对浓度为0的吸收液再生程度为91.04%,PZ相对浓度为0.2、0.4和0.8时,混合吸收液的再生程度分别降低为83.06%、77.77%和76.67%.综合比较,MDEA∶PZ=1∶0.4(m∶m)是该混合吸收液合适的配比,吸收速率和再生特性都有较好改善.在10%一级胺中添加2%三级胺既能保持高吸收效率,又能略微降低再生能耗.在10%二乙醇胺(DEA)中加入2%2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP),混合液表现出DEA/AMP混合吸收剂中较好的吸收和再生特性.3种配方中,在一级胺中添加少量三级胺吸收速率最高,二级胺和少量空间位阻胺混合吸收剂的再生性能最好.而综合吸收和再生2个指标,三级胺和中量活化剂的混合液有优势.     

利用扩散和相对运动原理除霾的初步试验研究

通过试验验证了细微颗粒存在较强的浓度梯度扩散现象,及净化设备向污染空气的相对运动可以更快速净化污染空气。首先在实验室中通过发烟模拟重度雾霾环境,净化装置由金属丝网和特殊极线按常规电除尘器的布置方式组成。装置固定时,房间颗粒物浓度降至50%时,约需2.8 min,而降至20%以及恢复到发烟前初始状态,则分别需要约8 min和16 min。装置移动时,房间颗粒物浓度降至50%时,约需20 s;距离净化装置1,3,6 m处的浓度测量值很接近,浓度梯度在实验工况最大为15μg/(m~3·m)。距离净化装置1,3,6 m~3个位置中,1 m处颗粒迁移速度最大,从约0.02 m/s增大到约0.07 m/s。户外实验净化装置由RS芒刺线和铁丝网简易拼凑而成,在距离其3 m位置,雾霾浓度双向平均可降低约25.5%。     

HABR-BAF组合工艺处理生物法烟气脱硫脱氮循环液的工艺条件研究

采用复合式厌氧折板流和好氧曝气生物滤池的组合工艺(HABR-BAF)处理生物法烟气脱硫脱氮的循环液,研究最佳的工艺条件。结果表明:BAF装置中pH取6、C/N为10、溶解氧为2 mg/L、温度为28℃;HABR装置中pH取6、C/S为3、温度为32℃:双塔串联式生物法烟气同时脱硫脱氮系统的循环液混合液以先经过BAF装置再经过HABR装置的方式进行处理,最终SO2-4的去除率达86%,NO-3的去除率达99%。     

用于处理精细水煤浆燃后烟气的小型管式电除尘器的设计

水煤浆是一种煤基代油燃料 ,精细水煤浆作为水煤浆中的精品 ,在家用取暖锅炉中燃用将成为现实。本试验以管式电除尘为基础 ,模拟烟气并进行单元电除尘试验 ,通过 - 特性曲线确定管体为直径 30 mm、有效长度 2 0 cm的不锈钢管 ,电晕线为 0 .5 mm的圆形不锈钢线 ,确定二次工作电压为 7.5 k V;通过单元试验 ,确定流量为 2 5 L /min时烟尘的驱进速度为 11.16 cm /s;以试验结论为依据进行小型管式电除尘器的设计 ,在烟气排放量为 12 3m3/h,烟气浓度为1.16 g/m3时 ,需单管 5 6根 ,其外形尺寸为 2 2 .4 cm× 2 5 .6 cm× 2 0 cm,运行耗电量为 0 .2 0 k W·h。     

基于微气泡曝气的生物膜反应器处理废水研究

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;生物膜反应器是应用微气泡曝气的可行工艺形式.本研究在生物膜反应器中采用SPG膜微气泡曝气处理模拟生活废水,探讨反应器连续运行过程中,SPG膜空气通透性、溶解氧变化、污染物去除效果及氧利用情况.结果表明,基于SPG膜微气泡曝气的生物膜反应器能够实现长期连续稳定运行,是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.SPG膜表面性质及膜孔径影响其空气通透性,疏水性膜的空气通透性优于亲水性膜;膜孔径越大,空气通透性越好.一定的SPG膜空气通量下,反应器内的溶解氧浓度主要受有机负荷影响.SPG膜微气泡曝气生物膜反应器较优的COD处理负荷(以SPG膜面积计算)为6.88 kg·(m2.d)-1.氨氮的去除主要受溶解氧浓度及生物膜内氧扩散传质的影响,在高有机负荷下生物膜内出现同步硝化反硝化.微气泡曝气的氧利用率显著高于传统曝气方式,在优化的运行条件下,氧利用率可以接近100%.     

新型PP填料生物滴滤法净化高浓度H_2S的实地中试研究

针对制药行业污水处理中水解酸化池的高浓度H2S恶臭气体,采用新型PP填料生物滴滤床处理方法,进行实地中试研究。生物滴滤塔塔形为长方形,填料层高1m,空塔停留时间10.7s,在进气H2S浓度低于1420 mg/m3时,循环营养液pH值0.35,生物去除率保持80%以上。实际工程中,在进气H2S浓度高于1500 mg/m3时,可以增加碱洗预处理工艺,经过2个月的跟踪检测,绝大部分的去除率能保持80%以上,最高去除率可以达到96%以上,出口排放量可控制在250mg/m3以内,符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)的相关要求。     

顶空GC-MS快速分析油漆稀释剂中的苯系物

建立了同时测定油漆稀释剂中常见的7种苯系物的顶空气相色谱-质谱联用(HS/GC-MS)检测方法。研究了顶空条件,包括孵化温度、孵化时间和振动速度,并对色谱参数进行了优化。结果表明:孵化温度60℃、孵化时间20 min、振动速度300 r/min是顶空的最佳条件,DB-5MS UI(30 m×0.25 mm×0.25μm)的色谱柱对7种苯系物在10 min内能进行有效的分离。在优化条件下,7种苯系物的线性范围为0.25~100.0μg/m L,相关系数为0.998 5~1.000,检出限为0.15μg/m L(S/N≥3)。在3个加标水平下,稀释剂中苯系物的回收率在90%~110%之间,相对标准偏差(RSD)是0.5%~6.5%。该方法简单、灵敏,可用于油漆稀释剂中苯系物的快速检测。     

EGSB反应器快速培养厌氧颗粒污泥

在EGSB反应器中接种取自UASB反应器的絮状污泥(占总接种污泥量的4/5)和少量厌氧颗粒污泥(粒径<0.8mm,占总接种污泥量的1/5),对用该反应器快速培养厌氧颗粒污泥进行了试验研究,结果显示:经过35d运行,反应器中的污泥出现明显的颗粒化现象,平均粒径达1.4mm,且粒径分布均匀,中间粒径(1～2mm)的质量分数达61.84%。当进水COD浓度为7500mg/L,容积负荷为52kg/(m3.d),水力停留时间约3.2h,回流比为12,上升流速为3.4m/h时,反应器仍可稳定运行,COD去除率达95.4%,且在此运行条件下,通过排泥维持反应器内的MLSS为45g/L时,污泥的增长最为迅速,经过4～5d,MLSS可达65g/L。     

填料型微生物燃料电池产电特性的研究

将石墨和碳毡作为阳极填料组装成填料型微生物燃料电池,其启动期在1 d左右,低于平板型微生物燃料电池的启动期.碳毡作为填料时,微生物燃料电池的最大产电功率密度为1 502 mW/m2(37.6 W/m3),优于石墨作为填料的MFC.将碳毡与碳纸烧结一体以提高填料型微生物燃料电池阳极的导电性,与平板型微生物燃料电池相比,其面积内阻从0.071 Ω穖2下降到0.051 Ω穖2,最大电流密度从3 000 mA上升到8 000 mA,最大产电功率密度从1 100 mW/m2(27.5 W/m3)上升到2426 mW/m2(60.7W/m3),阳极电势平均下降100 mV.循环流量影响填料型微生物燃料电池的产电能力,当流量低于1 mL/min时,其产电功率密度随流速降低而下降.填料型微生物燃料电池在外电阻为600 Ω下长期稳定运行30 d以上,其库仑效率约为10.6%.     

燃料特性对铁矿石烧结及烟气排放的影响

采用烧结杯试验,从固体燃烧角度出发,探究燃料结构和粒度对燃烧前锋温度及烧结气氛变化的影响。结果表明:随着燃料中煤粉比例逐渐提高(0~100%),烧结速度提高至4.32 mm/min,利用系数提高至0.13 t/(m2·h);转鼓强度先上升后下降,当煤粉比例为25%时,转鼓指数达到最高(58.4%);烟气中NO_x浓度与CO成分分别提高28.34 mg/m3和0.72%,CO能促进NO的还原反应,抑制NO_x生成。全煤条件下,随着煤粉粒径<1 mm的质量分数由50%降低到10%,烟气中NO_x降低了51.33 mg/m3,提高燃料粒度可降低烟气NO_x排放浓度;而延长烧结时间,NO_x总排放量上升。研究结果可为烧结燃料选择及烟气减排提供参考。     

曝气管开孔直径对一体式膜-生物反应器的影响

在中试水平上考察了3种不同开孔直径的穿孔曝气管(A:φ4mm,B:φ2mm,C:φ1mm)对一体式膜-生物反应器整体性能的影响.清水充氧性能试验表明,3种穿孔管条件下的反应器整体充氧性能基本一致;流态特性分析显示,3种穿孔管条件下的反应器流态均近似完全混合流.水动力学特性试验发现,升流区液体表观流速随着升流区曝气强度的增大呈现先上升后趋于稳定的现象,低曝气强度[<120m³/(m²·h)]时穿孔管A条件下的升流区液体表观流速最高,高曝气强度[>120m³/(m²·h)]时3种穿孔管条件下的升流区液体表观流速趋于一致(稳定值约为0.4³m/s),恒通量膜过滤试验表明,穿孔管A条件下的跨膜压差上升速率(0.0382kPa/h)低于穿孔管C(0.05kPa/h).对本中试装置来说,开孔直径较大的穿孔管A的综合性能优于开孔直径较小的穿孔管B和C.     

曝气条件对等温层曝气器水力性能的影响

等温层曝气器内表观水流速度直接影响等温层曝气的充氧效果,针对表观水流速度难以准确计算的普遍问题,系统分析了曝气室内气水两相流运动所受的驱动能量与损失能量,提出了尾涡和顶部能量损失的无量纲表达式,建立了曝气室内水流的一维水动力学模型,以及基于MATLAB真域算法的模型求解方法.采用美国Prince湖等温层曝气器的实际运行数据,对该模型进行了验证,表观水流速度的预测误差在±8％以内,明显低于现有预测误差±20%.当曝气孔直径为2.6mm、曝气量从0.018m3/h增加到0.063m3/h时,曝气室内表观水流速度随曝气量的增加而增加;当曝气量固定,曝气孔直径从2.6mm减小至0.26mm时,表观水流速度随曝气孔直径的减小而增加,而当曝气孔直径进一步减小至0.026mm时,表观水流速度基本不受影响.计算了不同条件下的驱动能量和各项损失能量,揭示了引起表观水流速度变化的内因.建立的水动力学模型可用于指导等温层曝气器的设计和优化.     

位阻胺混合甘氨酸盐溶液吸收CO2的研究

在双搅拌反应釜中研究了位阻胺2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)与甘氨酸钠(SG)混合溶液吸收CO2的性能.实验温度293~313K,混合溶液的浓度为AMP(1.5kmol/m3)+SG (0.2,0.4,0.6,0.8kmol/m3),SG浓度每增加0.2kmol/m3,200min内的平均吸收速率分别提高11.47%,10.07%,9.18%和5.33%.与AMP单一溶液相比,混合溶液在200 min时的吸收容量增加了11.5%~41.1%.在293~313K,吸收速率随温度上升而提高.使用加热的方法进行再生实验,得到1.5 kmol/m3 AMP + 0.6 kmol/m3 SG混合液的最适再生温度为378K.AMP + SG混合溶液的再生效率高于单一SG溶液及AMP + MEA/DEA混合溶液.