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国家水体污染控制与治理科技重大专项产出城镇降雨径流污染控制技术的成熟度评估及该技术体系发展中面临的挑战

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环境工程学报 2022年第9期16卷 3144-3156页

作者：齐飞陈淼王振北皇甫子正李晨孙德智北京林业大学水体污染源控制技术北京市重点实验室北京100083

系统梳理了国家“水体污染控制与治理科技重大专项”在“十一五”和“十二五”期间有关课题产出的城镇降雨径流污染控制关键技术,通过对其进行技术和系统成熟度评价来解析我国城镇降雨径流污染控制技术的发展水平和面临挑战,为进一步推... 详细信息

系统梳理了国家“水体污染控制与治理科技重大专项”在“十一五”和“十二五”期间有关课题产出的城镇降雨径流污染控制关键技术,通过对其进行技术和系统成熟度评价来解析我国城镇降雨径流污染控制技术的发展水平和面临挑战,为进一步推进相关技术的发展提供参考。结果表明:我国在城镇降雨径流污染控制技术领域已开展了大量研究工作,研发和应用的大部分单项关键技术的技术成熟度已达到7级,可在一定程度上解决我国城镇径流污染问题;在城镇降雨径流污染控制技术体系中,支撑技术系统成熟度为4级,达到系统发展验证阶段,能够用于开展系统的工程设计,减少集成风险;4个关键技术环节和城镇降雨径流污染控制技术系列的系统成熟度分别为3级和2级,在技术环节和系列方面仅仅形成系统及设计开发策略,能在一定程度上降低系统集成风险,形成组合技术。因此,我国城镇降雨径流污染控制技术的单项技术成熟度还需进一步提高,以加强技术和系统的集成,并开展集成创新,使整体技术系列能达到满足任务需求的设计、运行和处理能力,在系统生命周期内向应用效益最佳的方向优化和发展。

关键词：技术成熟度系统成熟度城镇降雨径流污染海绵城市建设黑臭水体治理

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水中聚乙烯微塑料风化行为对混凝过程的影响

环境工程技术学报 2023年第2期13卷 632-638页

作者：徐铭遥彭少茵齐飞李晨王振北郭明宇北京林业大学环境科学与工程学院

以地表水中丰度较高的聚乙烯(PE)微塑料作为研究对象,开展吸附和混凝试验,在解析PE微塑料对水中有机物吸附能力的基础上,用氙灯对PE微塑料进行光老化以模拟微塑料在自然条件下的风化行为,深入研究PE微塑料风化行为对混凝过程的影响。结... 详细信息

以地表水中丰度较高的聚乙烯(PE)微塑料作为研究对象,开展吸附和混凝试验,在解析PE微塑料对水中有机物吸附能力的基础上,用氙灯对PE微塑料进行光老化以模拟微塑料在自然条件下的风化行为,深入研究PE微塑料风化行为对混凝过程的影响。结果表明:粒度为50~200目的 PE微塑料对有机物的吸附量为310~350 mg/g(以碳计),不存在显著的吸附性能差异。在混凝过程中,相较于未添加PE微塑料的情况,添加未风化的PE微塑料会降低有机物去除率,而添加风化PE微塑料则能明显提升有机物去除率。同时,混凝过程对风化PE微塑料的去除率高于未风化PE微塑料,表明PE微塑料的风化行为有利于其在混凝过程中被去除。根据混凝过程中絮体特征可知,PE微塑料的风化行为对形成絮体的尺寸影响极小,但能显著提高絮体的生长速度。

关键词：聚乙烯微塑料风化行为混凝过程有机物去除絮体特征

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城镇合流制排水系统溢流污染控制综述

环境工程 2023年第12期41卷 32-47页

作者：刘宇轩高雅弘王振北胡潜齐飞孙德智北京林业大学水体污染源控制技术北京市重点实验室北京100083 北京林业大学污染水体源控与生态修复技术北京高校工程研究中心北京100083

降雨期间合流制管道内流量超过其承载能力就会发生雨污水溢流,使城市水体受到污染,因此研究城镇合流制溢流污染对于城市水体污染控制具有重要意义。采用文献计量学方法分析了国内外合流制排水系统溢流污染的有关文献,发现溢流污染特征... 详细信息

降雨期间合流制管道内流量超过其承载能力就会发生雨污水溢流,使城市水体受到污染,因此研究城镇合流制溢流污染对于城市水体污染控制具有重要意义。采用文献计量学方法分析了国内外合流制排水系统溢流污染的有关文献,发现溢流污染特征及控制措施为主要研究热点。在此基础上,解析了合流制排水系统溢流污染的成因、水质水量特征及变化规律,从降低溢流污染发生频率和控制溢流污染2个方面对多种措施进行了论述,最后对我国合流制排水系统溢流污染控制技术发展进行了展望。

关键词：合流制排水系统文献计量学溢流污染成因污染特征污染控制

城镇径流污染控制技术路线构建与应用效果分析——以太湖流域城镇为例

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给水排水 2022年第3期48卷 54-61页

作者：皇甫子正陈淼王振北刘龙严周洋孙德智齐飞水体污染源控制技术北京市重点实验室北京100083 北京林业大学环境科学与工程学院北京100083 中国市政工程华北设计研究总院有限公司昆明分公司昆明650228 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州310000

近年来,由于我国城镇化加快带来的城市不透水下垫面比例逐年升高,降雨径流污染愈发严重。为了有效削减城市径流污染负荷,亟需建立适用于我国不同城区特点的降雨径流污染控制技术路线。通过分析太湖流域典型城区降雨径流污染特征,发现老... 详细信息

近年来,由于我国城镇化加快带来的城市不透水下垫面比例逐年升高,降雨径流污染愈发严重。为了有效削减城市径流污染负荷,亟需建立适用于我国不同城区特点的降雨径流污染控制技术路线。通过分析太湖流域典型城区降雨径流污染特征,发现老城区的污染物负荷大于新城区与规划区和工业区,是径流污染控制重点区域。以太湖流域城市径流污染需求和难点为导向,构建了3套适用于太湖流域不同城区径流污染控制技术路线。其中,老城区、新城区与规划区、工业区各1套,并验证其工程运行效果。研究结果证实了提出的技术路线能够削减径流污染负荷,出水污染物浓度均低于或接近污水处理厂一级A标排放限值和地表水环境质量Ⅳ类标准。研究结论可为城镇降雨径流污染控制提供指导。

关键词：太湖流域城市径流污染控制技术路线效果分析

长江中下游城市水生态环境综合整治对策与路线图

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环境工程 2023年第3期41卷 1-11,41页

作者：王峥曾令武张妍妍朱洪涛王振北孙德智北京林业大学水体污染源控制技术北京市重点实验室北京100083 北京林业大学污染水体源控与生态修复技术北京高校工程研究中心北京100083

为提升我国长江中下游城市水生态环境质量,以该地区65个地级市为研究对象,总结城市水资源、水环境、水生态现状,并进行相应的问题解析。结果表明:长江中下游地区城市用水量大、再生水利用率低导致水资源压力较大;污水排放量大、工业污... 详细信息

为提升我国长江中下游城市水生态环境质量,以该地区65个地级市为研究对象,总结城市水资源、水环境、水生态现状,并进行相应的问题解析。结果表明:长江中下游地区城市用水量大、再生水利用率低导致水资源压力较大;污水排放量大、工业污染严重、管网及污水处理厂效能较差、地表径流污染负荷大、水动力不足、水体连通性受阻、湖泊面积萎缩等原因导致城市水体水质较差、水生态功能退化、湖泊富营养化。基于城市水生态环境问题解析的结果,确定地区城市水生态环境近期(2021—2025年)、中期(2026—2030年)和远期(2031—2035年)3个阶段的目标,提出各阶段对应的水资源、水环境、水生态等方面的水生态环境综合整治对策和路线图。

关键词：长江中下游城市水生态环境问题解析综合整治对策路线图

Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹在奥氏体不锈钢06Cr19Ni10中扩展的研究

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Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹在奥氏体不锈钢06Cr19Ni10中扩展的研究

作者：王振北北京化工大学

学位级别：硕士

疲劳断裂是压力容器强度失效的主要形式之一,因此对压力容器疲劳断裂的研究备受关注。断裂力学中根据裂纹受力不同,将裂纹分为三种基本类型,即张开型裂纹(Ⅰ型)、滑开型裂纹(Ⅱ型)和撕开型裂纹(Ⅲ型)。实际工程结构中,裂纹多为上述三种... 详细信息

疲劳断裂是压力容器强度失效的主要形式之一,因此对压力容器疲劳断裂的研究备受关注。断裂力学中根据裂纹受力不同,将裂纹分为三种基本类型,即张开型裂纹(Ⅰ型)、滑开型裂纹(Ⅱ型)和撕开型裂纹(Ⅲ型)。实际工程结构中,裂纹多为上述三种裂纹组合的复合型裂纹。本论文以压力容器用奥氏体不锈钢06Cr19Ni10为材料研究Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹的扩展情况。本论文的研究内容和主要结论如下：首先,对预制有斜缺口裂纹的试样进行疲劳试验,研究Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹的扩展路径,扩展速率等问题。结果显示,无论缺口裂纹的倾斜角大小如何,在缺口裂纹顶端形成的新裂纹扩展方向总是垂直于疲劳载荷方向。应力强度因子计算结果表明,沿着新裂纹扩展方向,△K Ⅰ变化较为明显,△KⅡ变化很小,说明裂纹转型后为Ⅰ型裂纹,裂纹扩展速率和Ⅰ型应力强度因子变化幅之间满足Paris公式。其次,研究了应变强化对Ⅰ+Ⅱ复合型预制裂纹扩展的影响。先对预制有斜缺口裂纹的试样进行3.5%的拉伸预应变,然后进行疲劳试验,并与没有进行应变强化的试样进行对比,结果发现在缺口裂纹顶端形成的新裂纹扩展路径没有变化,但新裂纹萌生难度增加,而且新裂纹起始扩展速率小,扩展一定长度后,疲劳裂纹扩展速率赶上甚至超过无拉伸预应变的试样。有限元计算表明,扩展速率的变化是由于预应变过程在裂纹尖端形成了残余应力的结果。最后,论文还试验研究了材料不同取向对Ⅰ+Ⅱ复合型裂纹扩展的影响。结果显示,新裂纹起裂后,裂纹仍由Ⅰ+Ⅱ复合型转变为Ⅰ型,材料取向对裂纹扩展路径没有影响,对裂纹扩展速率影响也很小。此外,论文还考察了材料取向对材料拉伸性能和冲击韧性的影响,并力图通过金相分析解释所取得的结果。

关键词： Ⅰ+Ⅱ复合裂纹裂纹扩展数值模拟应变强化材料取向

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水处理絮凝工艺强化及颗粒形态控制技术研究

水处理絮凝工艺强化及颗粒形态控制技术研究

作者：王振北哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

混凝是常规水处理过程中不可缺少的基础工艺，对水厂的运行费用及整个水处理的最终结果都有很大的影响，是水处理研究方向的主要分支之一。现阶段关于混凝过程的试验研究，大多采用的为烧杯试验，与实际水处理工艺中的混凝过程有所区别... 详细信息

混凝是常规水处理过程中不可缺少的基础工艺，对水厂的运行费用及整个水处理的最终结果都有很大的影响，是水处理研究方向的主要分支之一。现阶段关于混凝过程的试验研究，大多采用的为烧杯试验，与实际水处理工艺中的混凝过程有所区别，只适合于理论研究与分析，而模型试验能较好的模拟反映实际水处理工艺中的混凝过程。在实际的水处理工艺运行中，大多关心的是絮凝效果的好坏，很少研究絮凝过程内部变化规律。采用模型试验研究不同试验条件下絮凝过程中的内部变化规律能很好地指导实际运行并进行优化控制。本课题采用中试模型试验，模拟机械絮凝池絮凝流程的动态变化，进行流程的动态研究与优化控制。试验中采用聚合氯化铝为絮凝剂，利用在线浊度仪、颗粒计数仪及电子摄像机作为监控手段，以浊度、颗粒数等监测指标及粒度分布、分形维数、平均粒径等推导所得指标作为分析基础，得到絮凝内部流程变化规律及不同试验条件对絮凝流程的影响情况。试验中为模拟实际水厂并进行优化控制，主要针对水厂常见的常规工艺参数、负荷冲击情况进行了研究分析，并采用破碎再恢复技术对絮凝过程进行强化。研究发现，常规工艺条件下模拟试验最优絮凝效果为聚合氯化铝投加量30mg/L、水力搅拌条件第一格絮凝池250r/min、第二格絮凝池150r/min、第三格絮凝池90r/min下最优，絮凝连续流程中大于7μm的颗粒形态可以用来衡量絮凝效果，数量越多，效果越好，对絮凝连续流程中第一格絮凝池与第二格絮凝池之间的流程颗粒形态进行有效控制对浊度及颗粒的去除作用明显;冲击负荷下，机械絮凝池抗冲击负荷能力较强，在常规流程下对低温低浊水处理效果达不到理想要求，综合分析发现粒度分形维数与几何分形维数可以互相补充不足，好的絮凝过程二者的值均较大。在研究破碎强化低温低浊水混凝过程中，发现絮凝连续流程加入一次破碎会有更好的絮凝效果，破碎重组后的絮体会更小更密实。二次破碎与一次破碎相比，对絮凝连续流程的絮凝效果影响更大，出水效果更好且破碎重组后的絮体较一次破碎密实度有所增大，尺寸有所减小。二次破碎较一次破碎出水水质更为稳定，一次破碎较常规流程出水水质更为稳定。

关键词：机械絮凝颗粒形态分形维数优化控制

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面向物联网的城市防汛应急管理系统

面向物联网的城市防汛应急管理系统

作者：王振北山东大学

学位级别：硕士

21世纪国家大力推广智慧城市建设,城市防汛作为智慧城市建设与发展的重要一环,已经越来越受到城市管理部门的重视,近些年来,我国大部分地区由于气候、地势等原因,时常遭遇暴雨灾害的危害,然而没有科学化及智能化的防汛管理系统建设,市... 详细信息

21世纪国家大力推广智慧城市建设,城市防汛作为智慧城市建设与发展的重要一环,已经越来越受到城市管理部门的重视,近些年来,我国大部分地区由于气候、地势等原因,时常遭遇暴雨灾害的危害,然而没有科学化及智能化的防汛管理系统建设,市场导致灾害发生时无法及时推进相关处理工作,给城市建设与管理带来了不可估量的损失以及未知隐患。基于物联网的防汛管理系统是综合运用物联网、大数据、地理信息等一系列新技术,通过雨量计、水位计、视频等在线监测设备,实时自动地采集水情、雨情、灾情险情等信息,整合防汛各类信息资源进行集中管理、综合调配,结合历史防汛经验和专家库提供汛情动态分析、预警预报、决策支持,建立监测、预警、决策、应急一体化的综合系统,实现防汛监测预警智能化、资源管理统一化、应急响应联动化,实现城市防汛指挥的数字化、网络化、高效化的协同管理,有效提高城市灾害防治的及时性、主动性、科学性。作为一个可以很好地为城市建设服务的管理系统---防汛应急系统,充分的将优质的硬件和健壮的软件系统融合在一起,采用当下流行的物联网技术,完美地实现了城市应急防汛系统的智能化。当汛期来临时,相应的硬件系统会及时对雨量、水位等信息进行采集,并且辅助以相应的视频监测机制,能够及时对雨量有充足全面的把握。现场采集的雨量信号及时反馈到终端,相应的软件智能系统对其进行井然有序的业务流程控制。下面来介绍一下我们的软件系统部分,我们的核心架构是采用MVC(Model View Controller)框架,B/S控制模式。远程终端的管理员通过WEB形式,就可以实现对防汛业务的智能和信息化管理。城市防汛系统是如何设计和实现,是这篇论文的主要内容。本论文首先介绍了防汛系统的国内外研究现状和它的历史背景,论述了该研究领域的必要性和实现价值。随后讲解了防汛业务的主要需求,并由此来设计防汛系统各个功能模块。最后针对每一个功能模块进行了详细的介绍,包括它的实现目的和逻辑,以及每一模块所采用的核心技术等等。本文所讲解的这个智能化城市防汛系统主要可以实现五个功能模块,包括站点管理功能、防汛资料管理功能、指挥调度功能、决策支持功能以及系统设置功能。此系统对之前老系统进行了优化和改进,大大减少了原有的物力和人力,在大大提高了效率的同时,实现了城市对汛期管理的智能和信息化。此系统具有高效的及时反馈控制,一旦雨量或者水位检测中心检测到雨量信息,就会第一时间将其反馈至终端,指挥管理中心针对雨量情况及时作出判断,找到准确的应对策略,城市建设中对汛期的控制有了有效的管理和及时的控制,从而加快了城市建设的步伐。在系统的稳健性方面我们也是严格把关,毕竟城市的防汛也是不容小视的建设部分。对于五大功能模块,包括对应的每一个小的子系统,都进行了严格的测试。现场采集了真实的数据进行了多次模拟测试,保证了所开发系统的稳健性和实用性。确保城市防汛工作能够高效、准确、实时的展开,为市政建设有着非常重要的现实意义,有效地改善了人类的生存环境,同时能够促进整个城市的进步和发展。

关键词：城市防汛系统物联网信息化管理雨量数据 MVC框架

PCL/Hyaluronan/EGF纳米纤维支架应用于皮肤组织工程的研究

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PCL/Hyaluronan/EGF纳米纤维支架应用于皮肤组织工程的研究

作者：王振北重庆大学

学位级别：硕士

静电纺丝技术发明于上世纪初期,其用途广泛,至此已被用于很多领域,如环保,医疗卫生,电化学等等。通过该方法制备的纳米纤维支架由于具备类似于细胞胞外基质的空间结构,在组织工程领域应用十分广泛。皮肤创伤尤其是大面积全皮层创伤仍是... 详细信息

静电纺丝技术发明于上世纪初期,其用途广泛,至此已被用于很多领域,如环保,医疗卫生,电化学等等。通过该方法制备的纳米纤维支架由于具备类似于细胞胞外基质的空间结构,在组织工程领域应用十分广泛。皮肤创伤尤其是大面积全皮层创伤仍是人类面临的主要病痛之一,如何能加速创伤面的愈合和减少疤痕的产生仍是临床上面临的一个问题。本课题采用乳液静电纺丝技术制备核壳结构的纳米纤维,该纳米纤维能够同时释放透明质酸(HA)和表皮生长因子(EGF)两种活性成分,来尝试制备一种能进创伤愈合和减轻疤痕产生的创伤敷料。本课题研究实验内容主要有以下四部分组成:①采用油包水法制备油包水乳液,其中油相为PCL的氯仿(TCM)溶液与HA的甲酸(HA)溶液的混合溶液;水相为表皮生长因子(EGF)的水溶液。将乳液通过静电纺丝技术制备核壳结构PCL/HA/EGF纳米纤维支架,同时,PCL与PCL/HA纳米纤维支架被制备来作对照。使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)等仪器来表征支架材料的表面形态与纳米纤维的核壳结构;使用傅里叶转换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(EDS)来检测纳米纤维支架材料的化学组成成分;使用接触角测量仪来评估纳米纤维支架的亲疏水性;使用酶联免疫吸附测定法(ELISA)来探测EGF和HA的释放量,并绘制释放累积曲线,探究EGF与HA的释放性能。②将人永生化表皮细胞HaCa T和人皮肤成纤维细胞FEK4分别种植在PCL、PCL/HA与PCL/HA/EGF等支架材料上,采用MTS法测定细胞在纳米纤维支架上的增殖活性;利用改进后的Transwell小室分析FEK4细胞在不同支架材料内部的迁移情况。结果表明纳米纤维生物相容性良好,EGF能明显促进两种细胞的增殖,HA和EGF可以协同促进FEK4细胞向支架内部迁移。③将FEK4细胞在PCL、PCL/HA、PCL/HA/EGF三种不同的纳米纤维支架上培养1day,5days,10days后,采用RT-PCR检测Ⅰ型胶原(Collagen-Ⅰ),Ⅲ型胶原(Collagen-Ⅲ)和转变生长因子(TGF-β1)的基因表达水平。④制备SD大鼠皮肤损伤模型,并分别将PCL、PCL/HA与PCL/HA/EGF等三种不同的支架材料覆盖整个创伤部位,1周、2周、4周后观察创伤愈合程度并在2周和4周时取创伤愈合面组织做石蜡切片观察组织修复水平。本课题研究证明:采用乳液静电纺丝法制备的纳米纤维支架表面结构稳定均一,单根纤维核壳结构稳定明显。EGF和HA的释放可控有效,且具备生物学活性,支架材料生物相容性良好,能促进细胞的增殖和迁移以及相关基因的表达来达到促进创伤愈合和减少疤痕产生的效果。本研究结果为临床皮肤组织修复提供一种可行的创伤敷料。

关键词：乳化静电纺丝透明质酸钠表皮生长因子创伤修复