系统动力学模型在城市发展规划环评中的应用——以山西省临汾市为例

鉴于作为评价对象的城市社会经济环境复合系统具有多目标、多要素、动态关联等突出的系统动力学特征,选择和应用系统动力学方法开展城市发展规划环评在理论上具有可行性和技术优势.作为典型资源型城市的山西省临汾市正面临转变发展方式和加快环境治理的紧迫要求,本文依托该市转型发展规划环评工作,在全面识别和剖析城市发展要素、现状问题及其成因基础上,以经济发展、产业结构、节能减排和环境改善为重点研究了规划要素间的动态反馈关系,以此构建城市转型发展规划环评SD模型,并对4个规划替代方案进行模拟和评价.结果显示,在环境目标刚性约束下所有替代方案均不能实现人均GDP翻番的较高经济增长目标,其中以较强环境约束为特征的"方案III"具有最好的环境与经济综合效果.据此评价建议临汾市应在确保实现环境改善目标的前提下主动放缓工业增长速度,同时加快以"煤焦铁电"为代表的主导产业结构调整并继续加大节能减排力度,全面提高城市可持续发展能力.     

模拟环境条件下δ-MnO_2氧化As(Ⅲ)的搅拌流动动力学特征

采用搅拌流动法研究了酸性水钠锰矿及水羟锰矿2种δ-MnO2矿物氧化As(Ⅲ)的动力学过程,构建了可用于多相体系的搅拌-流动氧化还原反应动力学模型.经过As吸附量的校正后,该模型对酸性水钠锰矿及水羟锰矿氧化As(Ⅲ)动力学数据拟合度分别为0.980和0.951,模型拟合得到pH 7时2种矿物单位比表面上氧化As(Ⅲ)的初始反应速率常数k分别为0.131,0.014min-1·m-2.相比而言,该速率常数明显高于批量法得到的表观速率常数kobs,0.021,0.001min-1?m-2更接近真实的化学动力学参数.搅拌流动法与批量法得到的不同矿物的速率常数大小趋势一致,即尽管酸性水钠锰矿对As(Ⅲ)的氧化率低于水羟锰矿,单位比表面上酸性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)初始反应速率却远高于水羟锰矿.反应过程分析表明,反应初始阶段,As(Ⅲ)的吸附为主要限速步骤;而随着反应的进行,矿物表面反应位点逐渐钝化或减少,反应位点数量成为限速步骤.     

改性小麦秸秆的制备及其对水中亚甲基蓝的吸附性能

用碳酸钾(K2CO3)溶液活化法成功地制备改性小麦秸秆。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和静态吸附试验对改性前后样品的组成、形貌和吸附性能进行表征和测定,对比了秸秆改性前后的结构和组成变化。结果表明:改性后小麦秸秆半纤维素被部分溶解,出现了多孔疏松的结构。改性小麦秸秆用量、溶液p H和亚甲基蓝的浓度在一定范围内增大有助于改性小麦秸秆对亚甲基蓝吸附速率的提高,吸附类型符合Langmuir吸附等温方程模型且属于拟二级动力学吸附过程。     

UASB处理酒精废水耐冲击特性与颗粒污泥分析

针对UASB耐冲击能力低的问题,采用短暂冲击负荷的方法进行52 d中试研究,并考察接种絮状污泥的UASB对以污冷凝水为主要成分的酒精废水的处理效果,结果表明,UASB呈现较强耐冲击负荷能力;第49天产气速率最高,可达3.03 L/(L·d),反应器内形成了粒径0.5~1.5 mm的颗粒,电镜扫描的颗粒污泥结构致密,由多个杆状细菌形成网状结构。在夏季无保温措施、负荷冲击条件下培养颗粒污泥是可行的。     

氯化铵处理含钒废水的研究

钒是一种非常重要的金属元素,被广泛用于钢铁与机械制造等行业以提高金属的抗拉强度。在钒的冶炼过程中,大量的含钒废水会排放出来,其中钒的含量也远超过《钒工业污染物排放标准》(GB 26452-2011)中规定的排放标准。如果不对含钒废水加以处理,不仅仅是钒资源的浪费,排入环境的钒会对生态系统造成巨大的危害。文章针对湿法提钒工艺排放的含钒废水,提出了用铵盐处理含钒废水的处理工艺。酸性含钒废水中,钒的主要形态为六聚钒酸盐的形态存在(V6O162-),当含废水为50 mL时(含钒207.7 mg/L),5 g/L的NH4Cl用量为25 mL,待反应60 min后,铵离子和六聚钒酸盐生成六聚钒酸铵(APV)沉淀,再通过离心除去沉淀物。该方法操作简单可行,废水中钒的去除率可达96%以上,可为含钒废水的后续达标处理奠定基础。     

A/O-MBR系统运行测试及相关动力学分析

以生活污水为处理对象,考察A/O-MBR系统稳态运行状况及抗冲击负荷能力,探讨系统运行过程中基质降解动力学方程。研究结果表明,系统对实际生活污水波动(COD:70~200 mg/L;NH4+-N:18~45 mg/L)的适应性较强,能抗击1.53 kgCOD/(m3·d)的容积负荷,连续运行出水的COD均在40 mg/L以下,NH4+-N均在1.5 mg/L以下,达到GB8978-1996的一级A标;采用Mond模型对COD降解动力学过程进行解析,获得动力学参数Vmax=0.38 d-1及KS=100.98;实验验证该动力学方程能较好地预测A/O-MBR出水水质,可以为A/O-MBR系统处理生活污水工艺设计提供参考。     

催化臭氧氧化降解水溶液中亚甲基蓝的动力学研究

以废啤酒酵母为原材料、采用吸附-活化法制备得到负载过渡金属铁的活性炭(Fe/AC),对Fe/AC吸附亚甲基蓝(MB)性能和催化臭氧氧化MB效果进行了评价。Fe/AC对MB的吸附符合Langmuir等温吸附模型;20℃,pH=7的条件下,Fe/AC对MB的最大吸附量达到107.43 mg/g。吸附MB达到平衡的Fe/AC催化臭氧氧化降解水中MB,30 min内MB的转化率达到99%以上,5 h后总有机碳(TOC)的降解率达到70%。结合Fe/AC吸附MB特性和催化臭氧氧化MB行为,将Langmuir等温吸附模型分别与近似一级和二级反应动力学模型进行耦合,构建了Langmuir-Kinetic近似一级和近似二级耦合模型,均能较好地拟合MB转化率的动力学数据,但对体系的TOC去除率动力学数据的拟合度较低。     

类水滑石Mg/Zn/Al焙烧产物对高氯酸盐的吸附

利用类水滑石Mg/Zn/Al的焙烧产物对ClO-4进行吸附性能研究,通过类水滑石表面结构X射线衍射分析并探讨其吸附等温、动力学模型,并研究了焙烧温度、Mg/Zn/Al质量比、溶液pH值、吸附时间及吸附剂投加量等因素对类水滑石Mg/Zn/Al吸附ClO-4的性能影响.结果表明在500℃下焙烧4 h,Mg/Zn/Al质量比为2∶1∶1的类水滑石对ClO-4去除效果较好,吸附容量最大且对溶液pH值有较好的适用范围.经500℃焙烧的类水滑石吸附ClO-4的动力学拟合结果符合二级反应动力学模型,吸附等温线符合Langmuir及Freundlich吸附等温模型.     

双组分VOCs的催化氧化及动力学分析

考察了微波加热与管式炉加热下挥发性有机化合物(VOCs)甲苯与氯苯的催化氧化性能,并对双组分VOCs的反应动力学进行了分析.结果表明,VOCs的竞争吸附使得双组分中甲苯和氯苯的转化率比单组分降低3%~12%;微波的"热点效应"与"非热效应"使得VOCs转化效率明显优于管式炉加热,尤其是氯苯的转化率提高了31%~38%;微波加热降低了氧化反应温度和处理能耗.动力学分析表明,微波加热下甲苯和氯苯的反应活化能比管式炉加热下减少了2146 J·mol-1和1450J·mol-1,微波加热下氯苯的化学反应速率常数是管式炉加热的35倍,甲苯的反应速率常数提高了6倍.     

碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究

采用氢氧化钠浸渍法改性净水污泥,研究了碱改性净水污泥对水中NH+4的去除性能.同时,考察了模拟废水pH、吸附剂投加量、NH+4初始浓度、吸附温度及吸附时间对吸附性能的影响.结果表明,当pH为弱酸性或中性,投加碱改性净水污泥20 g·L-1时,在室温下对初始浓度为50 mg·L-1的NH+4模拟废水振荡吸附120 min,可达到氨氮排放二级标准.将实验数据分别用吸附等温模型和动力学模型进行拟合,发现净水污泥对NH+4的吸附符合Langmuir模型和二级动力学模型,且净水污泥对氨氮的吸附包括静电吸引和离子交换两种作用机理.