活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)Ⅰ:模型建立

由活性污泥系统内生物场、水力场和温度场之同相互影响关系分析以及活性污泥系统多场耦合模型研究现状可知,当前亟需建立既能准确反映活性污泥系统污染物质去除过程.同时又充分考虑水力及温度作用的多场耦合模型,基于活性污泥系统内生物场、水力场和温度场之间相互影响关系的研究,以全耦合活性污泥模型(FCASM3)为新平台,采用一维对流-弥散方程的形式建立了活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp),该模型充分考虑了生物场、水力场和温度场三者之间的相互作用.     

基于降解-渗流-温度耦合模型的渗滤液回灌数值模拟

渗滤液回灌能加速生化反应器填埋场的稳定,而回灌参数决定了回灌加速效果.为研究不同回灌条件下填埋场的稳定化进程以选择最佳回灌参数,在考虑含水率、VFA浓度和温度对垃圾降解影响的条件下,基于COMSOL Multiphysics 5.0建立了二维降解-渗流-温度耦合回灌模型并进行了验证;并采用本模型模拟单次回灌量为4 L的点源回灌,回灌频率分别为1、2、3 d·次-1,结果显示2 d·次-1的回灌条件下填埋场最先达到相对稳定状态;对比分析VFA浓度、垃圾降解速率、甲烷菌浓度的变化趋势,结果表明高回灌频率更有利于填埋场加速进入甲烷化阶段,而在确保含水率低影响的情况下低回灌频率更有利于进入稳定化阶段,因此实际工程中要综合考虑以选择合适的回灌参数.     

活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)Ⅱ:模型校验

以采用AAO工艺的德清县狮山污水处理厂作为生物场-水力场-温度场耦合模型校验的现场试验基地.针对AAO工艺的特点,按照物料平衡原理分别对厌氧池、缺氧池、好氧池等各反应池内物质变化关系进行数学表征,建立了AAO工艺生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)以及生物场-水力场耦合模型(FCASM3-Hydro).以若丹明B作为示踪剂于该厂进行了现场示踪实验,测得厌氧池、缺氧池和好氧池的水力弥散系数.依据试验所得数据,实现了对FCASM3-Hydro耦合模型以及FCASM3一Hydro-Temp耦合模型的现场模拟校验.校验结果表明,FCASM3-Hydre-Temp耦合模型能够实现活性污泥系统污染物质生物去除与水力场和温度场耦合变化过程的动态模拟.     

基于水动力-力学耦合方法的岩溶塌陷预测

岩溶塌陷是危害性较大的地质灾害之一,预测岩溶塌陷是目前公认的难题。基于Terzaghi固结理论和GMS软件建立了地下水动力学-岩土力学耦合数值模型,并利用该模型对武汉市青菱乡塌陷区的某地块土-岩交界处溶洞塌陷进行了数值模拟分析与预测,分析了地下水位升降及降雨入渗作用对岩溶塌陷的影响。结果表明:地下水位快速升降时,大气降雨加速了土洞破坏,引起地面塌陷的范围最大;孔隙水位、岩溶水位同时下降时,地表沉降的幅度最大。基于地下水流场的力学耦合方法用于典型岩溶工程问题岩溶塌陷的空间预测与定量分析,其预测结果客观可靠,可为同类工程地质问题提供借鉴。     

活性污泥法污水处理厂生物-水力耦合建模及校验研究

为了考察生物反应器中水力流场对污染物质生物去除效果的影响以及研究生物代谢模型对生物除磷效果模拟的情况,在FCASM1模型的基础上,结合Delft磷代谢机理模型的思想,建立完全耦合活性污泥2号模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.2,简称FCASM2);并通过一维纵向对流-弥散方程与生物场耦合,建立了生物场-水力流场耦合新模型--FCASM2-Hydro耦合模型.污水处理厂模拟结果表明,生物场-水力流场耦合模型(FCASM2-Hydro)比非耦合模型对污染物质去除过程的描述更符合实际情况.在对30d的污水处理动态模拟结果中,FCASM1和FCASM2两个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势一致,而且FCASM2的模拟值比FCASM1的模拟值更符合实测结果;在3d的污水处理动态模拟结果中,这2个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势基本一致.     

水蚯蚓-微生物共生系统脱氮除磷最佳运行工况数值模拟研究

以前置厌氧池的氧化沟工艺为研究对象,根据氧化沟溶解氧分布情况,将氧化沟简化为1个缺氧段以及3个好氧段,并在第1好氧段中悬挂生物填料接种水蚯蚓,建立"水蚯蚓-微生物共生系统",通过溶解氧、混合液回流比、污泥回流比的控制保持该系统的微生态平衡.从水蚯蚓动力学角度改进提出T-FCASM新模型,建立并校验"水蚯蚓-微生物共生系统"生物场-水力场耦合模型(T-FCASM-Hydro),根据单因素试验和多因素正交试验分别模拟不同水平溶解氧、混合液回流比、污泥回流比对氧化沟中"水蚯蚓-微生物共生系统"脱氮除磷效果的影响.正交试验的方差分析结果显示,当好氧段1溶解氧为6.5mg.L-1、混合液回流比为100%、污泥回流比为100%时氧化沟可保持最佳脱氮除磷效果.     

一维非稳态河流水质模型的一种数值解法

根据实际情况需要，讨论了一维河流在非稳态条件下难于解析法求解时的一种数值法－隐式差分法，在此基础上，为了对实际工作中相应河流模式计算提供借鉴和参考。应用微机对这种方法进行了模拟计算和结果分析。     

基于COHERENS模型的污染物质输运数值模拟

以COHERENS模型为基础,建立了长江下游感潮河段三维水流及污染物质输运数学模型,该模型通过σ坐标变换,使整个水域垂直方向可采用相同的分层。基于模态分裂法,将三维流动分成表面重力波(外模式)和内重力波(内模式);模型求解技术上采用算子分裂法,使用了superbee限制器TVD格式,减小非物理的数值虚拟震荡。选取长江常熟段为例,模型较好的模拟了感潮河段三维流场及污染带分布特征。该成果对感潮地区污染物输运规律及水污染控制具有指导意义。     

活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)Ⅲ:水力及温度的影响

建立生物、水力及温度耦合模型模拟预测水流状态以及温度对污水处理效果的影响.利用校验完成的生物场-水力场耦合模型(FCASM3-Hydro)以及生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)对德清县狮山污水处理厂的AAO工艺系统进行模拟,分别考察反应池Pe准数值以及温度对污水处理效果的影响.由FCASM3一Hydro模拟厌氧池和好氧池不同Pe值条件下污染物质出水结果分析可知,好氧池中水力推流作用的强弱直接决定着污染物质的出水浓度值,厌氧池的水流作用对污染物质的浓度变化影响并不十分显著,FCASM3-Hydro-Temp对进水温度影响污染物质去除效果的模拟结果表明,低温对NH4+-N的处理明显不利,高温对PO43--P的处理不利,若系统进水温度在10～40℃范围内波动将不会对污水处理效果造成显著的影响.     

树皮配比对污泥生物-物理联合干燥中试的影响

污泥生物-物理联合干燥技术具有停留时间短、能耗低、减量显著等优势。研究利用自主研制的污泥生物-物理联合干燥反应系统考察了脱水污泥:树皮分别为5:3,7:3和9:3时,污泥生物-物理联合干燥过程中温度、含水率等参数的变化规律。结果表明,污泥温度随干燥时间的延长先增大后减小,含水率随反应时间延长逐渐降低。当脱水污泥:树皮的比例为7:3时,污泥温度迅速升高,在48 h达到3组辅料配比最大值59℃,而后迅速降低,经过168 h处理后含水率从78.6%降低到60.9%,获得水分去除率的最大值57.6%。向脱水污泥中添加适量树皮,能提高其生物-物理联合干燥过程中污泥温度,增强水分去除效果。     

热-水-力耦合条件下花岗岩裂隙开度的变化

地质选址考察和地基分析对地下空间工程建设十分重要。以浙江舟山地区花岗岩为样本,在地质勘测的基础上对热-水-力耦合条件下岩体裂隙的开度进行了数值模拟分析与计算。结果表明：在热-水耦合条件下,花岗岩裂隙的开度随着时间的增加先迅速增大,然后趋于稳定,距裂隙入口20 mm处热应变增大明显,但热应变范围在10^-5量级;在热-水-力耦合条件下,5 MPa围压下岩体裂隙变形程度较3 MPa围压下更大,裂隙的开度受耦合作用影响显著,裂隙的开度随着围压的增大而不断减小,导致花岗岩裂隙内部渗流能力降低。该研究结果可为花岗岩岩体裂隙稳定性研究提供参考。     

化工厂火灾-泄漏耦合作用下氯气扩散的数值模拟

为研究化工厂火灾和有毒气体耦合作用下的气体扩散规律,采用FDS软件分别对某化工厂氯气泄漏、火灾和火灾-泄漏耦合条件下的氯气泄漏扩散进行了数值模拟,研究了火源功率、氯气泄漏时间等参数对环境温度和氯气浓度分布的影响规律。结果表明:化工厂氯气泄漏条件下,氯气主要在风的作用下沿着地面快速向下风向扩散;火灾条件下,厂房内的温度主要是以火源为中心随着距离的增加逐渐降低;而火灾-泄漏耦合条件下,氯气的泄漏扩散和火灾温度场都会发生显著的变化,一方面火灾产生的高温和热气流会使一部分原本沿着地面扩散的氯气在火源上风向附近向上扩散,同时下风口的火灾对氯气的扩散具有一定的阻隔作用,会减缓氯气向出口处扩散,另一方面泄漏出来的氯气会吸收空气中一部分热量从而降低泄漏口附近的温度。该研究结果可为化工厂危险区域的划分及事故救援提供参考。     

基于MIKE耦合模型的入河污染模拟与控制效能研究

为解决沙河水库流域河道水质差、水环境退化等问题,以主要超标污染物CODCr、NH3-N和TP为指标,应用MIKE 11、MIKE SHE及ECO Lab构建流域水文水动力及水质耦合模型,探究污染物的迁移转化规律,并进一步评估不同控制措施下的河道水质改善效能.研究表明:耦合模型在研究区具有良好的适应性,水动力模拟精度良好...     

可见光光催化-生物法直接耦合降解环丙沙星废水的行为及生物响应机制

考察了光催化-生物降解直接耦合体系(ICPB)对环丙沙星(CIP)的降解行为,着重探讨了不同反应条件对ICPB体系降解CIP效率的影响及ICPB中生物响应与关键作用。结果表明：ICPB反应体系中,载体投加量为30%,光照强度为50 klux,反应初始pH值为7,ρ(DO)为5～6 mg/L时,CIP去除效果最佳,并可在较宽CIP浓度范围内(5～30 mg/L)具有较高的去除率,且其降解效率(90%)明显优于单独光催化(80%)和单独生物降解(50%)。生物膜观察结果阐明,ICPB载体内部生物膜未受到显著伤害,并且微生物通过利用CIP光催化氧化形成的小分子中间产物存活并对这些产物进行进一步生物降解,从而达到完全矿化。ICPB中生物膜通过Ferruginibacter、Clostridium、Stenotrophomonas和Comamonas等菌属的富集来适应环境胁迫,同时生物群落结构的演替对于微生物存活有着重要意义。     

几种模型物质在氯化中形成THMs、HAAs的特性研究

以胃蛋白酶(蛋白质)、谷胱甘肽(氨基酸多肽)、葡萄糖(糖类)作为模型物质代表藻来源有机物,并以Fluka腐殖酸为对照,研究其耗氯量、三卤甲烷(主要是氯仿)、卤乙酸(主要是二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA))的形成情况.结果显示4种模型物质在氯化后,其余氯在前2 h迅速降低,6 h后则下降速度渐缓;其中耗氯量最大的是谷胱甘肽(96 h:7.1 mg·mg^-1(以每毫克碳计,下同)),其次是胃蛋白酶(96 h:4.2 mg·mg^-1)、腐殖酸(96 h:3.0 mg·mg^-1),而葡萄糖最小(96 h:0.7 mg·mg^-1).4种模型物质氯仿、DCAA、TCAA的生成速度也是在起初的2 h较快,随后渐缓;但从单位碳的产量来看,腐殖酸和胃蛋白酶形成氯仿(96h: 15.1~55.2 μg·mg^-1(以每毫克碳计,下同))、DCAA(96 h: 15.1~55.2 μg·mg^-1)、TCAA(96h: 15.1~55.2 μg·mg^-1)均较多,而谷胱甘肽、葡萄糖则相对较少(氯仿-96 h:2.5~5.1 μg·mg^-1;DCAA-96 h:0.6~8.0 μg·mg^-1;TCAA-96 h:0.12~3.8 μg·mg^-1);而从前驱物特性来说,氯仿、TCAA的前驱物具有较高的芳香度(即高的SUV₂₅₄值),而DCAA前驱物的SUV₂₅₄相对较低.对于富含蛋白质、多肽、糖类等的富营养化饮用水源,则要格外注意饮用水中DCAA所带来的健康风险.     

一种改进的MSBR工艺脱氮除磷性能的仿真模拟与试验研究

针对6池MSBR工艺除磷效果不佳和污泥上浮问题,通过新增厌氧池、调整浓缩池位置对其进行改造,提出了一个改进的7池MSBR工艺．应用活性污泥2号模型(ASM2)分别对两种工艺进行了仿真模拟,结果表明,改进工艺具有较好的脱氮除磷性能．在此基础上对7池MSBR工艺开展了实验室试验,试验结果显示,新工艺对耗氧有机物(以COD值计)、NH2．N、TP的去除率分别为94．2％、81．4％和88．7％,脱氮除磷效率均高于有关献报道的6池工艺．新工艺妥善处理了脱氮除磷等各单元之间的关系,因而强化了除磷脱氮能力．试验结果与模型模拟结果基本吻合,表明活性污泥模型对新工艺的开发具有一定的指导意义．     

基于邓肯-张模型的黏土心墙堆石坝有限元数值模拟分析

基于邓肯-张非线性弹性材料模型,对云南省某在建黏土心墙堆石坝逐层填筑施工和正常蓄水+9度地震作用两种工况情况下的坝体应力和变形进行了有限元数值模拟与分析。结果表明:由于存在"内部拱效应",过渡层出现应力集中,心墙出现应力迅速降低;填筑竣工后的大坝应力分布和位移符合一般规律,但9度地震作用下可能会引起大坝失稳,建议采取一定的工程措施,提高坝坡的抗震稳定性。     

利用生活污水提升厌氧-生物电化学耦合系统处理染料废水的效能及关键功能微生物研究

构建了厌氧生物处理过程与生物电化学过程耦合(AD-BES)的废水处理系统,以生活污水为碳源,研究了AD-BES系统对偶氮染料橙黄II的强化去除效果,分析并优化了AD-BES反应器降解橙黄II染料的关键影响因素,包括生活污水所占比例、电解质Na_2SO_4的浓度等因子.结果表明,生活污水作为廉价碳源能够有效提升橙黄II的脱色效率.在8 h降解时间内,生活污水所占比例为1时的脱色效率比生活污水所占比例为1/3时提升了35.8%.进一步研究发现,通过添加电解质Na_2SO_4能够继续提高橙黄II的脱色效率,在0～0.025 mol·L~(-1) Na_2SO_4范围内,随着Na_2SO_4浓度的提高,脱色效率持续升高,通过优化,在0.025 mol·L~(-1)时反应4 h后脱色率达到90.1%,7 h后达到98%,对COD的去除量达到159 mg·L~(-1).通过对碳纤维电极进行扫描电镜(SEM)测试和电极上的生物膜高通量基因测序,发现在微电流刺激下碳纤维电极上快速富集了相对丰度较大的功能菌群,主要包括具有胞外电子传递能力的Proteobacteria(变形菌门)和降解复杂碳源能力的Bacteroidetes(拟杆菌门)中的功能菌属.     

基于两种耦合方法的模拟-优化模型在地下水污染源识别中的对比

采用一种基于模拟-优化模型的方法对地下水污染源进行识别研究.模拟-优化模型分别采用响应矩阵法和状态转移方程法进行耦合,并利用遗传算法求解,经过多次迭代,使得模拟结果与观测数据的误差达到最小.最后,通过一个假想例子评估模拟-优化模型的性能,同时比较应用不同耦合方法的计算结果.研究表明:应用响应矩阵法耦合模拟-优化模型所得结果的绝对误差范围为0.1~1.6g/L,应用状态转移方程法时,绝对误差范围为0~5.2g/L,因此,采用遗传算法求解模拟-优化模型能够有效且准确地得到地下水污染源的释放量,可以应用于地下水污染源识别问题,并且采用响应矩阵法耦合模拟-优化模型优于状态转移方程法.     

A2/O工艺污水处理厂运行参数优化的数值模拟

为了确定活性污泥系统A2/O工艺的最佳运行工况,将FCASM2-HYDRO模型应用于德清狮山污水处理厂A2/O工艺污水处理过程的数值模拟中.根据FCASM2-HYDRO模型分别建立了厌氧池、缺氧池、好氧池的数值模拟方程.采用有限元法求解,并使用MATLAB语言建立一套数值模拟程序.利用数值模拟程序分别模拟了工艺参数条件、流量、进水碳氮磷比对德清狮山污水处理厂污水处理效果的影响.由数值模拟结果得到了该厂目前最佳的运行工况:污泥回流比为50%,混合液回流比为100%,泥龄为15d,进水COD:NH4 -N:PO34-P比控制为100:8:1.