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考虑边界层流体黏度变化的黏性土低速非达西渗流数学模型

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吉林大学学报(地球科学版) 2024年

作者：王福刚管小桐何庆成程辉杨国华程中乐王耀辉吉林省水资源与水环境重点实验室中国地质科学院地下水资源与环境教育部重点实验室(吉林大学)

边界层及其流体黏度变化对低渗介质中流体的流动有着重要影响。现有低速非达西流模型通常忽略流体黏度的变化，或简单的将流体黏度处理为一个与孔隙半径有关的函数，而相关研究表明边界层流体黏度与接触角有关，体相流体黏度通常不发生... 详细信息

边界层及其流体黏度变化对低渗介质中流体的流动有着重要影响。现有低速非达西流模型通常忽略流体黏度的变化，或简单的将流体黏度处理为一个与孔隙半径有关的函数，而相关研究表明边界层流体黏度与接触角有关，体相流体黏度通常不发生改变。本文基于毛细管束模型和分形理论，考虑接触角对边界层流体黏度的影响，进而构建了一种新的低速非达西渗流模型，通过实验对模型进行了可靠性验证，并对模型中的关键参数进行了敏感性分析。结果表明：接触角对边界层流体黏度有显著影响，进而影响着流体的流动行为；渗流速度随孔隙分布分形维数的增大而下降，随接触角的增大而增大；随压力梯度增大，边界层流体参与流动，有效渗流断面和流体有效黏度增大，流体黏度增大对其流动产生阻滞效应，但作用程度小于渗流断面增大对流速的增益效应，因此，总体上呈现出渗流速度随压力梯度增大而增大。本研究加深了对黏性土低速渗流机理的认识，为低渗孔隙介质中流体流动行为的解释提供了理论方法支撑。

关键词：地下水黏性土低速非达西流边界层流体黏度分形理论

二价铁活化分子氧体系中溶解氧对活性自由基产生及污染物降解的影响

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中国环境科学 2024年第1期44卷 132-139页

作者：王瑛琪张成武王德玉付玉丰张慧秦传玉吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室石油化工污染场地控制与修复技术国家地方联合工程实验室吉林省水资源与环境重点实验室吉林长春130021

构建了Fe^(2+)/O_(2)/三聚磷酸钠(STPP)高级氧化体系,通过曝气实验与固定初始DO实验,分别探究了体系在持续曝气与有限溶解氧的条件下活性自由基产生能力与污染物降解效果.结果表明,在以150mL/min流量充分曝气时,Fe^(2+)-STPP浓度由3mmo... 详细信息

构建了Fe^(2+)/O_(2)/三聚磷酸钠(STPP)高级氧化体系,通过曝气实验与固定初始DO实验,分别探究了体系在持续曝气与有限溶解氧的条件下活性自由基产生能力与污染物降解效果.结果表明,在以150mL/min流量充分曝气时,Fe^(2+)-STPP浓度由3mmol/L增加至20mmol/L,体系在中性条件下羟基自由基(HO•)的产量从0.185mmol/L增加至0.256mmol/L,对苯酚的去除率由81.4%增加到91.5%.在密闭环境中固定初始DO浓度且Fe^(2+)-STPP浓度足量时,O_(2)转化为HO•的转化率约为10.60%~18.05%,转化率随DO浓度增加而增大;明确了体系中HO•产生量、Fe^(2+)消耗量、污染物降解量与初始DO浓度间的响应关系,并建立了线性方程(R^(2)>0.99).

关键词：分子氧活化三聚磷酸钠活性自由基溶解氧浓度响应关系二价铁污染物降解

羟基乙叉二膦酸对Fe^(2+)活化O_(2)降解污染物的强化效果及机制

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3142-3150页

作者：茹金涛王德玉张成武李媛刘柯阳秦传玉吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室吉林长春130021 石油化工污染场地控制与修复技术国家地方联合工程实验室吉林长春130021 吉林省水资源与环境重点实验室吉林长春130021

羟基乙叉二膦酸(HEDP)常与Fe^(2+)形成Fe^(2+)-HEDP配合物,本文验证了HEDP存在可以促进Fe^(2+)活化分子氧产生活性自由基(ROS),研究结果显示添加2mmol/L HEDP后,Fe^(2+)/O_(2)体系中苯酚(10mg/L)的降解效果从0.69%提升到69.31%,在此过程中,体系中的HEDP还能够实现部分自降解.电子自旋共振(ESR)和掩蔽实验结果表明体系中主要ROS为HO^(•)和O_(2)^(•–),双电子传递途径(O_(2)→H_(2)O_(2)→HO^(•))是体系中产生HO^(•)的主要方式.在3.0~9.0的pH值范围内,HEDP都能够促进ROS的产生和污染物的降解,常见环境阴离子对体系影响较小.

关键词：羟基乙叉二膦酸二价铁分子氧活化高级氧化强化机制

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黑龙江省能源碳排放核算及驱动因素分析

中国环境科学 2024年第7期44卷 4117-4126页

作者：刘浩东邱微陈爽哈尔滨工业大学环境学院城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

基于联合国政府间气候变化委员会的方法,核算了黑龙江省2005~2020年能源消费的碳排放,借助LMDI分解模型、STIRPAT模型深入剖析了能源碳排放与经济、人口等驱动因素的关系,并进行情景模拟,探寻黑龙江省未来发展的合理途径.根据LMDI因素... 详细信息

基于联合国政府间气候变化委员会的方法,核算了黑龙江省2005~2020年能源消费的碳排放,借助LMDI分解模型、STIRPAT模型深入剖析了能源碳排放与经济、人口等驱动因素的关系,并进行情景模拟,探寻黑龙江省未来发展的合理途径.根据LMDI因素分解结果,各驱动因素对能源碳排放的累计效应中经济水平效应最大;由STIRPAT模型以及情景模拟分析可得,四种情境中综合情景为最优情景.最后,根据“双碳”目标以及研究结果,对相关的调控策略给出建议.

关键词：碳排放能源消费因素分解情景模拟

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厌氧段光照策略对A/O模式下菌藻共生系统性能的影响

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4336-4346页

作者：李冬公为敏李帅柴晨旭张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

设置4组以厌氧/好氧(A/O)模式运行的序批式反应器(SBR),其中R1厌氧段为8000lx的光照;R^(2)、R3和R4将厌氧段划分为A1和A_(2),A1段无光照,A_(2)段的光强分别为0、3000和5000lx,探究不同厌氧段光照策略对菌藻共生系统性能的影响.研究结果... 详细信息

设置4组以厌氧/好氧(A/O)模式运行的序批式反应器(SBR),其中R1厌氧段为8000lx的光照;R^(2)、R3和R4将厌氧段划分为A1和A_(2),A1段无光照,A_(2)段的光强分别为0、3000和5000lx,探究不同厌氧段光照策略对菌藻共生系统性能的影响.研究结果显示,在厌氧后期添加弱光照的R3和R4中可以快速富集微藻,这使其形成的菌藻共生颗粒结构致密,沉降性能良好,碳氮磷去除效果更佳,并且分泌出更多的胞外聚合物(EPS).其中R3除磷效果最好,总磷(TP)去除率达到95.87%.典型周期分析可知,弱光条件下厌氧末期的释磷量与叶绿素a(Chl-a)含量成正比,R3的厌氧释磷能力最强,其厌氧末磷浓度达到43.73mg/L,在A_(2)段形成的高磷环境能够刺激微藻生长,其Chl-a含量在运行后期达到6.13mg/gVSS.高通量测序显示,R3的原核生物中成功富集了以Candidatus_Accumulibacter为核心的聚磷菌(PAOs),丰度达到11.18%;真核生物中微藻的总丰度达到84.29%,其中Halochlorella丰度高达42.85%,说明在厌氧后期的高磷环境中添加弱光照(3000lx)能够在不影响PAOs生长的条件下同步富集微藻,形成了以微藻和PAOs为核心的共生颗粒,为污水深度处理提供技术支持.

关键词：菌藻共生颗粒污泥光照策略聚磷菌高通量测序

延时厌氧调控DPAOs内碳源转化实现反硝化除磷

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3662-3671页

作者：李冬胡丽君李明润邓栋才毛中新张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

采用SBR反应器,以模拟市政污水为进水基质,在富集PAOs后采用厌氧/缺氧/好氧运行方式富集DPAOs,探讨延长厌氧时间过程中DPAOs内碳源利用、脱氮除磷效果及富集程度.结果表明:厌氧时间由50min延长至70和90min,DPAOs内碳源的储量及利用率增... 详细信息

采用SBR反应器,以模拟市政污水为进水基质,在富集PAOs后采用厌氧/缺氧/好氧运行方式富集DPAOs,探讨延长厌氧时间过程中DPAOs内碳源利用、脱氮除磷效果及富集程度.结果表明:厌氧时间由50min延长至70和90min,DPAOs内碳源的储量及利用率增加,延时厌氧条件的改进使DPAOs富集程度增加.厌氧90min COD和TP的平均去除率分别为91.54%和94.6%,DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率达69.4%和60.1%,继续延长厌氧时间至110和130min后,DPAOs内碳源的储量降低系统除磷效率下降,厌氧130min TP平均去除率、DPAOs/PAOs及DPAOs对内碳源贡献率分别降至84.6%、50.2%和36.4%.延时厌氧运行过程中,LB-EPS含量变化较小,内碳源储量的改变对TB-EPS影响较大.微生物群落结构分析表明,系统内优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi).厌氧90min时以Dechloromonas、Candidatus_Accumulibacter为代表的DPAOs是系统内优势微生物(相对丰度由接种污泥1.44%、2.12%增至15.58%、5.86%);厌氧130min时DPAOs丰度减少,以Candidatus_Competibacter为代表的DGAOs明显增多(相对丰度由厌氧90min的3.29%增至16.16%),导致系统除磷性能下降.

关键词：延时厌氧反硝化除磷内碳源 EPS 微生物群落

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进水分配比对分段进水PN/A工艺脱氮性能影响

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3672-3681页

作者：李冬王凯璐祝彦均吕恒康张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

以预脱碳污水和市政污水作为目标污水,建立了好氧段分段进水的新模式,通过调整进水分配比来优化好氧段C/N,以期实现短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺在实际工况下的稳定运行.采用4组以好氧/缺氧/好氧/缺氧(O/A/O/A)模式运行的序批式反应器... 详细信息

以预脱碳污水和市政污水作为目标污水,建立了好氧段分段进水的新模式,通过调整进水分配比来优化好氧段C/N,以期实现短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺在实际工况下的稳定运行.采用4组以好氧/缺氧/好氧/缺氧(O/A/O/A)模式运行的序批式反应器(SBR),R1、R2、R3及R4以进水分配比(预脱碳污水:市政污水)分别为1:0、2:1、1:1及1:2的分段进水模式运行.结果表明,R1未能实现PN/A工艺,总氮去除率(NRE)仅为60.2%.随着进水分配比不断下降,R2、R3、R4分别在第34,30及36d实现PN/A工艺,NRE分别达到71.8%、80.3%及74.1%.其中R3系统处理性能最好且最稳定,厌氧氨氧化贡献率达到83.9%.污泥沉降性与粒径最佳.此外,高通量结果显示氨氧化菌(Nitrosomonas)和厌氧氨氧化菌(Candidatus_Kuenenia)丰度分别为2.74%和12.17%,且与好氧异养菌(AHB)形成了良好的协同作用.因此,分段进水模式在进水分配比为1:1时有利于实现稳定的PN/A工艺,此时各功能微生物可得到较好富集与平衡.

关键词：分段进水 PN/A工艺进水分配比竞争性抑制

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基于短周期调控的SPNPR-A系统脱氮除磷研究

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4326-4335页

作者：李冬王沁源毛中新齐赛月张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

建立了短周期循环调控低浓度亚硝酸盐(NO_(2)^(-)-N)的短程硝化同步除磷耦合厌氧氨氧化(SPNPR-A)系统,SPNPR系统以厌氧/好氧模式运行,通过短周期运行时长调控系统内NO_(2)^(-)-N浓度用以淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB),同步富集氨氧化菌(AOB)... 详细信息

建立了短周期循环调控低浓度亚硝酸盐(NO_(2)^(-)-N)的短程硝化同步除磷耦合厌氧氨氧化(SPNPR-A)系统,SPNPR系统以厌氧/好氧模式运行,通过短周期运行时长调控系统内NO_(2)^(-)-N浓度用以淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB),同步富集氨氧化菌(AOB)和聚磷菌(PAOs),最终实现同步脱氮除磷功能.结果表明:SPNPR系统内NO_(2)^(-)-N浓度维持在10mg/L左右时可有效抑制NOB活性.70d后SPNPR系统2个短周期的亚硝酸盐积累率(NAR)分别达到90.40%和88.93%,SPNPR-A系统总氮(TN)、总磷(TP)、有机物(COD)的平均去除率分别为87.45%、84.30%和94.26%.第60d时,比氨氧化速率(SAOR)和AOB的比氧利用速率(SOUR_(AOB))分别为8.47mgN/(gMLVSS·h)和12.71mgO_(2)/(gMLVSS·h);比硝态氮生成速率(SNPR)和NOB的比氧利用速率(SOUR_(NOB))分别为0.82mgN/(gMLVSS·h)和0.41mgO_(2)/(gMLVSS·h).高通量测序结果表明,第70d时SPNPR系统属水平上的AOB功能菌属Nitrosomonas(6.46%)和Nitrosospira(0.64%),丰度远高于NOB功能菌属Nitrospira(0.14%)和Nitrobacter(0.01%),同时聚磷菌属Candidatus_Accumulibacter(1.61%)和Tetrasphaera(0.89%)得到富集,使得SPNPR-A系统具备同步脱氮除磷性能.

关键词：短周期低浓度亚硝酸盐短程硝化脱氮除磷

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热处理污泥联合间歇梯度曝气实现短程硝化

中国环境科学 2024年第7期44卷 3719-3728页

作者：李冬张景昭曾凡旭李柱张杰北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室北京100124 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

提出了一种结合热处理污泥和间歇梯度曝气的新策略.在为期120d的实验中,探索了联合策略对氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的影响.并在此基础上,以排泥比为主要变量,进一步优化短程硝化运行的长期稳定性.结果显示,在未添加外部... 详细信息

提出了一种结合热处理污泥和间歇梯度曝气的新策略.在为期120d的实验中,探索了联合策略对氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的影响.并在此基础上,以排泥比为主要变量,进一步优化短程硝化运行的长期稳定性.结果显示,在未添加外部碳源的条件下,间歇梯度曝气(DO:2.0mg/L//DO:1.2mg/L//DO:0.5mg/L)可以快速恢复因热处理而活性降低的AOB,并在5d内亚硝酸盐氮积累率(NAR)达到80%以上.在稳定运行阶段,比氨氧化速率(SAOR)和比亚硝酸盐氧化速率(SNPR)分别为30.12和6.69mg N/(gVSS⋅h),氨氮出水浓度低于0.1mg/L,亚硝酸盐和硝酸盐的出水浓度分别为53.42和8.01mg/L.进一步研究表明,排泥比设置为1%的反应器相较于排泥比分别为0.5%和1.5%的反应器,展现出更高的NAR(88.96%)和稳定性.

关键词：短程硝化间歇梯度曝气热冲击定期排泥