不同粒级的煤胶体对汞的吸附动力学

为了解煤胶体对汞的吸附动力学特性,采用沉降法和离心法提取由霍林河采集煤样中的煤胶体（0~2、2~5、5~10 μm）,采用批量实验对不同粒径和不同温度下,煤胶体对汞的吸附动力学特性进行了研究。结果表明：煤胶体对汞的吸附反应为吸热反应,以化学吸附为主,其吸附动力学过程可用准二级动力学方程和双室模型很好的描述。煤胶体对汞的平衡吸附量随粒径的减小和温度的升高而逐渐增大,不同粒径煤胶体受温度影响的大小关系为（5~10）μm > （2~5）μm > （0~2）μm。煤胶体对汞的吸附从初始阶段到达到表观平衡,快速吸附均占据优势。在表观平衡时,粒径越大,快速吸附的贡献率越小。煤胶体对汞的吸附反应速率随温度升高和粒径减小而增大。温度越高、粒径越小,快速吸附速率越大;而慢速吸附速率则随温度升高和粒径增大而增大。汞在0~2 μm和2~5 μm煤胶体上的吸附过程,粒内扩散是其主要控速步骤;而对于5~10 μm的煤胶体,膜扩散是主要控速步骤。     

活性污泥和生物膜复合模型的建立与模拟

针对近年来出现的城市污水处理厂活性污泥和生物膜复合工艺,首先建立了能同时描述碳氧化、脱氮和除磷的修正ASM1（Activated Sludge Model No.1）,以及与ASM1中微生物生长过程速率方程结构形式相同、物理意义明确的生物膜模型。然后将该生物膜模型与修正的ASM1相结合,形成了活性污泥和生物膜复合模型,利用VB6.0编写了相应的模拟软件。以西安市第五污水处理厂复合工艺为对象,对其碳、氮和磷的去除进行模拟,结果表明该模型可以较好地反映出水各污染指标的变化规律。通过对进水流量、填料区的位置及填料区填料的投加率进行模拟,为填料区的优化和系统运行提出了建议。     

连续微滤系统膜垢生长过程的模型与模拟

应用分形理论中DLA模型,建立了膜垢分形生长模型。通过改变边界条件和随机粒子产生的几率,得到不同条件下膜垢形成与生长过程的模拟图像;采用显微粒子图像技术,通过量子点荧光示踪剂对不同条件下连续微滤系统膜垢的形态和流场进行同时观测与分析。结果表明,模拟与实验所获得的分形维数相近,该模型能够较好地模拟膜垢形成与生长过程;运用该模型数值模拟分析了流场和悬浮物浓度对膜垢生长过程的影响及其动态变化规律。     

基于给水污泥吸附水溶液中磷的影响因素

以给水污泥为吸附材料,采用正交实验与单因素实验研究了多种因素对除磷效果的影响。正交实验结果表明最佳反应条件为:pH为3,粒径1.98 mm,投加量8.0 g/L,吸附时间24 h。结合SEM/XRD和EDS等表征方法,对给水污泥的表面形貌和结构特征进行表征和分析。Langmuir、Freundlich和D-R等温吸附方程均能较好的拟合给水污泥对磷的吸附特征。在298、308和318 K温度下,Langmuir拟合得到的理论饱和吸附量分别为3.47、3.84和4.39 mg/g。由D-R方程计算的吸附自由能E为10.77~10.83 kJ/mol,表明吸附过程为离子交换吸附。     

入口速度对静电monolith过滤器通道过滤性能的影响

采用单通道理论模型分析了表面带有静电的monolith过滤器通道的过滤性能。重点研究了气流入口速度大小和方向对通道捕获效率的影响,为设计和制造高效率低能耗的monolith过滤器提供理论指导。结果表明:对于直径1 μm以下粒子气流入口速度大小u0的增加会降低通道的捕获效率,当u0>3 m/s时,通道的捕获效率接近于零,对于直径1 μm以上粒子随着气流入口速度u0的增加,通道的捕获效率先减小后增大,出现一个极小值;在保证过滤器流量下,气流入口角度的增大会增加通道对直径1 μm以上粒子的捕获效率,而对直径1 μm以下粒子的捕获效率几乎没有影响。     

改性陶粒对水中卡马西平去除的动态吸附实验及模型

用CTMAB(十六烷三甲基溴化铵)对陶粒进行改性,以卡马西平(CBZ)为目标污染物,研究了吸附去除饮用水中CBZ的性能并探讨了其应用的可行性。通过滤料吸附去除CBZ的动态实验,发现改性陶粒的去除效果优于陶粒。进水CBZ浓度为2 μg·L-1时,改性陶粒对CBZ的去除率最高为50%,陶粒最高的去除率为40%。研究了滤料再生对吸附性能的影响,发现陶粒和改性陶粒对CBZ的去除均随再生次数的增加而降低,改性陶粒的去除效果仍优于陶粒,改性陶粒的使用期限更长久。讨论了修正前后的Thomas模型,推导得到能更准确描述穿透曲线的Thomas模型取值范围。滤料穿透曲线用原始Thomas模型能很好地计算的速率常数kTh和平衡吸附量q0。利用原始Thomas模型也能较为准确地预测滤柱的穿透时间。     

基于物化生化耦合的污水深度脱氮除磷新工艺

为了解决常规污水处理技术无法进行完整的硝化反硝化过程,污水厂出水中氨氮、总氮、总磷偏高以及运行成本较高的问题,以某污水厂排水为研究对象,通过物化与生化耦合,构建化学催化生物耦合床(CCBF)脱氮系统,研究CCBF系统对污水厂排水中氨氮、总氮、总磷和COD的去除效能。结果表明：当DO为5.5~6.0 mg·L⁻¹、RT为8 h、C/N为1.5∶1时,CCBF可将${\rm{NH}}_4^{+} $-N从48.5 mg·L⁻¹降至4.58 mg·L⁻¹、TN从51.2 mg·L⁻¹降至6.5 mg·L⁻¹、TP从6.6 mg·L⁻¹降至0.48 mg·L⁻¹、COD从78.5 mg·L⁻¹降至33 mg·L⁻¹,去除率分别达到89.5%、85.7%、92.5%和57.9%;污水经处理后,氨氮、总氮、总磷、COD均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)一级A排放标准。利用Eckenfelder方程对系统脱氮过程进行模拟,求得${n_{{\rm{NH}}_4^ +{\text{-}} {\rm{N}}}} $=0.314 76,n_TN=0.282 21,${K_{{\rm{NH}}_4^ +{\text{-}} {\rm{N}}}} $=0.128 02,K_TN=0.218 59,与水力负荷为0.000 8~0.007 m³·(m²·min)⁻¹的常规生物处理相比,系统内部生物量充足、活性高,物化与生物耦合强化效果明显。     

曝气策略对膜面剪切力的影响机制及其优化

曝气冲刷是浸没式MBR工艺不同于常规活性污泥法工艺的关键特征,然而现行规范的曝气系统设计与运行比较粗放,缺乏气泡尺寸模拟优化方法。以可直接观测的工程规模 (500 m³·d⁻¹) 膜生物反应器为研究对象,对穿孔管角度进行了优化研究,并用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)模型模拟污泥混合液不同粘度下的内部气泡分布情况。结果表明：穿孔管角度垂直向下、60°、45°、30°、垂直向上在膜面产生的平均剪切力分别为1.74、1.46、1.19、1.38、1.67 Pa,这表明曝气角度最优为垂直向下。0.3%、0.5%和0.8%浓度的羧甲基纤维素钠(Carboxymethyl cellulose, CMC)下产生的平均剪切力分别是1.51、1.92、2.24 Pa,气泡直径逐渐增大。且气泡尺寸越大、流速越大,分布越均匀。基于0.3%、0.5% CMC的速度实验结果与 PBM模拟结果基本吻合。该研究结果可为MBR技术的工艺优化和系统控制方法提升提供参考。     

面向工业污染源排放的城市大气环境系统韧性评价及其时空演化

关中城市群是西部地区两大城市群之一。在该区域内有较多重污染企业。为探索关中城市群各市大气环境系统的韧性水平,将韧性理念应用于城市大气环境系统,并以工业污染源排放为视角,建立基于风险矩阵理论 (RMA) 与PSR的韧性评价模型,利用基于博弈论的组合赋权法确定PSR权重,并采用Sobol方法对模型进行敏感性分析,实现对关中城市群2018—2020年城市大气环境系统韧性时序演化及空间分布的实证分析。结果表明：非甲烷总烃、甲醇、氟化物及硫化氢属于敏感参数,其中甲醇为高敏感参数;从时间维度看,2019年关中城市群各城市大气环境系统韧性水平普遍高于2018年和2020年;从空间维度看,关中城市群各城市大气环境系统韧性水平呈现出“非均衡不稳定性”,3年中仅有西安、渭南及平凉3市达到高度韧性水平,中低韧性区域占绝大部分。提出相应的区域大气污染控制策略,如加强城市间的经验交流和分工协作、发挥西安的辐射带动作用、实施韧性区分类管理等。本研究可为关中城市群城市大气环境系统韧性建设提供参考。     

城市土地资源中生态环境承载力指标体系的构建及应用——以北京市为例

根据DPSIR模型构建了城市土地资源中生态环境承载力的指标体系,该体系的创新之处在于通过结构化的指标设计将生态环境与人口、经济、社会发展和管理等其他要素纳入统一分析框架,充分考察了各要素之间的密切关联。在实证分析方面,以北京市为例,对其2011—2014年土地资源中生态环境承载力的相关指标变动趋势情况进行分析。结果表明:人口增长与经济增长两大驱动力指标持续上升,对土地资源带来的压力持续存在且逐年增大;城市建设用地的压力不断增大,居住用地造成的压力最为显著;从反应指标和状态指标看,北京市在努力加强城市绿化和生态保护工作,但影响指标目前尚无显著改善,大气污染和水资源短缺等情况仍不容乐观。最后,针对如何评价和提升城市土地资源中生态环境的承载力提出了政策建议。