基于SD-CA-GIS的环境累积效应时空分析模型及应用

环境累积效应分析强调环境变化的时空放大作用,突出环境要素之间的时空交互作用,从而对环境分析方法的能力提出了挑战.因此,本文在对传统环境分析方法归纳、分析和总结的基础上,以地理信息系统(GIS)为基础平台,集成系统动力学(SD)和元胞自动机(CA)的优点,建立了能够分析时间累积、空间累积效应的SD-CA-GIS模型.以山西潞安矿区作为研究区域,在分析矿区社会、经济、工程和环境等因子之间时空交互作用的基础上,构建了SD-CA-GlS模型.考虑到矿区土地利用变化的特殊性,从影响矿区土地利用变化的驱动因子出发,预测和模拟了矿区2006-2030年土地利用变化的累积状况.结果发现,由于煤炭资源开采等人类干扰活动的影响,研究区在研究时段内,工矿用地、居民用地和交通用地呈现累积性增加,其它土地利用类型累积性减少.同时,由于不同阶段人类活动干扰的种类和强度变化,使得不同土地利用类型的空间扩展变化存在一定的差异.上述研究表明,该模型能够同时考虑时间累积效应和空间累积效应的动态变化,能为环境累积效应的分析和评价提供有效的帮助.     

表面活性剂及其组合洗脱污染土壤中的硫丹

采用序批实验和并行解吸法,研究了添加和不添加Na2SiO3两种情况下,非离子表面活性剂和阴/非离子混合表面活性剂对污染老化土壤中α-、β-硫丹的洗脱效果与动力学特征.结果表明,不添加Na2SiO3时,α-、β-硫丹的洗脱率顺序为Tween80/SDS>Tween 80>Triton X-100.Triton X-100/SDS在100～500 mg·L-1和800～1 000 mg·L-1时的洗脱率分别低于和高于相应浓度的Triton X-100;添加Na2SiO3后,硫丹的洗脱率顺序为Tween 80/SDS>Tween 80>Triton X-100/SDS>Triton X-100,4种洗脱模式对硫丹的洗脱能力均显著提高,其中α-硫丹的洗脱率分别是不加Na2SiO3的1.17～2.73、1.87～4.02、1.85～6.56和1.87～2.85倍.硫丹的洗脱过程可用4参数2室一级动力学模型描述,存在明显的快速洗脱和慢速洗脱阶段;β-硫丹的洗脱速率和洗脱率均低于相应处理的α-硫丹,表明β-硫丹较难从土壤中洗脱;添加Na2SiO3可增大硫丹的快速和慢速洗脱速率常数,减少慢速洗脱的百分率.与其它洗脱模式比较,添加Na2SiO3的Tween 80/SDS能够高效、快速洗脱污染土壤中的硫丹,是一种优良的混合洗脱剂.     

发酵液作为EBPR碳源的动力学模拟

发酵液是一种优质的碳源,能够提高生物除磷系统(EBPR)的除磷效果.采用基于碳源代谢的修正ASM2模型,能够较好地模拟发酵液作为EBPR碳源的动力学变化规律.发酵液作为EBPR唯一碳源时,系统中的异养菌不仅不对聚磷菌(PAO)的生长构成竞争关系,反而促进PAO的生长.发酵液作为实际污水的补充碳源时,优化了污水中的碳源组成,创造了有利于聚磷菌生长的环境,使EBPR中聚磷菌达到微生物总量的40%以上,比实际污水作为碳源的EBPR中的PAO含量提高了3.3倍.     

基于废陶瓷的多孔陶瓷研制及其对Ni2+的吸附性能

通过SEM、XRD、FT-IR表征及多孔陶瓷对废水中镍的去除能力,确定多孔陶瓷的制备条件:原料中田菁粉掺杂质量分数为4%,焙烧温度为800℃.SEM和孔结构表征说明,焙烧使多孔陶瓷形貌、结构发生变化;随着焙烧温度的升高,多孔陶瓷的比表面积和孔容呈现降低的趋势,而孔径呈现增大的趋势;EDS分析能表明,原废瓷粉和多孔陶瓷的主要元素组成均为Si、Al、O.SEM、XRD和FT-IR分析表明,多孔陶瓷吸附前后结构稳定.吸附Ni2+的系列实验表明,多孔陶瓷用量为10 g·L-1,吸附时间为60 min,进水pH值为6.32,进水Ni2+浓度在100 mg.L-1以内.在此条件下废水的Ni2+去除率可达89.7%,多孔陶瓷对废水中镍有较好的去除效果.以制备的多孔陶瓷处理含镍废水,考察多孔陶瓷对废水中Ni2+的吸附动力学和吸附等温线,结果表明,多孔陶瓷对Ni2+的吸附过程符合准二阶动力学模型(R2=0.999 9),Qe为9.09 mg·g-1;吸附过程可用Freundlich方程和Langmuir方程来描述,温度由20℃升高至40℃,最大吸附量Qm由14.49 mg·g-1上升至15.38 mg·g-1.     

硫酸钙垢层清洗方法研究

从化学热力学角度和沉淀转化角度,理论上分析了碳酸钠、氢氧化钠分别与硫酸钙发生化学反应的可能性和反应进行的限度。并结合动力学规律,提出影响化学反应的条件,通过实验进行检验。最后提出,在实际工作中,达到良好清洗目的可采取的措施。     

潜流人工湿地处理农村生活污水动力学研究

考察潜流人工湿地处理农村生活污水的运行效果,并探寻一级动力学常数的空间变化情况,采用"厌氧调节池+二级串联潜流式人工湿地"工艺处理农村生活污水。结果表明,经过3个月运行后人工湿地对污水中COD、TP、TN和NH3-N的去除率分别达到了79.13%,71.54%,57.26%和60.01%。通过湿地原位检测显示以上各类污染物在生物床内都有较明显的沿程下降趋势,在床体的前半部分污染物的降解较快,后半部分相对缓慢。农村生活污水中污染物去除动力学符合一级动力学模型,一级生物床中COD、TP、TN和NH3-N的去除,Kv均值分别为3.048、2.469、1.625和1.695;二级生物床中Kv均值分别为2.542、1.946、1.383和1.453。生物床Kv呈现出减小的趋势说明生物床前端对各类污染物的降解速率比后端快。生物床间的跌水池的复氧,增加了二级生物床前端的Kv,提高了对污染物的降解速率。     

厌氧氨氧化工艺脱氮及其污泥形态的研究

为研究厌氧氨氧化工艺对高浓度含氮废水的脱氮性能,在以聚乙烯海绵作为填料的上流式厌氧固定床反应器中利用人工配置高浓度含氮废水进行了实验研究.实验中通过添加充足无机碳源,实现了厌氧氨氧化反应器在总氮浓度900～1 210 mg/L长期稳定的运行,脱氮效率在80％以上,最高氮负荷为5.9 kg/m3·d.结果表明:充足的无机碳源在一定程度上可有效地降低高浓度亚硝氮对厌氧氨氧化菌的抑制作用.通过对污泥性状的研究,明确寻找出污泥上浮的原因所在.通过Stover-Kincannon模型确定系统动力学参数KB和Umax分别为30.2 g/L·d和2L2g/L·d,这将有助于对该厌氧氨氧化系统各控制条件的有效调节和准确设定,也为日后应用于实际工程中提供重要的理论依据.     

生物过滤塔净化甲醛废气的动力学研究

选用榛子壳作为反应器的填料,利用沈阳北部污水处理厂的活性污泥对填料进行挂膜,由低到高通入甲醛气体进行驯化。在系统稳定后进行了生物过滤塔净化甲醛气体的实验研究,并建立了生物过滤塔降解甲醛气体的动力学模型。结果表明,入口气体浓度在低于25mg/m3时,甲醛废气的净化效率可保持在97％以上,超过此浓度值时,效率明显下降。随着进口气体流量的增加,净化率逐渐下降,由入口流量为0．2m3／h时的97．25％下降到入口流量为0．8m弧时的57．2％。根据现有动力学模型及本实验得出数据所建立的生物过滤塔净化甲醛气体的动力学模型,可以较好地模拟系统处理甲醛废气的实验结果,验证了模型的正确性。     

六种有机物在亚/超临界水中氧化的反应动力学研究

为了给超临界水氧化设备工业化应用提供指导思路,本文设计制作了一套连续化的超临界水氧化仿工业化装置(压力为24MPa,H2O2过氧量倍数为3倍),选取甲基红、靛红、苯磺酸、对氨基苯磺酸、对二甲氨基苯甲醛、2,4-二硝基苯肼6种芳香烃化合物进行了从亚临界过渡到超临界状态下的水氧化试验,并以总有机碳(TOC)为表征研究了6种化合物的去除效果,以幂指数方程描述了6种化合物从亚临界到超临界的反应动力学参数。结果表明:6种有机物在亚临界至超临界点时间段内,反应物TOC的浓度随时间的变化呈现良好的线性下降趋势,且在亚临界状态下,足够的反应停留时间就能取得较好的TOC去除效果,而在超临界状态下,反应过程十分迅速,在较短的反应时间内也会取得较好的TOC去除效果,但随着反应时间的增加,在几分钟之内,TOC的去除率随时间的变化还是较为明显;6种有机物的反应活化能介于26.2～54.341kJ/mol之间,表明不同结构化合物SCWO反应的温度升高效应不同。     

Fenton氧化法处理有机污染物的降解规律探讨

为了预测新生或缺乏试验数据的含有机污染物废水的治理效果,本文通过试验对Fenton氧化法降解芳烃类、卤代物、杂环类等28种有机污染物的规律进行了研究。结果表明:在Fenton反应初始阶段,氧化反应剧烈,反应过程基本符合一级动力学方程,但随着时间的延长,反应趋于平缓;28种有机污染物色度平均去除率(Rcolor)为80.8±30.3%,TOC平均去除率(RTOC)为39.8±30.3%,约为色度平均去除率的0.44倍;以色度为表征的一级反应动力学常数(Kcolor)均大于对应的以TOC为表征的一级反应动力学常数(KTOC),且色度去除效率更高;Fenton氧化法对不同有机污染物的去除效果有显著差异,分子结构对称性强、水溶性较差的有机污染物如偶氮苯、蒽醌等的降解效果相对较差,而苯酚、苯胺等水溶性较好的有机污染物的降解效果相对较好,表明水溶性是影响有机污染物降解效果的重要因素。