污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟研究进展

污泥作为典型的不透明非牛顿流体,在厌氧消化反应器内的流场具有复杂性,难以直接进行流场测试分析。结合计算流体力学（CFD）技术,分析污泥厌氧消化反应器内的流场分布情况,探讨污泥在反应器内混合效果和对消化过程的影响,以验证校核反应器优化设计和运行,改善污泥在消化反应器内的流动和混合性能并最终提高反应器性能。在综合文献及前期研究工作的基础上,系统分析并重点关注了CFD数值模拟过程当中多相流模型和湍流模型的选取、污泥流变特性应用、反应器流场评估优化及耦合生化模型等的研究现状及进展,最后总结了目前污泥厌氧消化反应器CFD数值模拟过程存在的问题。并指出在考量污泥流变学特性的基础上,利用传质模型将反应器流场和生化过程相耦合,构建流场-生化耦合模型,获取基质转化规律,为优化污泥厌氧消化反应器设计运行提供理论依据,是CFD应用于厌氧消化反应器数值模拟的发展方向。     

复合式膜生物反应器对船舶生活污水中有机物的降解

研究了复合式膜生物反应器(HMBR)中生化反应及膜自身对船舶生活污水中浓度较高的有机物的去除作用。当进水COD浓度为1 000 mg/L左右,反应器容积负荷为2.4 kg COD/(m3·d)时,HMBR曝气池内生化反应对COD的去除率平均可达91.63%,膜本身去除率平均为5.09%。可见,曝气池内生化反应对有机物的去除起到了主要作用,而膜则维持了系统出水水质的稳定。对曝气池内有机物降解动力学模型进行了研究,曝气池内有机物降解遵循一级反应,其相应动力学参数为vmax=2.79 d-1,Ks=395 mg/L,所得动力学方程可用于指导船用膜生物反应器的设计及运行维护。     

污泥在CO2气氛下热解CO与CH4的生成特性

利用热重-红外(TG-FTIR)联用技术研究了典型市政污水污泥在CO2和N2气氛下的热解特性。基于TG-FTIR分析结果,采用等温模式配合法研究了CO2气氛下污泥固定床热解过程中CO和CH4的生成特性,建立了CO和CH4的生成动力学机理模型,并同传统N2气氛下污泥热解情况进行了对比,理论模型利用实际实验数据进行了验证分析。结果表明,在实验温度范围内2种气氛下CO与CH4的生成情况有着比较明显的差异,CO2气氛下CH4释放浓度在峰值和总量上都要低于N2气氛,CH4释放峰值来得更早,释放时间更为集中,释放过程也结束得更快。相反,CO的释放浓度峰值,总量以及持续时间在CO2气氛下都要远远高于N2气氛,随着温度的升高,差距越来越大,CO2的存在大大促进了CO的生成。经实验验证,理论推导所得的模型公式对于热解产物生成有着良好的预测结果。     

基于静电纺丝膜的Fenton法降解双氯芬酸钠

通过浸渍法将铁盐负载于静电纺丝纤维膜制备了类Fenton催化剂,并通过扫描电子显微镜（SEM）对静电纺丝膜进行了表征,研究了该催化剂降解双氯芬酸钠的特性及其重复利用率。结果表明,静电纺丝纤维膜反应前后膜结构良好,反应过程中铁离子几乎无溶出;膜对双氯芬酸钠有一定的吸附能力,去除率约为6.96%。当双氯芬酸钠初始浓度为20 mg·L-1,按0.310 g·（100 mL）-1比例加入催化剂时,H2O2最佳用量为340 mg·L-1。溶液的初始pH值对实验结果影响较大,酸性条件更利于双氯芬酸钠的降解,最佳pH值为3.14,但该催化剂所适用的pH值范围较之传统Fenton法有明显拓展。所制备的催化剂重复利用率高,循环使用4次后,催化活性无明显改变,4 h的去除率依然高达95%以上。反应中双氯芬酸钠主要生成乙酸等小分子化合物,最终可氧化为CO2和H2O。     

水解酸化-磷酸铵镁法-EGSB组合工艺处理大豆蛋白废水

采用水解酸化-磷酸铵镁（MAP）法-EGSB组合工艺对大豆蛋白废水进行处理,考察了水解酸化系统运行效果,并对其运行参数进行优化;提出MAP法对高浓度氨氮废水的处理方法,并评选其处理高浓度氨氮废水的适宜条件。结果表明,水解酸化系统运行稳定,最适pH为7.0,最佳水力停留时间为12 h,氨氮转化率高达95.8%;MAP法处理高浓度氨氮废水的优选条件为n（Mg）：n（N）：n（P）=1：1：0.8,此条件下氨氮去除率为88.3%,磷酸去除率为76.7%;EGSB反应器经过三个月的启动后可稳定运行,有机负荷高达到9.88 kg·（m3·d）-1,COD去除率达到90.0%左右。水解酸化-MAP-EGSB组合工艺在处理大豆蛋白废水时可获得连续稳定的处理效果,为大豆蛋白废水处理的工程化提供了基础依据。     

MIL-101前体制备多孔铁碳材料构建高效异相电芬顿体系

通过水热法合成MIL-101(Fe)材料,并在N2氛围中进行高温碳化制备多孔铁碳(N-MIL-FeC)电极材料,探究其电催化氧还原性能及阴极电芬顿降解模拟染料废水性能。将制备的N-MIL-FeC材料进行电催化氧还原反应(ORR)性能测试,结果表明,Fe/H2BDC摩尔比为2∶1,碳化温度为900 ℃,N-MIL-FeC材料CV扫描所得图形峰电位最小且峰电流最高,具有最优的ORR催化活性。在此基础上,将最佳条件下制得的N-MIL-FeC负载在碳纸上制成催化阴极应用于电芬顿反应催化降解模拟染料废水RhB。在催化剂负载量为1.5 mg·cm-2,pH为7条件下,浓度10 mg·L-1的RhB溶液经过70 min降解率达到99%以上。通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试证明羟基自由基(·OH)是参与催化降解反应的主要活性中间体。以MIL-101(Fe)为前驱体制备的多孔铁碳材料性能较好,有一定的应用前景。     

用于农村厕所黑水处理的铱钽涂层电极的优化制备及其对析氯性能的影响

农村厕所黑水通常采用生物法进行处理,存在处理效果不稳定、运行管理复杂等问题。通过对传统钛铱电极进行优化制备,成功构筑了铱钽涂层系列电极 (Tx) 和铱钽锡锑钴涂层系列电极 (Cx) 。利用电化学原位产氯,实现了有机物的氧化降解并同步去除氨氮。优化电极复合氧化物涂层的配方,发现喷涂T3电极 (IrTa氧化物涂层0.6 mg·cm⁻²,Ti氧化物涂层0.75 mg·cm⁻²) 在2.4 V的工作电压下表现了最高效的净水效能,60 min内去除了厕所黑臭水生化处理出水50%的COD。系统研究了表面清洁工艺和烧结工艺对电极析氯效能的影响,发现喷砂结合酸洗的表面清洁过程、滚涂的涂层固定过程、500 °C的烧结过程构筑的T3电极具有最高的析氯效能和强化寿命。本研究为分散式污水排放存在的富营养化问题提供了可行的解决思路。     

催化湿式过氧化氢氧化苯酚的诱导期研究

针对诱导期发生机制及影响因素尚不清楚问题,采用自制化学反应装置和批动力学试验方法,研究了黏土基催化剂催化过氧化氢（H₂O₂）氧化苯酚过程中诱导期发生的原因及其关键影响因子。结果表明：H₂O₂扩散或吸附到催化剂金属活性位及随后的表面修饰（通过≡Fe（III）还原到≡Fe（II）降低pH）共同决定了诱导期;Fermi’s方程能很好地拟合苯酚氧化过程（R²>0.99）;反应温度和溶液pH强烈影响诱导时间（t_I）,随温度增加和pH降低,t_I分别从59和129 min降到22和0 min（没有诱导期）,而催化剂与H₂O₂用量对t_I的影响相对较小,随催化剂和H₂O₂浓度增加,t_I分别从69和75 min降到32和52 min。尽管诱导时间可通过调整反应参数缩短或消除,但考虑到成本和环境风险,在用黏土基催化剂处理实际含酚废水时应采纳适宜的反应条件：H₂O₂和苯酚质量浓度摩尔比为15,催化剂浓度为0.8~1.0
g/L,温度为30~40 °C,介质pH（不调整）,反应时间为2 h。     

PCBs污染土壤的CaO诱导低温热处理脱氯研究

研究了低温热处理脱氯技术对废弃电容器封存点附近污染土壤中多氯联苯脱氯的效果,考察反应温度、反应时间及CaO添加比例对PCBs去除率、脱氯率的影响以及反应前后土壤中污染物的组分变化.实验土样中PCBs浓度为107.7 mg/g,属于罕见高浓度PCBs污染土壤.当反应温度为400℃、停留时间4h、CaO添加比例为10%,PCBs的去除率为87.7%,脱氯率为85.3%.土壤样品中五氯联苯和四氯联苯反应后含量降低或未检出,部分反应后样品检出一氯联苯和联苯,说明在CaO诱导PCBs低温热处理脱氯反应中存在逐步脱氯/加氢反应途径.     

复合催化膜生物反应器处理一氧化氮废气研究

采用溶胶-凝胶法以聚砜(PSF)中空纤维膜为载体制备了Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜,以此构建新型复合催化膜生物反应器(HCMBR),实现膜催化与硝化反硝化耦合烟气脱硝,进一步提高NO去除能力.采用Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜生物反应器(HCMBR)处理一氧化氮废气,实现了180 d长时间高效稳定运行,NO去除效率可达93.2%,去除能力可达167.1g·(m~3·h)~(-1).适宜运行条件为:气体停留时间9 s、自然光光照强度670 lx,p H为6.8~7.2,n C/n N=3.7.Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜加入,复合催化膜生物反应器去除NO的效率比膜生物反应器提高了1.4%~13%,在Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜附着稳定的生物膜后,复合催化膜生物反应器去除NO的效率比湿式膜催化反应器提高了59.5%~66%.