Impact of initial and boundary conditions on preferential flow

Preferential flow in soil is approached by a water-content wave, WCW, that proceeds downward from the ground surface. WCWs were obtained from sprinkler experiments with infiltration rates varying from 5 to 40 mm h^− 1. TDR-probes and tensiometers measured volumetric water contents θ(z,t) at seven depths, and capillary heads, h(z,t) at six depths in a column of an undisturbed soil. The wave is characterized by the velocity of the wetting front, c_W, the amplitude, w_S, and the final water content, θ. We tested with uni-variate and bi-variate linear regressions the impacts of initial volumetric water contents, θ_ini, and input rates, q_S, on c_W, w_S and θ.The test showed that θ_ini influenced θ and w_S and q_S effected c_W. The expected proportionality of w_S ≈ qs^1/3 was weak and c_W ≈ qs^2/3 was strong.     

活性污泥反应器流态研究中示踪剂的选择

针对活性污泥反应器中的流态研究需要,通过备选示踪剂氯化锂、亚甲蓝和氯化钠的污泥吸附试验以及曝气静沉试验,研究了活性污泥对这3种示踪剂的吸附作用,以及示踪剂浓度对污泥处理效果的影响情况。结果表明,亚甲蓝易被污泥吸附,对试验数据干扰较大,且吸附亚甲蓝后,水样中污泥对COD_Cr的处理效率下降幅度达50%以上;氯化锂和氯化钠是离子型示踪剂,本身不易被吸附,投加后的活性污泥对COD_Cr的处理效率基本不变,保持在70%以上。从示踪剂投加量以及出水水质控制方面考虑,确定氯化锂为3种示踪剂中的最佳示踪剂。     

直接利用葡萄糖的液流催化燃料电池改进

液相催化燃料电池（LCFC）可直接处理生物质并产电,而电池结构等因素对电池性能有明显影响,但目前还缺乏上述方面的研究。通过系列产电实验考察了温度和酸化条件对Nafion115膜性能的影响、不同氧化条件下石墨毡的改性效果以及电池内部导流槽在不同葡萄糖浓度条件下的影响。结果表明：质子交换膜适宜以80 ℃酸化处理,该条件下电池功率密度达到5.39 mW·cm-2;石墨毡改性适宜以50 mL·min-1干空气流速在420 ℃条件下对其进行煅烧,该条件下电池功率密度进一步提升至6.21 mW·cm-2;葡萄糖浓度显著影响电池性能,当浓度为2.0 mol·L-1时,导流槽结构会降低电池性能,当浓度为1.0 mol·L-1和0.50 mol·L-1时,导流槽结构使电池性能更优,并且也更加稳定。     

电磁浮动床除尘装置的设计与实验研究

针对所设计的电磁浮动床除尘装置,为了掌握该装置的运行规律以及除尘效果,以铁磁颗粒为床料,通过实验分析了铁磁颗粒质量对床层高度的影响,以及风量和磁场强度等因素对床层高度和压强降的影响,并对风量和磁场强度与除尘效率的关系进行了研究,确定最佳运行条件：进口含尘气体浓度为20 g·m-3,磁场强度为300 Gs,风量为110 m3·h-1,除尘效率高达99.34%,为电磁浮动床用于高温除尘工艺奠定了基础。     

两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除系统设备入口弯管内的气固两相分布不均的问题,提出一种两相均流板,采用CFD数值模拟的方法对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的弯道内气流速度分布、颗粒质量浓度分布以及弯管进出口压差变化特征。结果表明：在弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻,克服了常规均流装置气固两相均流效果不佳、阻力大等缺点,在较低的压阻下解决燃煤电厂烟气污染物脱除系统入口气固两相混合不均匀的问题,有效提高污染物脱除效率。     

秋季潮汐流模拟湿地对生活污水的处理效果

采用柱状模拟器依次设计了潮汐上行和潮汐下行流人工湿地,以连续上行和连续下行流人工湿地作为对照,探讨了潮汐流人工湿地在秋季对模拟生活污水的净化能力和处理稳定性。研究表明,潮汐上行流、潮汐下行流、连续上行流、连续下行流对COD平均去除率分别为65.05%±9.07%、63.64%±8.24%、26.90%±8.49%、40.84%±6.18%。对TP平均去除率依次为45.57%±10.86%、40.16%±14.15%、23.23%±11.09%、33.28%±7.99%。潮汐上行流湿地对TN、NH4+-N去除率分别为40.63%±7.69%、23.26%±7.58%,潮汐下行流为35.98%±11.95%、22.68%±9.18%,高于连续上行流的8.20%±5.62%、11.72%±7.32%和连续下行流的13.06%±6.12%、23.38%±9.16%。4种湿地并未出现硝态氮累积现象,潮汐上行流和潮汐下行流人工湿地出水亚硝态氮总体变化趋势较为一致。连续上行流和连续下行流人工湿地,出水亚硝态氮和进水较为接近基本在0.02 mg·L-1左右。在湿地出水氮成分中,有机氮、NH4+-N、NO3--N、NO2--N占TN的平均比例依次为16.72%±3.50%、72.74%±6.49%、10.27%±3.84%、0.28%±0.20%。整体而言,在秋季潮汐流湿地对污染物也表现了较高的处理效果,且净化能力优于连续流湿地。     

2种动物对复合垂直流人工湿地基质中磷形态的影响

分别向复合垂直流人工湿地下行流池和上行流池中加入蚯蚓和泥鳅,研究动物加入后人工湿地基质中磷形态及去除效率的变化。结果表明,加入蚯蚓后,下行流池基质中铁铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)、有机磷和总磷的含量显著增加(p<0.05);加入泥鳅后,上行流池基质中Fe/Al-P含量无显著性变化,钙磷、有机磷、总磷含量增加。人工湿地加入蚯蚓后,基质中Ca-P占总磷的百分比下降,Fe/Al-P和有机磷占总磷的百分比增加;加入泥鳅后,基质中Ca-P占总磷的百分比也下降,而有机磷占总磷的百分比升高,该结果表明,蚯蚓和泥鳅促进了基质中Ca-P向有机磷的转化。加入蚯蚓的人工湿地对磷的去除率高于未加蚯蚓的人工湿地,其原因之一可能与加入蚯蚓后人工湿地基质总磷含量增加有关。     

同步进出水SBR设备最佳进水方式流态模拟

借助流体计算软件Fluent对某同步进出水SBR设备4种不同进水位置以及3种进水孔排布分别进行流态模拟,根据模拟结果得到最佳的进水方式;同时在该进水方式下对进水流量为0.5、0.7、1.0、1.3和1.5 m3/h时反应器内的流态分布情况进行了数值模拟,最后通过示踪剂实验与模拟结果对比验证。对于实验用SBR(长×宽×高为2 m×2 m×1.2 m),进水流量1.0 m3/h是最佳进水流量,此时反应器内流态稳定,进水区域主要分布于反应器中下部以及远离堰口的池壁附近,死水区面积较小,冲击负荷适中,进水对出水水质影响较小;当进水流量小于1.0 m3/h时,进水主要分布于反应器池底,对角线方向以及远离进水端池壁附近3个区域且彼此相对独立,池内死水区面积较大;当进水流量大于1.0 m3/h时,进水冲击负荷过大,迅速形成短流,影响出水水质。     

曝气条件对浸没式膜生物反应器内流场的影响

为深入研究流场动力学特性对浸没式膜生物反应器系统内膜面污染的控制,应用fluent软件对浸没式膜生物反应器内气液两相流动进行了三维数值模拟研究。采用标准k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,考察了改变曝气条件对膜面气液速度场及气含率分布的影响。模拟结果表明,在相同曝气强度下,1 mm曝气孔径下膜面气液两相的速度增加较孔径2 mm、3 mm的快;曝气孔径为1 mm时,膜面的液相速度随着曝气强度的增加逐渐增大;曝气孔径为1 mm时,曝气量为5.5 m3/h所形成的漩涡区较大,膜面气含率值较高且分布较均匀,气液两相接触面积较大,膜面冲刷效果较好;模拟观察到反应器底部靠近壁面局部气含率较低,不利于活性污泥中微生物的生长,需要进一步优化曝气和反应器结构。     

SCR脱硝系统烟道内流场优化

为了改善选择性催化还原法(SCR)催化剂上游烟气的流场、温度场和浓度场分布,基于CFD仿真分析技术,建立了整个脱硝系统三维模型,并通过优化导流板及整流格栅,使得速度标准偏差、浓度标准偏差、温度偏差、速度偏转角以及压降等性能指标都满足设计要求,在满足脱硝效率和氨逃逸率前提下,大大降低了烟气对催化剂层的冲刷,保证催化剂的使用寿命。最后,为了合理布置吹灰器,对优化结构下粉尘颗粒在烟道内的运动情况进行了仿真分析研究,为设计提供了依据。