高流量负荷下甲苯废气生物净化过程的动力学模拟研究

以轻质陶块为填料,探讨了生物膜填料塔净化处理高流量负荷下低浓度甲苯废气的生物净化过程,并依据“吸附一生物膜”理论建立相关的动力学模型。经采用实验室数据对影响过程进行模拟,对比验证结果,表明该模型的模拟计算值和实验值之间均有很好的拟合性,从而验证了模型的正确性。     

法库沸石对氨氮的吸附特性和阳离子交互过程

以0.9~2 mm和3.3~4 mm粒径沸石的天然法库沸石作为实验材料,开展了等温吸附实验、动力学实验和阳离子影响实验,探讨了天然沸石对氨氮(NH4+-N)的吸附特性及阳离子交互过程。结果表明,法库沸石对NH4+-N等温吸附线符合Langmuir和Freundlich吸附方程,最大吸附量为10.41 mg/g。吸附动力学过程符合准二级和颗粒内经扩散动力学方程,其吸附NH4+过程为物理吸附和化学吸附过程,并以化学吸附为主。对反应过程中各离子浓度监测发现,沸石中与NH4+发生离子交换的主要是Na+、Ca2+和K+,三者占离子交换总量的99%。共存阳离子在沸石吸附NH4+过程中,Ca2+和Mg2+对吸附过程影响最大,Na+影响最小。     

市政污泥干化动力学研究

利用同步热分析仪(TGA/DSC),采用非等温法,开展了市政脱水污泥干化过程的动力学研究。分析了升温速率对污泥干燥过程的影响,确定出污泥干化过程的最概然机理函数G(α)MP,计算了不同升温速率下的表观活化能E和指前因子A。结果表明,污泥非等温干燥过程可以分为缓慢加速、快速加速和减速3个阶段;升温速率的增大会缩短加速段干化时间,但对减速段没有影响;随着升温速率的增加,干化活化能和指前因子先增大后减小,活化能在19.45~28.46 kJ/mol之间变化,指前因子变化范围为1.5×105~5.0×106 s-1,且在升温速率为15 K/min时两者达到最大值;干燥过程最概然机理函数的积分形式为G(α)MP=1-(1-α)4反应级数为4;污泥干燥过程的活化能和指前因子之间存在动力学补偿效应。     

赋硫活性炭对Cr(VI)的吸附机理

以商品活性炭(AC)为原料,制备具有含硫官能团的赋硫活性炭(SAC),对比研究了2种活性炭对Cr(VI)的等温吸附及吸附动力学;同时,用付立叶变换红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS)等分析方法表征吸附前后的活性炭表面官能团的变化。结果表明,赋硫改性使活性炭表面生成了S-S,噻吩,O=S=O等含硫官能团,为吸附Cr(VI)提供更多活性位点。Langmuir吸附模型非线性拟合能较好地描述AC对Cr(VI)的等温吸附,而SAC对Cr(VI)的吸附过程则以Freundlich吸附模型非线性拟合结果更好,准二级动力学模型非线性拟合比较吻合AC与SAC对Cr(VI)的吸附动力学。与AC相比,SAC对Cr(VI)的平衡吸附量在25、35和45℃下分别增加了55.20%、29.16%和85.76%。     

一次性废竹筷制备活性炭及热解过程分析

以一次性废竹筷为原料,K2CO3为活化剂,通过炭化和活化2步制备活性炭。采用全自动比表面和孔径分布分析仪、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射分析仪（XRD）对样品的孔隙性质、表面官能团和晶相变化进行了表征,并研究了活性炭对亚甲基蓝的吸附等温线。利用热重分析（TGA）对活性炭的制备过程进行了研究,并用Coats-Redfern法确定了热解反应活化能和反应模型。结果表明,活性炭的比表面积为1 262 m2·g-1,总孔体积为0.624 cm3·g-1。K2CO3活化可导致热解炭的脂肪烃侧链断裂,并发生脱氢缩聚,其石墨微晶的轴向（100）堆积被破坏,径向（002）芳香环网状结构则更为有序。活性炭对亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir模型,最大吸附量为336 mg·g-1。废竹筷的2个主要热解阶段符合一维扩散模型和二级反应模型,其热解反应活化能分别为76.23和104.24 kJ·mol-1;活化过程中残存木质素的热解可由一维扩散模型描述,K2CO3浸渍使其热解反应活化能降低了44.28 kJ·mol-1。     

亚甲基蓝褪色催化动力学光度法测定痕量Cu~(2+)

研究了在聚乙二醇-200(PEG-200)活化下,Cu2+催化H2O2氧化亚甲基蓝的褪色反应,建立了亚甲基蓝褪色催化动力学光度法测定痕量Cu2+的方法。在25mL容量瓶中,加入1.00mL pH为11.68的氨水溶液、2.00mL H2O2溶液(质量分数15%)、1.00mL亚甲基蓝溶液(质量浓度0.20mg/mL)、3.00mL PEG-200溶液,76℃恒温反应5min后冷却,测定吸光度,根据加Cu2+溶液和不加Cu2+溶液的吸光度差值与Cu2+质量浓度绘制了工作曲线,并由试样的吸光度差值确定痕量Cu2+含量。该法的测定波长为664nm,检出限为5.4×10-6g/L,最大相对标准偏差为2.58%,回收率为97.5%~104.5%。     

表观气速对好氧污泥颗粒化过程中生化动力学模型参数变化的影响

在高径比120/6,结构相同的2个SBR反应器中培养好氧颗粒污泥,并以修订ASM3模型为基础进行反应过程模拟,并分析表观气速(2.0 cm·s⁻¹和3.0 cm·s⁻¹)对好氧污泥颗粒化过程中动力学参数的影响。结果表明,反应器运行初期(t=4 d),表观气速2.0 cm·s⁻¹时的半饱和系数K_S、基质降解动力学参数v_max、污泥衰减系数K_d、污泥比增殖速率μ_H和污泥的产率系数Y_H均大于表观气速3.0 cm·s^-1时的参数值,说明微生物在表观气速2.0 cm·s⁻¹时更易适应环境变化。然而,随着初始好氧颗粒的形成(t=10~28 d),各参数值在表观气速3.0 cm·s⁻¹时变得更高,尤其对K_S、μ_H及K_d的影响更明显。修订的ASM3可模拟好氧颗粒污泥形成过程中溶解氧DO、好氧速率OUR、COD、NH₄⁺-N的变化,说明模型预测的可行性和有效性。反应器内表观气速不同,影响了微生物生长的各动力学参数和反应器内的流态,从而导致污泥的特性和结构发生了变化,最终使得SV₃₀/SV₅、污泥粒径、污泥密实度D₂和规则程度D_pf,COD和NH₄⁺-N等参数出现差异。本研究结果可为运用数学模型反映生物反应器中参数变化以优化反应过程提供参考。     

青霉素G钾在蔬菜地土壤中的降解动力学研究

为确定青霉素G钾(penicillin G potassium,PG)在土壤中的半衰期和降解动力学,选择灭菌与未灭菌、施肥与未施肥蔬菜地土壤作为基质,研究了PG在不同基质中的降解曲线,并拟合了降解动力学方程。结果表明,PG在蔬菜地土壤中的半衰期为1.61～1.67 d,最终降解率均达到99.7%以上,但PG不会完全降解,仍会以较低的水平(21～73μg·kg-1)在土壤中长期存在。降解动力学方程拟合结果表明,PG的初始浓度会对降解速率产生影响,初始浓度越高,降解速率越快。在灭菌与未灭菌土壤中降解曲线显示其降解过程受生物和非生物作用共同影响,但添加有机肥的降解过程和未添加组没有显著差异。由于PG在土壤中不能被完全降解,从而增加了诱导抗性基因产生及转移的风险。     

Turbulent kinetic energy budgets in a model canopy: comparisons between LES and wind-tunnel experiments

A comparative study of turbulence in a wind-tunnel model canopy is performed, using Large eddy simulation (LES) and experimental data from PIV and hot-wire anemometry measurements. The model canopy is composed of thin cylindrical stalks. In the LES, these are represented using a plant-scale approach, while the scale-dependent Lagrangian dynamic model is used as subgrid-scale model. LES predictions of turbulence statistics and energy spectra are found to be in good agreement with the experimental data. Turbulent kinetic energy (TKE) budgets from the LES simulation are analyzed to provide more information absent in the measurements. Results confirm that sloshing motions at the low levels of the canopy are mainly driven by pressure fluctuations. A difference between the energy flux obtained from the energy spectrum and the SGS dissipation rate is observed, consistent with a spectral bypass mechanism in which the real spectral flux due to cascade is smaller than that implied by the energy-spectrum level, due to direct drain by the canopy.     

4种高级氧化法处理高浓度正丙醇废水的动力学比较

研究了1%和10%(V/V)模拟正丙醇废水在UV/TiO2体系、UV/H2O2体系、Fe2+/H2O2体系和UV/TiO2/Fe2+/H2O2体系等4种工艺条件下的降解动力学过程,对比了降解动力学特点及工艺参数对动力学常数的影响,优化工艺参数。结果表明,UV/TiO2体系和Fe2+/H2O2体系的降解过程可分为零级反应阶段和一级反应阶段,转折点分别在反应开始后2 h和氧化剂浓度为6.7 g/L,UV/H2O2体系和UV/TiO2/Fe2+/H2O2体系分别符合零级反应和一级反应规律;相同工艺参数条件下,6 h反应后,组合工艺UV/TiO2/Fe2+/H2O2体系在处理效率达85%,比前3个体系分别高52.0%、8.3%和32.0%,与UV/TiO2体系和Fe2+/H2O2体系的处理效率之和持平,其协同效应提高了速率常数,在目标物浓度降低时依然可维持较高降解速率。而目标物浓度提高10倍后,UV能量利用率提高35.5倍,氧化剂用量是Fe2+/H2O2体系的1/7.1。