沼气增温与控制系统的设计与仿真

冬季北方寒冷地区温度偏低,难以满足大中型沼气厌氧发酵系统对于温度的要求。为了解决该问题,针对天津地区某奶牛场沼气工程,设计了一套回收发电机余热并辅助电加热为发酵罐体供热的沼气增温控制系统,且实验确定最佳控制温度为35℃。在该系统中,罐体内部均匀布置竖直型循环加热管路,从而使料液温度分布更加均匀,热响应更加迅速,6 d左右即可将发酵罐内发酵料液提升到所需最佳温度;另外,采用罐内部温度及循环水流量的反馈调节,使料液的温度波动维持在±1℃范围内,解决了在冬季由于温度过低而导致沼气产气率偏低、甚至停滞的问题;同时,采用MATLAB软件对基于F-PID及传统PID的温度控制系统进行了仿真。对比结果表明,F-PID控制器较传统PID控制器超调量减小3℃,响应时间缩短60%,表明F-PID系统具有更高的效率、稳定性及实用价值。     

臭氧预处理制备PVDF接枝SSS离子交换膜

为了降低离子交换膜的制膜费用,同时为后期微生物燃料电池中的应用提供依据和参考,实验研究了用臭氧预处理过氧化苯甲酰（BPO）引发条件制备聚偏氟乙烯（PVDF）接枝对苯乙烯磺酸钠（SSS）聚合物（PVDF-g-SSS）。傅里叶红外分光光度计（FT-IR）确认了产物的化学组成,用溶剂挥发法制得离子交换膜（PS膜）。通过X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了膜的结晶形态及膜面元素组成,并考察SSS单体用量对膜的离子交换容量、电导率及亲水性等性质的影响。结果表明：接枝反应对PVDF晶型影响较小,PS膜表面有S元素生成;臭氧处理后PVDF易与SSS发生接枝聚合反应,且离子交换容量与SSS单体用量成较好的线性关系,当PVDF/SSS的配比为1：5,PVDF-g-SSS占铸膜液含量的5%时,PS膜的最高离子交换容量可达2.5 mmol·g-1,电导率可达0.046 s·cm-1。     

土壤电阻加热技术原位修复有机污染土壤的关键问题与展望

为解决我国近年来重污染企业搬迁遗留的有机污染土壤问题,土壤电阻加热修复技术(electrical resistance heating,ERH)等热处置技术日益受到重视。ERH是目前修复挥发性、半挥发性有机污染土壤最具有潜力的原位热修复技术之一,其污染物去除率及土壤性质变化是用以评估该土壤修复技术的核心指标。在查阅文献的基础上,系统分析了热处置及电阻加热技术相关原理与适用范围,并对ERH处置过程中土壤性质可能发生的变化进行了深入讨论,以期为我国有机污染土壤原位热修复技术的推广和应用提供参考。     

给水厂铁铝泥构建过滤柱去除富营养化河水中过量磷

为避免因FAS释放过量有机物和氮而产生的潜在不利影响,分析了以给水厂铁铝泥(FAS)构建过滤柱处理富营养化河水的特征与机制,研究了以厌氧热处理改性后的FAS作为辅助基质(2%)构建过滤柱。结果表明：在对其他性质无影响的情况下,FAS的添加显著提高了过滤柱对水体中磷的去除率,促使出水磷浓度在整个运行期间小于0.01 mg·L-1;被FAS吸附的磷主要以NaOH提取态、HCl可提取态和残渣态存在。高通量测序分析结果表明,FAS的添加促使过滤柱中富集了Rhodoplanes、Sulfuritalea、Nitrospira、Leucobacter、Geobacter、Dechloromonas等有助于生物地球化学循环和复合污染控制的菌群。FAS作为辅助基质构建过滤柱可有效控制富营养化河水中磷污染。     

氢氧化钠吸收液-离子色谱法测固定污染源废气中的氯气

建立了氢氧化钠吸收液-离子色谱测定固定污染源废气中氯气的方法。研究采样和分析条件,采用50 mL冲击式吸收瓶,以氢氧化钠为吸收液,利用硫代硫酸钠将样品中的次氯酸完全转化为氯离子,过滤后用离子色谱进行分析。可在采样时选择0.3 μm石英滤膜消除颗粒物干扰,在氢氧化钠吸收液前串联硫酸吸收液消除氯化氢干扰。测试结果显示:氯离子曲线线性关系良好,相关系数为0.999 0;方法检出限为0.02 mg/m³,测定下限为0.08 mg/m³;空白加标的相对标准偏差为0.82%~1.4%,加标回收率为98.0%~107%;实际样品基体加标的相对标准偏差为1.8%~2.7%,加标回收率为98.0%~104%。测试结果表明该方法具有较高的精密度和正确度。     

孟加拉国饮用水砷污染控制策略与方向

孟加拉国是“一带一路”重要节点国家,经济社会快速发展,正从“最不发达国家”进入到“发展中国家”行列。同时,孟加拉国是全世界砷污染最严重的国家之一,其地下水砷污染形成过程与环境地球化学机制、人群砷暴露途径与风险水平、砷中毒机制与控制原理等在全球范围内具有重要研究价值。此外,孟加拉国政府和国际社会为控制饮用水砷污染开展了大量工作,已取得很好的成效。以饮用水砷污染及其健康风险控制为目标,制定科学、合理、有效的砷污染控制策略,对于孟加拉国在全国范围内从根本解决饮用水安全问题具有重要意义。     

Engelbart SST工艺农村生活污水一体化治理设备的应用效果及运行能耗

针对农村生活污水水质水量波动性大的特点,应用基于Engelbart SST工艺的一体化处理设备对农村生活污水进行了处理,并考察了该设备在水质波动情况下的处理效果与运行能耗。结果表明,在DO为0.3~0.5 mg·L⁻¹、回流比为1 000%~2 000%、HRT为12~15 h、MLSS为5 600~8 800 mg·L⁻¹的工艺条件下,配合化学除磷,设备COD、NH₃-N、TN、TP平均去除率分别可达到95.3%、94.9%、78.9%、92.2%。该设备表现出了良好的抗波动能力,在COD、NH₃-N、TN处理负荷较设计值波动幅度分别为−39.7%~171.0%、−34.8%~96.9%、−45.0%~61.1%的条件下,出水COD≤50 mg·L⁻¹、NH₃-N浓度≤5.0 mg·L⁻¹、TN浓度≤15 mg·L⁻¹。该设备利用曝气自动控制系统在经济DO条件下运行,吨水能耗为0.24~0.33 kWh。本研究结果可为农村污水处理的技术选择和运行提供参考。     

基于人工模拟雾霾装置的颗粒物沉降效果分析

雾霾对人类生活生产的影响日益严重,雾霾治理的研究逐渐受到重视,然而自然雾霾天气的不可预测性增加了研究难度。根据雾霾的组成特点,设计并搭建了一套人工模拟雾霾装置,对雾霾颗粒物的沉降效果进行浓度监测和分析。模拟结果表明：各种环境下,PM₁₀的浓度和沉降速率最高,总浓度占比保持在40%以上,PM_2.5浓度占比约为35%,PM₁浓度最低,仅占20%~25%;有风环境下,颗粒物的沉降速度明显提高,当沉降时间达到130 min后,PM₁的浓度达到20% 以下。装置成功模拟了100 min以上的重度雾霾以及20 min的中度雾霾,可为雾霾治理的研究提供稳定可控的实验环境。综合上述结果,将PM_2.5和PM₁凝结成PM₁₀,可加速雾霾的消散,对雾霾治理具有重要参考价值。     

不同臭氧催化氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果及能耗分析

老龄垃圾渗滤液因其成分复杂且可生化性差,故传统技术无法对其进行有效降解,且利用臭氧催化氧化体系处理垃圾渗滤液缺乏系统性评估报道。为解决上述问题,采用臭氧/过二硫酸盐(${{\rm{S}}_2}{{\rm{O}}_8^{2 - }}$,PS)、臭氧/过一硫酸盐(${\rm{HS}}{{\rm{O}}_5^ -} $,PMS)和臭氧/过氧化氢(H₂O₂)氧化体系,探讨了处理老龄垃圾渗滤液的可行性,考察了初始pH、温度、O₃及H₂O₂、Na₂S₂O₈、KHSO₅的投加量等因素对其处理效果的影响,并对其能源效率进行了分析。结果表明,优化条件下,O₃/PMS、O₃/H₂O₂和O₃/PS的单位数量级能耗(electrical energy per order,EE/O)分别为1 007.5、1 233.7、662.6 kWh·m⁻³,O₃/PMS氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果与O₃/H₂O₂氧化体系相似,且优于O₃/PS。由综合处理效果与能耗评估结果可知,O₃/H₂O₂氧化体系最佳,在温度为25 ℃,pH=6,O₃和H₂O₂投加量分别为3 g·h⁻¹和2 125 mg·L⁻¹,反应时间为60 min条件下,能耗最低,EE/O降至443.9 kWh·m⁻³,且TOC去除率和反应速率常数分别为27.1%和0.005 3 min⁻¹,BOD₅/COD也由0.18增至0.26。综合上述结果,基于臭氧体系的高级氧化法能耗较高,可将臭氧催化氧化与低成本的生物处理技术相结合,从而实现对污染物高效经济降解。上述研究结果可为臭氧高级氧化技术的工程化应用提供参考。     

基于风险梯度的化工企业事故风险定量评估

为了定量分析区域内重大危险源所构成的风险,为事故风险防控提供科学依据,基于风险场理论对某区域内2家化工企业进行风险分析,得出2家企业所对应的风险值计算公式,并生成2家企业所对应的风险等值面和风险等值线;引入最速下降法,利用负梯度搜寻风险的最快下降方向,得出事故的最优风险降低路径。研究结果表明:甲企业中接近1/2的区域为Ⅲ级风险区域,其余区域为Ⅱ级风险区域,乙企业中大部分区域为Ⅱ级风险区域,仅少部分区域属于Ⅲ级风险区域。相较而言,乙企业中5条最优风险降低路径里程更短,人员分配情况更为合理,更具安全优势;甲企业事故风险更大,更需要完善相关安全措施以免发生事故。