Water Network Synthesis Using Mutation-Enhanced Particle Swarm Optimization

Different techniques for the synthesis of industrial water reuse/recycle networks have been developed in recent process integration research. These tools range from graphical pinch analysis approaches to mathematical programming models. The latter have the advantage of being flexible enough to incorporate various water network constraints, but in many cases these are often non-linear, thus making the identification of global optima difficult. Recent work has demonstrated the effectiveness of metaheuristic algorithms such as particle swarm optimization (PSO), for finding good solutions these problems. This work describes the use of a modified PSO for solving mixed integer non-linear programming (MINLP) models for water network synthesis. By incorporating a mutation operator for the binary variables in the model, the algorithm is able to escape sub-optimal network topologies and proceed towards better solutions than can be found with ordinary PSO. Two case studies involving water recycle/reuse are used to demonstrate the new design methodology.     

兼氧混合菌对亚甲基蓝废水生物降解实验研究

采用厦门某生物科技有限公司提供的兼氧混合菌为研究对象,利用相关设备进行中试实验,验证了该项技术的可行性。同时探究了重金属对该混合菌种生物降解能力的影响,通过中试实验研究后发现5mg/L的重铬酸钾和硫酸铜均对该混合菌种的生物降解能力有一定的影响,并且硫酸铜的影响大于重铬酸钾。此外该技术对甲基橙、刚果红废水也有一定的生物降解能力,这为兼氧混合菌用于印染废水处理提供了实验依据。     

双室微生物燃料电池处含银废水的产电性研究

以剩余污泥为阳极底,糖蜜废水为基质,Ag Cl废水为阴极电子受体,构建了双室微生物燃料电池(Two-chamber Microbial Fuel Cell,简称MFCs),并研究了电池的产电特性、库仑效率及金属去除率.结果表明:Ag+不仅可以作为阴极电子受体,而且还能稳定产电,外电阻为1000Ω时,获得的最大电压为514.5 m V,最大功率密度为65.82 m W·m-2.在阴极实现了对废水中Ag+的去除,最大去除率可达71.6%,而且Ag+浓度为2000 mg·L-1时,回收金属银单质质量为197.66 g.在阳极对废水的处理效果也很显著,库仑效率最高为2.66%,COD去除率最大为81.22%.     

低温短时水热预处理混合及初沉污泥的高温厌氧消化特性研究

以低温短时(90℃、30 min)水热预处理后的混合及初沉污泥为研究对象,分别进行了高温((55±1)℃)厌氧消化连续性试验.研究了该预处理条件下这两类污泥在水力停留时间(HRT)为20 d时的产气量、有机物分解率及物料平衡等,探讨了低温短时水热预处理对提高污泥厌氧消化性能的效果.结果表明:TS约为35 g·L-1的预处理混合污泥与初沉污泥经高温厌氧消化后,投加单位VS的产气量分别为(343.00±9.86)m L·g-1和(365.00±7.61)m L·g-1,VS去除率分别为38.9%和45.8%.COD物料平衡计算结果表明,混合和初沉污泥中分别有33.6%和43.9%的固体有机物被分解转化,生物气中CH4含量均在70%左右.     

麦秆酸预处理后与猪粪混合发酵提高产气量的效应研究

为了研究不同水平的酸处理对麦秆混合发酵过程中各指标变化的影响,本试验通过测定不同醋酸浓度、时间处理后的麦秆与猪粪混合厌氧发酵进程中还原糖、挥发性脂肪酸(VFA)含量,以及p H值变化和甲烷产量,探究各指标的关系并优化得出最佳醋酸处理组合,以期为酸预处理混合发酵实现高甲烷产量提供可靠的理论依据.结果表明,醋酸处理后的麦秆通过与猪粪混合发酵可明显提高甲烷单位产量,增幅为124.28%~207.40%.发酵过程中还原糖、VFA、p H值间相互影响.通过响应面法建立模型,得到醋酸处理的最优组合为浓度3.35%、时间6.75d,最大甲烷单位产量751.97 m L·g-1(以VS计).     

甲烷氧化菌在填埋场覆盖层中的工程应用(Ⅱ):基质选择性及长效性

针对已筛选获得的甲烷氧化混合菌,选取填埋场覆盖土(LCS)、矿化垃圾(AR)和塘渣(TZ)3种填埋场周边易得的材料为供试生存基质,从基质选择性及长效性角度进行了甲烷减排应用条件的探究及使用效能评估.结果表明,在TZ、LCS、AR、TZ-AR和LCS-AR这5种生存基质中,TZ-AR最适合甲烷氧化混合菌的生长,且TZ与AR的复配比例以5∶5为最佳.甲烷氧化混合菌在TZ-AR的粒径≤4 mm和含水率为20%时具有最高甲烷氧化能力.一次性接种甲烷氧化混合菌在静态体系中的最佳使用有效期为31 d.其在接种量为0.08、0.16、0.20 m L·g-1和0.25m L·g-1时甲烷氧化速率无明显差异,从工程应用角度而言,8%的接种量为最佳.     

Cu–Mn–Ce ternary mixed-oxide catalysts for catalytic combustion of toluene

Cu–Mn, Cu–Mn–Ce, and Cu–Ce mixed-oxide catalysts were prepared by a citric acid sol–gel method and then characterized by XRD, BET, H₂-TPR and XPS analyses. Their catalytic properties were investigated in the toluene combustion reaction. Results showed that the Cu–Mn–Ce ternary mixed-oxide catalyst with 1:2:4 mole ratios had the highest catalytic activity, and 99% toluene conversion was achieved at temperatures below 220°C. In the Cu–Mn–Ce catalyst, a portion of Cu and Mn species entered into the CeO₂ fluorite lattice, which led to the formation of a ceria-based solid solution. Excess Cu and Mn oxides existed on the surface of the ceria-based solid solution. The coexistence of Cu–Mn mixed oxides and the ceria-based solid solution resulted in a better synergetic interaction than the Cu–Mn and Cu–Ce catalysts, which promoted catalyst reducibility, increased oxygen mobility, and enhanced the formation of abundant active oxygen species.     

电活性生物膜阳极构建及其对2，4，6-三氯酚同步降解和产电

为实现氯酚（CPs）的高效降解和资源化利用,探究微生物燃料电池（MFC）体系优势功能菌,揭示生物降解路径.接种、驯化长春市南郊污水处理厂的厌氧活性污泥,获得生物膜阳极以构筑MFC-2,4,6-TCP体系,基于扫描电子电镜（SEM）、16S rRNA分析测序方法,考察生物膜阳极微生物的附着情况和优势菌种,基于电化学阻抗（EIS）、循环伏安（CV）和线性扫描伏安（LSV）等电化学分析手段,表征生物阳极的电化学性能和氧化还原能力.结果表明,生物膜阳极微生物种类丰富,其中Geobacter和Acinetobacter分别为MFC-2,4,6-TCP体系产电和降解驯化期的优势功能菌,体系最大输出电压可达0.55 V,最大功率密度为428.65 mW·m-2,对2,4,6-TCP的降解和矿化率可达97.5%和85.4%.随着MFC循环次数的增加,微生物代谢途径多样化,产电菌逐渐演替为协同菌,且优势功能菌对2,4,6-TCP降解的中间产物（环己醇）,其毒性远低于氯酚或苯酚,更利于被微生物利用.该结果可为氯酚废水的实际处理提供新策略和技术参考.     

基于MGWR的黄河流域土壤有机碳密度和影响因素分析

土壤有机碳作为最大陆地碳库,其空间分布特征和影响因素对于全球碳循环过程具有重要影响.基于土壤有机碳密度数据,结合环境因子,使用多尺度地理加权回归（MGWR）模型预测了黄河流域土壤有机碳密度（SOCD）和影响因素.结果表明：①黄河流域0~20 cm和0~100 cm的SOCD范围分别为0~14.82 kg ·m^-2和0~32.39kg ·m^-2,均值分别为3.48 kg ·m^-2和8.07kg ·m^-2,储量则分别为2.76 Pg和6.48 Pg;②各生态系统类型中,0~20 cm的SOCD从大到小依次为：森林>水体与湿地>其他>草地>农田>聚落>荒漠,0~100 cm的SOCD从大到小依次为：水体与湿地>森林>其他>草地>农田>聚落>荒漠,SOCR从大到小皆为：草地>农田>森林>荒漠>水体与湿地>聚落>其他;③黄河流域SOCD的分布主要受常数项、剖面曲率、NDVI和降水的影响,曲率和粉砂对深层的SOCD的分布也具有重要影响;此外,降水、NDVI和常数项（除森林外）是影响各生态系统的主要因素,曲率和粉砂则仅对荒漠和其他生态系统具有重要影响.研究结果得出了黄河流域SOCD的空间分布和影响因素,可为黄河流域碳平衡、土壤质量评价和生态治理恢复与巩固提升提供科学依据.     

我国燃油税改革效应模拟分析

经历了十几年的讨论,燃油税改革方案终于在2009年出台并实施,改革后燃油税究竟会对我国宏观经济及各部门产生怎样的影响,倍受关注.基于此背景,采用环境CGE模型对改革前后的两种不同燃油税税率进行了量化分析,总体研究得出：从长期发展来看,燃油税改革有利于我国经济结构调整,减少能源消耗和降低碳排放;短期内会增加企业生产成本,抑制宏观经济增长,其中交通运输业和石油加工业受到的冲击最大,应引起有关部门重视.