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水-空气耦合介质中冰载荷对闸墩的撞击影响研究

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工程力学 2024年第6期41卷 177-187页

作者：贡力杨腾腾靳春玲贾治元董洲全兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学调水工程及输水安全研究所甘肃兰州730070

西北干寒地区长距离输水工程中河道修建的闸墩受到冰载荷撞击破坏,为确保冬季安全稳定供水,需进行冰载荷对闸墩撞击破坏力学特性研究。该文采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合(fluid structure interac... 详细信息

西北干寒地区长距离输水工程中河道修建的闸墩受到冰载荷撞击破坏,为确保冬季安全稳定供水,需进行冰载荷对闸墩撞击破坏力学特性研究。该文采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合(fluid structure interaction, FSI)方法模拟不同碰撞工况下冰体楔入闸墩碰撞过程,并通过对比实验,验证了冰材料模型参数和ALE算法的适用性,分析了网格尺寸对撞击力的影响。研究结果表明:计算得到冰载荷对闸墩撞击力极值与实验值具有良好的吻合性,表明该模拟所采用的冰材料模型参数、ALE算法和网格尺寸能够较准确模拟冰载荷对闸墩的作用力;闸墩损伤变形与冰排破损主要集中在碰撞接触区,接触区撞击力大小受到“水垫效应”的影响,空气介质对撞击力影响较小;不同冰厚和冰速工况下撞击力时程曲线呈现“Sawtooth”(上下波动)现象,撞击力加载-卸载时间较短;冰排楔入闸墩的过程中,撞击力极值出现在0°正碰接触区,在冰速1.2 m/s~3.0 m/s范围内,撞击力逐渐减小,在不改变冰速工况下,随着冰厚的增加,墩体结构响应越大,冰速和冰厚两种影响工况下闸墩顶端位移均为周期性振动。其仿真结果拟为西北干寒地区冰期河道中墩体结构安全提供指导。

关键词：数值模拟流固耦合任意拉格朗日-欧拉冰载荷撞击力闸墩

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纳米单质铁对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

中国环境科学 2022年第6期42卷 2619-2627页

作者：马娇曾天续宋珺党鸿钟李维维陈永志兰州交通大学甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省污水处理行业技术中心甘肃兰州730070 中国国家铁路集团有限公司发展与改革部北京100844 甘肃省轻工研究院有限责任公司甘肃兰州730070

通过向厌氧氨氧化反应器(ASBR)中投加纳米单质铁(nZVI),考察了其对厌氧氨氧化反应(ANAMMOX)脱氮性能的影响.结果表明,在温度为(25±0.5)℃,pH值为7.5±0.5,进水NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N浓度分别为30.35mg/L和37.89mg/L条件下,分别投加0,10,50,100.200,500,1000mg/L nZVI时,总氮去除率(NRE)分别达到70.27%、74.25%、83.45%、90.16%、68.59%、57.18%、50.93%.用修正的Boltzmann、Gompertz、Logistic模型对其进行动力学分析,R_(2)值分别为0.9963、0.9944、0.9851,总氮(TN)出水浓度和NRE的预测值与实际值比较,其均方误差值分别为2.13、6.31、8.48和6.93、7.47、10.95.

关键词：纳米单质铁厌氧氨氧化脱氮效能动力学模型

Ti/IrO_(2)+MnO_(2)电极在酸性溶液中的析氧反应动力学研究

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稀有金属材料与工程 2023年第4期52卷 1287-1295页

作者：周键贾昱宋小三兰州交通大学甘肃兰州730070 甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070

采用涂覆热分解法制备Ti/IrO_(2)+MnO_(2)复合电极,利用慢速线性电位扫描伏安法测试Ti/IrO_(2)+MnO_(2)电极的准稳态极化曲线并深入地研究析氧反应动力学,得到了相关动力学参数、反应历程及速度控制步骤。通过分析经欧姆电压降修正的Ta... 详细信息

采用涂覆热分解法制备Ti/IrO_(2)+MnO_(2)复合电极,利用慢速线性电位扫描伏安法测试Ti/IrO_(2)+MnO_(2)电极的准稳态极化曲线并深入地研究析氧反应动力学,得到了相关动力学参数、反应历程及速度控制步骤。通过分析经欧姆电压降修正的Tafel曲线,较好地解释了Tafel直线区域的双斜率现象,基于此提出析氧反应动力学方程并进行数学推导,较好地符合实验结果。实验所得氢离子反应级数约为零,低电位区与高电位区的表观活化能分别为30.31和13.64 kJ/mol,进一步证明该数学模型的正确性。

关键词： Ti/IrO_(2)+MnO_(2)电极析氧反应动力学 Tafel曲线

酸改性坡缕石对Ni和Cr污染土壤的钝化效果

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环境化学 2022年第4期41卷 1348-1355页

作者：陶玲黄磊张晓郡张凌云周怡蕾任珺甘肃省黄河水环境重点实验室兰州730070 兰州交通大学环境与市政工程学院环境生态研究所兰州730070 甘肃瀚兴环保科技有限公司兰州730070

通过钝化实验与盆栽实验研究酸改性坡缕石对土壤中重金属Ni和Cr的钝化效果及植物富集的影响,结合可迁移性因子、钝化容量和修复效率对钝化效果进行评价.结果表明,10%和12.5%浓度硫酸处理72 h后的坡缕石对土壤中Ni和Cr的钝化效果显著高... 详细信息

通过钝化实验与盆栽实验研究酸改性坡缕石对土壤中重金属Ni和Cr的钝化效果及植物富集的影响,结合可迁移性因子、钝化容量和修复效率对钝化效果进行评价.结果表明,10%和12.5%浓度硫酸处理72 h后的坡缕石对土壤中Ni和Cr的钝化效果显著高于原矿和其它酸改性处理,与对照相比,钝化容量分别提高了4.96倍与6.57倍.种植在这两种酸改性坡缕石钝化土壤中的植物内Ni和Cr的富集量显著低于其它钝化处理,富集量降低了79.77%与61.13%.随着酸改性坡缕石添加量的增加,重金属Ni与Cr由酸溶态转化为稳定性较强的可氧化态与残渣态,可迁移性因子整体降低,钝化容量和修复效率提高.酸改性坡缕石添加量为16 g·kg^(-1)时,修复效率和钝化效果显著高于其它处理.酸改性可显著提高坡缕石对土壤重金属的钝化修复效能,并且,酸改性坡缕石具有规模化应用在土壤重金属污染原位修复工程中的潜力.

关键词：坡缕石 Ni Cr 钝化富集

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水动力作用下流冰撞击闸墩的动力响应研究

爆炸与冲击 2023年第12期43卷 54-67页

作者：杨腾腾贡力董洲全杜云飞崔越兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动,水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法,考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力,建立了水-冰-闸墩耦合模型,探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的... 详细信息

高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动,水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法,考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力,建立了水-冰-闸墩耦合模型,探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性,设计了冰-砼碰撞实验。结果表明:冰-砼碰撞实验中,撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好;对流固耦合的水动力效应分析发现,水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性,在流冰撞击闸墩近场逼近过程中,初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能,撞击楔入闸墩过程中,水介质形成一个瞬态高压力场,产生水垫效应吸收冰体部分动能,从而抑制流冰运动;在不同流冰体积和压缩强度工况下,闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大,流冰压缩强度对冰力的影响较小,流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区,流冰撞击闸墩结构引起冰激振动,流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大,相同体积的流冰随着压缩强度的增大,振动幅值差异不明显,表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。

关键词：流固耦合水动力闸墩撞击力冰激振动

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间歇曝气生物膜A2/O+BAF组合工艺强化生物脱氮除磷试验研究

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间歇曝气生物膜A2/O+BAF组合工艺强化生物脱氮除磷试验研究

作者：张民安兰州交通大学

学位级别：硕士

防范水体富营养化的关键在于减少污水处理厂尾水中的氮、磷,A/O工艺被广泛应用于实际工程以实现高效的脱氮除磷,但其单污泥系统处理低C/N比城市污水存在不足,长泥龄的硝化菌和短泥龄的除磷菌受系统SRT(污泥龄)的限制,使工艺在运行中普... 详细信息

防范水体富营养化的关键在于减少污水处理厂尾水中的氮、磷,A/O工艺被广泛应用于实际工程以实现高效的脱氮除磷,但其单污泥系统处理低C/N比城市污水存在不足,长泥龄的硝化菌和短泥龄的除磷菌受系统SRT(污泥龄)的限制,使工艺在运行中普遍存在释磷少、硝酸盐产率低、碳源利用率低和抗水质波动性差等问题,升级改造为反硝化除磷脱氮的双污泥系统是目前解决该问题的较好出路。试验以低C/N城市污水为处理对象,设计了间歇曝气生物膜A/O+BAF组合系统。间歇曝气A/O单元在短SRT、间歇曝气条件下运行,驯化了DPAOs(反硝化聚磷菌)进行反硝化除磷脱氮反应;BAF单元在长SRT、持续曝气条件下运行,培养了好氧生物膜进行硝化反应,组合系统实现了高效的“一碳两用”目的。结果如下:(1)组合系统启动优化后运行效果良好,系统进水ρ(COD)、ρ(NH-N)、ρ(TN)和ρ(PO-P)分别为271.4、62.9、67.1和5.2 mg/L;间歇曝气A/O工况:SRT为10天、硝化液回流比为200%、厌/缺/好容积比为2:1:7、HRT为12 h及曝停比为60 min:60 min;BAF工况:HRT为3 h、进水NH-N容积负荷≤0.52 kg/m·d、进水碱度/ρ(NH-N)为8左右及ρ(DO)为3～4 mg/L;系统出水ρ(COD)、ρ(NH-N)、ρ(TN)和ρ(PO-P)分别为25.9、1.9、14.7和0.2 mg/L,满足一级A标准(GB18918-2002),厌氧区COD利用比为75.2%,最大厌氧释磷速率、最大反硝化吸磷速率、最大总吸磷速率及最大好氧吸磷速率分别为9.9、16.6、20.6和4.1 mg PO-P/(g VSS·h),DPAOs活性高达80.4%,反硝化除磷贡献率为81.8%;BAF膜生物量充足,硝酸盐产率高于93%,NH-N去除贡献率为77.3%。(2)考察了曝停比分别为60 min:80 min、60 min:60 min、60 min:40 min和60 min:20min对组合系统同步反硝化除磷脱氮影响,硝化液回流比为200%,系统HRT为15 h。前3个工况出水ρ(COD)和ρ(PO-P)分别低于30和0.3 mg/L,工况4时出水ρ(COD)和ρ(PO-P)分别升高为47.5和0.7mg/L;4个工况下出水ρ(NH-N)均低于1.6 mg/L,出水ρ(TN)分别为10.3、14.1、16.7和18.6 mg/L。DPAOs活性在前3个工况下较强(>80%),工况4下较弱(40.6%),反硝化除磷贡献率分别为82.36%、84.21%、78.88%和47.3%。曝气为60 min时,曝停比较小有利于DPAOs,过大则会抑制其活性。(3)考察了硝化液回流比(R)分别为100%、200%、300%、400%和500%对组合系统同步反硝化除磷脱氮影响,曝停比为60 min:60 min,系统HRT为15 h。R=500%时出水ρ(COD)为66.1 mg/L,其余工况出水ρ(COD)均低于31 mg/L;出水ρ(NH-N)在5个工况均低于1.2 mg/L。R=200%时DPAOs活性强(81.4%),NO-N量成为除磷脱氮的限制因素,出水ρ(TN)和ρ(PO-P)为14.1和0.22 mg/L;R=300%时NO-N充足,DPAOs活性为81.2%,出水ρ(TN)和ρ(PO-P)为6.9和0.14 mg/L;R=400%时DPAOs活性为79.4%,内碳源量成为除磷脱氮的限制因素,出水ρ(TN)和ρ(PO-P)为8.1和0.19 mg/L;R=500%时DPAOs活性降低(61.1%),出水ρ(TN)和ρ(PO-P)增至20.7和0.86 mg/L;R=100%时,DPAOs活性衰减(23.4%),“一碳两用”效果变差,出水进一步恶化。(4)考察了组合系统HRT缩短为12、10和8 h时的运行效果,曝停比为60 min:60 min,R=300%。HRT为12 h时,出水ρ(COD)、ρ(NH-N)、ρ(TN)和ρ(PO-P)分别为33.7、1.4、9.5和0.4 mg/L,满足一级A标准。HRT缩短为10h和8h,厌氧沿程的COD浓度差值分别为188.8和139.5 mg/L,显著小于12 h的214.2 mg/L,出水恶化;BAF运行稳定,但进水负荷增大,出水ρ(NH-N)升高为3.6mg/L(10 h)和8.8 mg/L(8 h);污泥性能恶化,SVI和f值从12 h的92.6、0.77降低为8 h的62.4、0.61。(5)采用响应面法,对多级A/O+BAF系统运行条件进行了优化,当HRT为8.5 h、进水比例为5:3:2和填料高度为1600 mm的条件下,TN和TP去除率预测值为84.88%和94.37%;验证试

关键词：间歇曝气双污泥系统低C/N城市污水硝酸盐产率反硝化除磷脱氮系统优化

响应面法优化多级A/O+BAF系统处理生活污水强化脱氮除磷

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环境科学研究 2022年第5期35卷 1233-1244页

作者：张民安袁忠玲张明秦彦荣吴新波赵凯亮陈永志兰州交通大学甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省污水处理行业技术中心甘肃兰州730070

为优化多级A/O(缺氧/好氧)+BAF(曝气生物滤池)系统处理低C/N生活污水强化脱氮除磷的关键运行条件,采用单因素试验分别研究了HRT(水力停留时间)、三点进水比例及BAF填料高度对系统主要污染物去除的影响,并以此为对照,通过BBD二阶模型中... 详细信息

为优化多级A/O(缺氧/好氧)+BAF(曝气生物滤池)系统处理低C/N生活污水强化脱氮除磷的关键运行条件,采用单因素试验分别研究了HRT(水力停留时间)、三点进水比例及BAF填料高度对系统主要污染物去除的影响,并以此为对照,通过BBD二阶模型中心复核设计多因素试验,采用响应面法分析上述三因素对TN、TP去除的交互影响,得出了优化运行条件与TN、TP去除率的模型预测值,在该条件下运行系统,验证了TN、TP去除率实际值与预测值的相对误差.结果表明:①单因素试验表明,当HRT为9 h、进水比例为5∶3∶2、填料高度为1800 mm时,多级A/O+BAF系统中主要污染物的去除效果最好.②响应面分析得出,三因素对TN、TP的去除交互影响显著;模型拟合回归方程得出,优化运行条件为HRT 8.5 h、进水比例5∶3∶2、填料高度1600 mm时,TN、TP去除率预测值分别为84.88%、94.37%.③验证结果表明,进水ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为68.8、5.4 mg/L,出水ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为10.61、0.32 mg/L,TN、TP实际去除率分别为84.15%、94.01%,与TN、TP去除率预测值相比,相对误差仅分别为0.86%、0.38%.研究显示,应用响应面法建立模型优化多级A/O+BAF工艺处理生活污水的方法可靠,实现了对氮磷的强化去除.

关键词：多级A/O+BAF 响应面法多因素交互模型预测生活污水

A^(2)/O-BAF工艺短程硝化模式下反硝化除磷效能

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化工进展 2023年第2期42卷 1089-1097页

作者：吴新波党鸿钟马娇严渊曾天续李维维张国珍陈永志甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省污水处理行业技术中心甘肃兰州730070 甘肃省轻工研究院有限责任公司甘肃兰州730070

采用厌氧/缺氧/好氧-曝气生物滤池(A^(2)/O-BAF)工艺处理低C/N城市污水,研究硝化液回流比为0、50%、100%、150%和200%时该工艺脱氮除磷效能。结果表明,在A^(2)/O中控制污泥龄(SRT)为15d,水力停留时间(HRT)为10h,好氧段溶解氧(DO)为2.0mg... 详细信息

采用厌氧/缺氧/好氧-曝气生物滤池(A^(2)/O-BAF)工艺处理低C/N城市污水,研究硝化液回流比为0、50%、100%、150%和200%时该工艺脱氮除磷效能。结果表明,在A^(2)/O中控制污泥龄(SRT)为15d,水力停留时间(HRT)为10h,好氧段溶解氧(DO)为2.0mg/L;BAF中控制HRT为3h、好氧/缺氧曝停时间比为50min∶10min以及硝化液回流比R=200%的条件下,进水COD、TN、NH_(4)^(+)-N和PO_(4)^(3-)-P的浓度分别为232.61mg/L、53.99mg/L、52.20mg/L和5.54mg/L,系统出水中COD、TN、NH_(4)^(+)-N和PO_(4)^(3-)-P的浓度分别为34.11mg/L、12.44mg/L、1.01mg/L和0.34mg/L,亚硝积累率(Ni AR)高达95.20%。出水NO_(2)^(-)-N回流至A^(2)/O缺氧段后,缺氧段出水的PO_(4)^(3-)-P含量下降至2.68mg/L,反硝化除磷(DPR)对系统PO_(4)^(3-)-P的去除贡献达75.42%。批次试验表明,A^(2)/O反应器中的除磷菌在厌氧120min后释磷量达到36.35mg/L,缺氧条件下以NO_(2)^(-)-N为电子受体的反应中吸磷量为26.28mg/L,吸磷率为72.30%,以NO_(2)^(-)-N为电子受体的反硝化除磷菌(DPB)占总除磷菌的72.91%。

关键词：厌氧/缺氧/好氧-曝气生物滤池短程硝化反硝化除磷硝化液回流比脱氮除磷

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硫自养短程反硝化探究及响应面法回收单质硫

中国环境科学 2023年第1期43卷 217-224页

作者：李维维张永显袁忠玲吴河龙陈永志兰州交通大学甘肃省黄河水环境重点实验室兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃省污水处理行业技术中心甘肃兰州730070 甘肃省轻工研究院有限责任公司甘肃兰州730070

以实验室成功启动的硫自养短程反硝化污泥作为接种污泥,通过批次试验分别探究HRT、pH值和温度对反应过程的影响.研究表明,控制条件参数HRT为5h、pH值为7.5、温度为30℃时,亚硝酸盐和单质硫积累效果最佳,分别达到92.53%和59.36%.对以上... 详细信息

以实验室成功启动的硫自养短程反硝化污泥作为接种污泥,通过批次试验分别探究HRT、pH值和温度对反应过程的影响.研究表明,控制条件参数HRT为5h、pH值为7.5、温度为30℃时,亚硝酸盐和单质硫积累效果最佳,分别达到92.53%和59.36%.对以上最佳参数条件下运行的污泥取样进行微生物高通量分析,Proteobacteria菌门丰度达到91.44%,是自养反硝化的主要菌门,Thiobacillus菌属丰度为66.04%,是实现硫自养短程反硝化过程中稳定单质硫和亚硝酸盐的主要贡献者.对反应出水中的生物单质硫进行絮凝沉淀回收,响应面优化结果表明,絮凝剂PAC投加量为7.73mL/L、pH值为4.53、搅拌速度为220r/min为生物单质硫絮凝的最佳匹配参数.平行试验验证得平均单质硫絮凝率(SFE)为88.1%.

关键词：硫自养短程反硝化 HRT 亚硝酸盐积累响应面法生物单质硫回收