潜流人工湿地中不同填料介质与进口流速对水动力学性能影响的研究

使用计算流体力学软件对潜流人工湿地的水力学特性进行了模拟计算,通过对不同填料介质和进口流速的模拟比较,讨论不同条件下的湿地水力学行为。模拟结果表明,当上层介质为40~50 mm,下层介质为100 mm时,可以得到较高的湿地水力学效能。进口流速在1e-6m/s至5e-6m/s时,水力学效能变化范围较小,而随着进口流速的进一步增大,水力学效能有较明显的减小趋势。本研究选择进口流速为3.3e-6m/s,以保证达到设计处理量的基础上获得最佳的水力学效能。     

钢渣-灰岩人工湿地去除粪便污水中的有机物

构建小试系统研究了钢渣-灰岩垂直潜流人工湿地对粪便污水中有机物的降解效果.同时比较分析了间歇进水时间、填料填铺方式、表层填料、以及四季对钢渣-灰岩垂直潜流湿地降解粪便污水有机物效能的影响.结果表 明,钢渣-灰岩垂直潜流人工湿地降解COD在120.93～653.33mg·L-1的粪便污水是可行的;如果考虑既要保证出水水质,又要提高湿地使用效率和水处理量,60h是最佳的湿地进水间隔;从长期效果来看,大级配差的正反粒径混合填铺的填料结构更有利于钢渣-灰岩人工湿地保持有机物降解效能;表层的基质材料选择很重要,有一定粒径和渗透性好的土壤-水洗砂的混合物为最佳;湿地在春、夏、秋季对有机物的处理效能较好,而冬季有待于提高.温度 与风力发生的变化是季节影响湿地降解有机物的主要因素.     

不同出水方式和处理规模下的水平潜流人工湿地水力学特性

建立两种规模的水平潜流人工湿地模型,依托地下水数值模拟软件,对上进上出和上进下出的水流方式分别进行了模拟。采用虚拟示踪粒子的方法,追踪水流在湿地内的停留时间,从而计算出不同条件下湿地的水力效率,通过水力效率的计算结果分析进出水方式对不同规模湿地的影响程度。研究表明进出水口位置对湿地水力效率的影响程度σ与湿地长深比n有关,n越大,则σ越小,湿地水力学特性受进出水口位置的影响程度越小。因此,在工程应用中调整进出水方式应适度进行,过度优化可能导致工程造价和施工难度的增加。     

水力负荷对潜流湿地净化效果和氧环境的影响

以芦苇水平潜流人工湿地系统作为研究对象,研究水力负荷(HLR)的变化对湿地净化效果和氧分布的影响.结果表明,随着HLR由454下降至91 mm·d~(-1),湿地对NH_4~+-N、NO_3~--N,TN、TP、COD的净化能力分别提高了约约35、8、20,25和20个百分点.运行期间,湿地水体溶解氧(DO)在水平方向上从前至后呈下降趋势,在垂直方向上,水体DO上层要高于下层.随着HLR的降低,湿地水体DO水平方向和垂直方向上的差异有缩小之势.同时湿地床层的DO含量随着HLR的下降呈现出升高态势,且湿地床上层的DO波动变化较明显.研究发现,湿地床的耗氧过程和复氧过程能同步协调进行,当污染物降解的耗氧速率大于湿地系统的复氧速率时,会出现湿地水体DO不升而降的现象.     

基于Elman网络和小波去噪的人工湿地复合基质对COD去除效果的模拟

人工湿地技术被广泛应用于污水处理[1-2],但其去污机理复杂,影响因子众多,呈高度非线性,缺乏长期运行效果准确可靠的模拟手段。而人工神经网络能在数据样本较大的情况下很好地逼近复杂的非线性函数,因此利用人工神经网络构建模型模拟系统的处理效果可为人工湿地系统的运行管理提供参考。通过构建人工湿地基质系统进行为期4个月的试验,监测得到56组COD去除率数据,经Matlab小波去噪后利用Elman网络构建动态神经网络模型,模拟该人工湿地基质系统对生活污水中COD去除效果。结果表明所构建模型的均方根误差为0.016 3,精度较高,对具有非线性时间序列特征的人工湿地复合基质系统去污效果模拟具有较好的应用前景,利用Elman神经网络模型模拟该人工湿地复合基质系统运行后期的COD去除率为49.5%~56.4%。     

河道护坡湿地类型对雨天溢流污染物去除特性

近年来城市河道面临雨天反复污染问题，泵站雨天溢流是影响城市河流水质稳定达标的重要原因。结合河道护坡地形，将潜流人工湿地构造为护坡湿地，研究不同运行工况和进出水构造条件下湿地对污染物的去除效果并分析去除机理。结果表明，护坡湿地在垂直流工况下，进水管水平长度为3.6 m(占污水处理区水平长度的90%),出水管高度为0.65 m(占污水处理区高度的81.25%)为最优进出水构造，在该进出水构造下湿地对COD_Cr、氨氮、TN、TP的去除率分别为45.0%、91.5%、42.6%、44.3%。护坡湿地按水平流工况运行时，对各项污染物的去除率低于垂直流工况，但去除负荷有显著提升。在同时设置底部和出水高度处集水的最优出水构造下，护坡湿地对COD_Cr、氨氮、TN、TP的去除负荷分别为103.0、46.79、15.64、0.41 g/(m²·d)。     

景观型与蔬菜型水平潜流湿地除磷动力学模型

利用景观型和蔬菜型水平潜流湿地净化经生化处理后的生活污水尾水,进行湿地除磷动力学模型研究。对比分析不同湿地单元的除磷效率。为优化湿地除磷设计,采用一级动力学模型和Monod模型模拟除磷效果,对比模拟准确性,讨论水温、水力负荷与模型反应速率常数间关系,并建立湿地除磷模型构建式。结果表明,景观型湿地除磷能力顺序:美人蕉单元>再力花单元>鸢尾单元,蔬菜型湿地:空心菜单元>茭白单元>番茄单元,除磷效果差异归因于不同类植物的生物量区别。Monod模型(模型效率值ME:0.76～0.86)对湿地除磷的预测较一级动力学模型(ME:0.53～0.72)具有更高准确性。总磷面积去除率随水温的降低而减小,Arrhenius拟合结果表明,美人蕉(θ=1.006)、再力花(θ=1.008)和空心菜(θ=1.006)单元K_max对水温变化不敏感,水温对鸢尾(θ=1.015)和茭白(θ=1.014)单元除磷效率有较大影响。K_max20与水力负荷间存在显著正相关性,两者符合乘幂方程(R²:0.657;0.805)关系。考虑了水温和水力负荷因素的Monod模型构建式,对试验湿地除磷预测具备准确性。     

人工湿地高效处理氮磷废水的探究

为了明确微塑料（MPs）对人工湿地生物脱氮除磷性能的影响,构筑了潜流人工湿地系统,通过控制进水MPs含量分析了MPs对CW运行效能的影响及作用机制。结果表明,低于2.0 mg/L MPs对CW内化学需氧量（COD）、总氮（TN）及磷酸盐的去除影响不明显。但超过5.0 mg/L MPs降低了CW对营养盐的去除。在20.0 mg/L MPs组别内,TN和磷酸盐去除率分别下降至57.6%～59.2%和80.3%～81.2%。高浓度MPs能导致CW堵塞,提高渗透系数,提高了胞外聚合物（EPS）含量。进一步发现MPs提高了EPS各层内蛋白质和多糖的含量。高通量测序分析表明,MPs提高了微生物丰富度和多样性但降低了负责生物脱氮关键微生物的相对丰度。高浓度MPs暴露组别内Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰度显著降低。研究结果为CW处理含量MPs废水提供了一定的数据参考和理论依据。     

三级表面流人工湿地对猪场废水深度净化效果研究

构建三级表面流人工湿地处理低浓度猪场废水并评价其净化效果，同时利用高通量测序技术表征湿地运行前后底泥微生物群落结构变化。低浓度猪场废水中化学需氧量(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH₄⁺-N)、总磷(TP)分别为87.7、32.3、29.5、3.3 mg/L，经三级人工湿地处理后出水各指标平均质量浓度分别为20.0、8.7、8.5、0.5 mg/L，即该人工湿地对各指标的去除率分别为77%、73%、71%、84%。表面流人工湿地的运行影响了底泥微生物群落结构，各级人工湿地底泥细菌群落多样性和丰富度均显著高于原始土壤。微生物群落分析表明，酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)以及脱硫菌门(Desulfobacterota)是底泥微生物群落的优势门。基于共线网络分析发现，m(COD)/m(P)、m(N)/m(P)以及TP是影响底泥菌群结构的主要环境因素，其对Acidobacteria以及Desulfobacterota有显著影响。     

换热管缠绕角参数对管壳式换热器壳程流场的影响

以家用采暖炉具的换热器为研究对象，通过三维建模软件建模，应用CFD数值模拟分析在不同入口流速的工况下，换热管缠绕角度对壳侧流体流动和传热性能的影响。仿真分析结果表明：随着入口流速的增加，壳程流体混合程度更均匀，流体受到的阻力逐渐减小；在换热器高度一定时，相对于直管式换热器，绕管式换热器换热面积更大，换热性能更好。     

CFD study on hydraulic performance of subsurface flow constructed wetland: Effect of distribution and catchment area

A subsurface flow constructed wetland (SSFW) was simulated by using a commercial computational fluid dynamic (CFD) code (Fluent 6.22, Fluent Inc.). The liquid residence time distribution in the SSFW was obtained by the particle trajectory model. The simulation confirmed that the effect of the distribution and/or catchment area on the hydraulic efficiency is significant. An inappropriate horizontal distribution and/or catchment area can result in poor hydraulic efficiency. The hydraulic efficiency of the SSFW with the vertical distribution and/or catchment area can be kept at a high level (above 0.898). The design of the vertical distribution and/or catchment area in the SSFW is better than that of the horizontal. From the point of view of the engineering design, a small dimension distribution and/or catchment area in the SSFW is advisable, which maintains a considerable hydraulic efficiency of the SSFW (above 0.840), but also benefits the increase of the purge area.     

不同流向对曝气生物滤池处理洗浴废水效果的影响

研究了不同流向对曝气生物滤池的影响情况,结果表明,上流式曝气生物滤池挂膜时间要略小于下流式曝气生物滤池。从CODCr,LAS主要污染物指标的去除效果上看,上流式要优于下流式曝气生物滤池,且所需气水体积比小,承受水力负荷大,沿水流方向相同滤层高度的去除率高。两种流向的曝气生物滤池,对洗浴废水处理后各项指标符合城市杂用水水质标准GB/T1890-2002。     

水力负荷对潜流湿地去除污水处理厂二级出水中氮磷的影响

采用水平-石灰石、水平-沸石、垂直-沸石、垂直-改性沸石等4种潜流湿地对污水处理厂二级出水进行深度处理研究,探讨各系统稳定运行条件下,不同水力负荷对4种潜流湿地脱氮除磷效果的影响,以及4种湿地的去除污染物效果的差异性。结果表明,当进水水质为污水处理厂二级排放标准时,在一定的运行条件下,与垂直潜流湿地相比,水平潜流湿地对氮素的去除效果受水力负荷影响更大。其中,水平-沸石潜流湿地对NH3-N的去除率最高达到(96.5±2.58)%,而水平-石灰石潜流湿地最低仅为(78.7±3.64)%;水平-沸石潜流湿地对TN的去除率最高达到(94.5±2.58)%,最低仅为(66.1±2.02)%。另外,与水平流湿地相比,垂直流湿地对污水中磷素的去除效果较好,同时,垂直-沸石湿地表现出了对磷素最佳的去除效果,其对PO43--P的去除率最高达到(72.1±2.29)%,而对TP的去除率最高最高达到(73.8±3.25)%。此外,当水力负荷为0.093 m3/(m2.d)时,上述4种湿地对磷素均表现出了最佳的去除效果。     

人工湿地氧状态影响因素研究

试验研究了人工湿地中水力停留时间、植物、填料和水力流态对净化效率和氧状态的影响。结果表明,湿地溶氧和净化效果受水力停留时间影响较大,最佳停留时间时溶解氧出现最低值;植物种类的不同将影响湿地供氧;填料孔隙率和表面性质的不同将直接影响其复氧效果;垂直流人工湿地独特的结构设计和水力流态使其更有利于湿地内部的供氧。     

景观植物潜流湿地对富营养化景观水的净化

研究了风车草、美人蕉两种植物人工湿地在不同月份对富营养化景观水的净化效果。分析了水力负荷、温度变化对污染物去除效果的影响,考察了两种植物人工湿地微生物的硝化/反硝化作用强度。结果表明:两种植物人工湿地对富营养化景观水中的污染物均有较好的净化效果,风车草湿地去除效果优于美人蕉湿地。污染物的去除效率随水力负荷的增加而降低;在最佳水力负荷为0.113m3/(m2.d)的条件下,出水TN、TP和CODCr的质量浓度分别在2、0.1和15mg/L以下;富营养化的控制因子磷的去除效率基本不受温度影响。风车草湿地硝化作用强度略高于美人蕉湿地,反硝化作用强度略低。     

提高出租车轮胎耐磨性能的研究

介绍提高出租车轮胎耐磨性能的试验研究.结果表明,提高胎面花纹饱和度,带束层采用2+2×0.3HT钢丝帘线,胎体采用1层1670dtex/2聚酯帘布,合理调整胎圈三角胶高度,增大胎面胶配方中顺丁橡胶用量,可以在保证轮胎抓着力和抗撕裂性能的同时获得良好的耐磨性能.     

78.5升气升式环流反应器内构件优化

研究了78.5L气升式环流反应器内部结构对流动性能的影响规律, 并给出最佳区间来为工业装置提供理论指导。利用Fluent软件建立数学模型与实验装置作对比, 模拟了不同气液分离区高度与外筒高度比、导流筒长度与外筒长度比和筒内外直径比对流动行为的影响规律。结果表明:数学模型和实验结果误差较小, 可以用来预测气升式环流反应器流动行为。气液分离区高度与外筒高度比值过大会导致环流阻力增大, 从而不利于流动, 比值为0.34~0.36时流动性能最佳;导流筒长度与外筒长度的比值增大可增加气含率和环流液速, 但是比值过大会引起气泡的聚合, 从而影响流动性能, 当比值为0.60~0.62时流动性能最佳;在一定范围内增加内外筒直径比会改善流动效果, 但环隙面积过小会增加环形阻力, 内外筒直径比为0.73~0.77时流动效果比较理想。     

环冷机分层布料仿真与优化

以提高环冷机“余热利用区”出口烟气温度和环冷机的余热回收利用率为目标,对某钢铁企业420 m²环冷机进行了分层布料仿真实验研究。以多孔介质模型为基础,结合Fluent软件的UDF和UDS功能,建立气、固局部非热力学平衡的双能量方程模型,以Fluent软件为计算平台,建立了烧结矿冷却过程求解的数学模型。利用该模型对不同的分层布料工况及常规布料工况进行了模拟计算,得到了最优分层布料参数。研究结果表明,按粒度对环冷机烧结矿实行分层布料可有效提高环冷机“余热利用区”出口烟气温度和环冷机的余热回收利用量,余热回收利用量比常规工况提高了23.2%,出口烟气平均温度比常规工况提高了43.72 K。     

人工湿地脱氮技术研究

人工湿地是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施,在污水脱氮方面具有一定的效果。文章通过对两个不同的人工湿地模拟系统进行研究,考察了水力负荷、停留时间、植物根系及其他因素对湿地脱氮效果的影响,为实现人工湿地脱氮技术应用于实际工程提供了依据。