N2和CO2抑制煤燃烧火焰特性对比试验研究

为了研究N_2和CO_2气体灭火剂在抑制煤明火燃烧特性方面的不同,通过搭建受限空间煤明火燃烧试验,分别开展了11.97%、16.81%、20.76%的N_2和10.79%、14.89%、20.32%的CO_2作用下煤明火燃烧抑制试验。鉴于火焰表面积变化与热释放速率变化呈正相关,基于火焰图像分析法开展试验研究。试验过程中,首先,通过数码摄像仪记录不同体积分数惰性气体作用下煤燃烧火焰面积的变化,然后利用Matlab软件进行火焰图像特征提取和"对比度增强"预处理,消除图像记录过程中存在的噪声,以便于有效进行火焰目标识别;其次,基于"阈值法"原理,利用Image-Pro Plus软件对预处理过的火焰目标进行识别和计算,进而实时获得试验过程中火焰表面积;最后,使用小波变换理论对火焰表面积变化曲线进行消噪处理,以获得火焰表面积变化趋势及主要波动信息。结果表明,CO_2比N_2具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力,CO_2作用下煤火火焰表面积呈现指数下降,而N_2作用下呈现直线下降,且CO_2的灭火时间比N_2缩短了25%以上。该试验结果明确了N_2和CO_2在熄灭煤明火特性上的不同,弥补了CO_2仅比N_2具有更好的抑爆特性的认识。     

公路隧道内纵向通风对火灾参数影响的试验研究

公路隧道发生火灾时易造成严重后果,纵向通风作为火场排烟降温的常用措施会改变燃烧的火源功率及相关火灾参数,影响公路隧道通风排烟的设计。利用按照弗洛德相似性原理自行设计建造的公路隧道火灾烟气输运特性研究试验台,研究了不同纵向通风风速下燃料火源功率、火焰形状和烟气层高度、距火源2 m人眼高度处一氧化碳体积分数、隧道横截面竖向温度及隧道纵向人眼高度处温度的变化规律。结果表明,所研究的火灾参数与纵向通风之间呈现非线性变化关系,火源功率在纵向通风作用下出现"双驼峰"现象,随风速增大,火源功率、火焰主体长度与亮度的变化规律相似,平均燃烧速度与一氧化碳体积分数、温度变化规律一致。     

湘江衡阳段沉积物对硝态氮的吸附特性研究

为探究沉积物对水体中硝态氮的吸附特性,以湘江衡阳段上游沉积物为研究对象,通过室内模拟吸附试验,探讨沉积物吸附硝态氮的影响因素、动力学规律及吸附等温线特征,并且利用SEM、FTIR等表征手段揭示吸附机理。结果表明,环境因素的改变会对硝态氮的吸附产生一定影响,泥水比的增大使沉积物的固体浓度效应明显,吸附量减小;硝态氮初始质量浓度越高,吸附量越大;温度越低越有利于沉积物对硝态氮的吸附;扰动速率偏高和偏低都会使吸附量减小。吸附过程在60 min后逐渐达到稳定,其吸附过程符合准二级动力学模型方程和Langmuir等温吸附方程,以化学吸附和单分子层吸附为主。SEM表征分析表明,沉积物呈粗糙多孔的片层结构,具有较多的吸附位点;FTIR表征分析表明,沉积物对硝态氮有一定的吸附作用,沉积物中含有羟基、酰基等多种基团,与硝态氮反应的机理主要表现为置换和吸附作用。     

粉末活性炭处理酚类突发性水污染的应用研究

以苯酚和多种氯酚(CPs)为代表的酚类是一类重要的有机污染物。针对饮用水突发性酚类污染物控制,考察了粉末活性炭(PAC)吸附工艺对苯酚及CPs的去除效果,并讨论了主要影响因素。结果表明,对CPs和苯酚的吸附反应可在10~60 min、300 min内完成,吸附速率从快到慢依次为TCP、MCP、DCP、PCP和苯酚。由于酚羟基(Ar—OH)电离作用受到影响,在3~11范围内去除率随pH值升高而降低。少量腐殖酸对吸附影响不大,但TOC质量浓度超过10 mg/L时腐殖酸可产生明显竞争吸附作用。热力学拟合表明,吸附反应符合Freundlich和Langmuir吸附等温式,苯酚/CPs在PAC上的吸附过程以物理吸附为主,且为放热反应,较低温度有利于吸附反应的进行。相比于准一级反应和孔内扩散反应,准二级动力学方程可较好地描述吸附过程。将PAC用于中山市某饮用水源的模拟突发性污染应急处理,投加10 mg/L的PAC即可有效去除原水中超过饮用水标准3~5倍的CPs类污染物,同时水处理成本仅有少量增加。     

褐煤对苯酚的吸附性能及机制研究

酚类废水是一种有毒且排放量较大的有机废水,排放之前必须进行有效处理。以污染物苯酚为研究对象,褐煤为吸附剂,基于实验室小试,在正交试验的指导下,采用振荡平衡法研究了褐煤对苯酚的吸附效果,确定了褐煤用量、振荡吸附时间、温度、pH值对苯酚模拟废水吸附效果的影响。结果表明:在褐煤用量为10 g、振荡时间为1.5 h、温度为25℃、pH值为6的条件下,对100 mL质量浓度为100 mg/L的苯酚模拟废水处理效果最佳,苯酚的去除率可达70.86%。在最佳吸附条件下,一方面结合吸附苯酚前后褐煤比表面积及孔隙结构的变化进行分析,另一方面利用FT-IR对褐煤吸附苯酚前后表面官能团的变化进行了对比分析。褐煤内部孔隙发达,存在多类孔,以50 A以下的孔居多数,表明其微孔结构较复杂,且吸附行为致使孔隙面积缩小至近1/3,微孔减少明显,表明微孔对吸附过程影响很大;褐煤表面含有丰富的含氧官能团,为吸附苯酚提供了条件,在吸附苯酚的过程中物理吸附与化学吸附同时存在,褐煤主要表面宫能团—COOH、酚羟基及苯环结构骨架在化学吸附苯酚方面发挥着重要作用。这两方面从微观角度很好地解释了褐煤的吸附机理。     

民航维修人员习惯性违章行为的SD建模研究

掌握习惯性违章行为形成过程中的反馈机制和发展规律可以为消除习惯性违章行为提供理论依据。基于系统动力学(SD)理论,建立了民航机务维修人员习惯性违章行为的动态模型,利用VENSIM软件模拟仿真。结果表明,惩罚力度从第1等级(惩罚力度由小到大分别对应1~10等级)到第6等级时,习惯性违章行为活跃水平依次减小,从第6等级到第10等级时,习惯性违章行为活跃水平依次增加。此外习惯性违章行为活跃水平对工作单卡的合理程度敏感性最强,组织应优先提高工作单卡的合理程度。     

水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响

空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates(DO)辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H_2 H+H_2O(R(15))逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。     

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。     

纳米氢氧化镁改性PVDF超滤膜的制备与表征

通过相转化法制备了纳米PVDF/Mg(OH)_2共混超滤膜,研究了负载Mg(OH)_2对PVDF膜结构和性能的影响。以牛血清蛋白(BSA)为模拟污染物进行超滤试验,测试膜的纯水通量和截留率;测定膜表面和水之间的接触角,进而定量分析比较膜表面的亲水性;利用微机电子控制万能试验机测试膜的机械性能;通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)等方法表征膜表面特征。结果表明,添加纳米Mg(OH)_2的改性膜保持了原有膜的晶型结构,证明纳米Mg(OH)_2与PVDF材料有很好的相容效果。当纳米Mg(OH)_2添加量为0.8%(质量分数)时,改性效果达到最优。此时,接触角从73.1°降至59.6°,纯水通量为333.37 L/(m~2·h),较未改性前提高了126.3%,膜的拉伸最大力为6.8 N,断裂伸长率为16.2%,较未改性膜的机械性能有明显提高,膜的抗污染性也显著提高。     

二级出水中溶解性有机物亲疏水性对超滤膜污染的影响

利用相对分子质量分布、三维荧光光谱仪及红外光谱仪等方法研究了城市污水二级出水中溶解性有机物亲疏水性对超滤膜污染的影响。结果表明:城市污水二级出水中疏水性酸占42.8%,过渡亲水性酸占19.1%,亲水性有机物占38.1%;水中疏水性酸、过渡亲水性酸和亲水性有机物分别使膜通量减小32.8%、29.9%和18.6%,膜阻力增大106.6%、92.2%和58.6%;过渡亲水性酸为蛋白质类,相对分子质量主要在4000~30000 Da;亲水性有机物为脂肪类,主要集中在6 000 Da以下;疏水性酸物质为腐殖酸类,主要集中在4 000 Da以下,其中疏水性酸物质更容易引起超滤膜污染。