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综掘面外喷雾三相耦合降尘规律分析

煤炭科学技术 2024年

作者：于海明王培贝叶宇希程卫民山东科技大学安全与环境工程学院山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地

由于矿井掘进技术逐渐实现机械化、智能化，导致综掘面的粉尘污染问题愈发严重。为了研究综掘面外喷雾系统在不同排布方式下的降尘规律，基于气相（风流）-固相（粉尘）-液相（雾滴）三相耦合方法，对不同喷嘴排布方案下雾滴与粉尘扩散... 详细信息

由于矿井掘进技术逐渐实现机械化、智能化，导致综掘面的粉尘污染问题愈发严重。为了研究综掘面外喷雾系统在不同排布方式下的降尘规律，基于气相（风流）-固相（粉尘）-液相（雾滴）三相耦合方法，对不同喷嘴排布方案下雾滴与粉尘扩散规律进行模拟分析。模拟结果表明：在不改变喷雾压力的前提下，随着喷嘴数量的增加，截割头周围的风流受雾滴的影响加剧，但巷道整体风流场结构受雾滴的影响较小。巷道压风侧雾滴在巷道顶板区域聚集，抽风侧因轴向和径向风流的碰撞作用而使雾滴集中在迎头区域与抽风口间，雾滴粒径在风幕区域明显减小；巷道迎头面粉尘浓度分布受喷嘴布置方案影响较大，随着喷雾数量增加，巷道迎头面顶部和压风侧区域的粉尘聚集现象逐渐减弱，雾滴对粉尘控制作用逐渐增强，巷道呼吸道高度粉尘浓度在6-8个喷嘴时粉尘污染情况得到有效控制；当喷嘴布置方案在6个喷嘴以下时，雾滴对迎头面覆盖效果不足，粉尘控制效果较差，呼吸道高度雾滴浓度较小，当喷嘴布置方案达到6个喷嘴时，巷道呼吸道高度粉尘污染控制效果不足。当喷嘴排布方案为7个喷嘴时，巷道整体雾滴覆盖效果最佳，巷道迎头面最高粉尘浓度为38.5mg-3，沿程粉尘浓度均低于20.0mg·m-3，呼吸道高度粉尘浓度低于15.0mg·m-3，雾滴对巷道整体覆盖效果最佳，大幅的降低了巷道的粉尘污染，为综掘面外喷雾系统的优化设计提供理论依据。

关键词：综掘工作面外喷雾粉尘污染喷雾降尘喷嘴排布

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微藻除磷机理及其工艺模式的研究进展

工业水处理 2024年

作者：安余梁祁峰母锐敏马桂霞山东建筑大学市政与环境工程学院

向水环境排放过多的磷危害环境和人体健康，同时是磷资源的浪费。利用微藻除去污水中的磷作为一种可以回收资源的污水深度处理方式，受到了国内外学者的广泛研究。然而，目前的研究还未揭开微藻除磷机理的全貌，也未开发出微藻的全部除... 详细信息

向水环境排放过多的磷危害环境和人体健康，同时是磷资源的浪费。利用微藻除去污水中的磷作为一种可以回收资源的污水深度处理方式，受到了国内外学者的广泛研究。然而，目前的研究还未揭开微藻除磷机理的全貌，也未开发出微藻的全部除磷潜力。本文对微藻除磷的优势和机理、微藻除磷的工艺模式进行了综述。基于现有研究成果论述了微藻除磷的机理，重点阐明了微藻除藻过程中“磷库”状态和“磷流”方向，并总结了微藻各种培养方式在除磷方面的优势与弱点。微藻除磷从机理上看，是生物质合成、化学沉淀、过量吸收和表面吸附这四种除磷机制共同作用和互相竞争的结果；工艺模式上看，藻菌共生模式及光合兼养的营养模式是当前污水微藻除磷工艺的较佳选择。本文旨在探究微藻除磷的工艺可行性和发展方向，为优化生物污水处理工艺提供思路。

关键词：污水处理微藻除磷培养方式生物燃料除磷机理

水热炭负载原位微生物吸附选矿废水Cd特性研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：周刚张欣远李帅龙孟群智姚建军张津豪甄慧山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东科技大学安全与环境工程学院

随着科技的发展和人类生活水平的提高，黄金在各行业得到广泛应用，但伴随着金矿的开采，大量富含重金属离子的选矿废水对环境造成了破坏。尤其是重金属镉(Cd)，因其强烈的生物毒性和高富集性严重危害着人类健康和生态安全。因此，为有... 详细信息

随着科技的发展和人类生活水平的提高，黄金在各行业得到广泛应用，但伴随着金矿的开采，大量富含重金属离子的选矿废水对环境造成了破坏。尤其是重金属镉(Cd)，因其强烈的生物毒性和高富集性严重危害着人类健康和生态安全。因此，为有效治理金矿废水中的镉污染，本研究以固定化微生物技术为基础，采用重金属浓度梯度法从金矿废水池淤泥中筛选得到了对Cd2+耐受性强的原位优势菌种，并以水热炭为固定化载体，采用吸附-包埋-交联相结合的复合固定法制备了固定化微生物活性碳球(HC-PVA-SA-MOI)。通过SEM、XPS和BET表征实验对HC-PVA-SA-MOI的微观形貌、元素组成、表面官能团、比表面积和孔隙率进行了分析，结果显示HC-PVA-SA-MOI呈大小均匀的球状，主要由C、O、N、Na等元素构成，比表面积为134.1821 m2/g，且原位优势菌种成功附着在水热炭表面；通过吸附条件优化实验研究了pH、吸附时间、温度、初始浓度、吸附剂投加量以及共存离子对HC-PVA-SA-MOI吸附性能的影响，结果表明当Cd2+初始浓度为100 mg/L，HC-PVA-SA-MOI投加量为5 g/L，溶液pH为6，吸附时间为48 h，温度为30 ℃时，是HC-PVA-SA-MOI的最佳吸附条件，此时对Cd2+的去除率为98.59%。此外吸附动力学实验和吸附等温线模型实验研究发现，HC-PVA-SA-MOI对Cd2+的吸附更符合准二级动力学模型和Langmuir模型，说明HC-PVA-SA-MOI对Cd2+的吸附机制主要为均相单分子层的化学吸附；微生物多样性和亚细胞结构分析表明，在吸附Cd2+时，发挥主要作用的微生物为Halomonas(嗜盐单胞菌)属菌种，发挥主要作用的微生物结构为细胞壁和细胞膜。再生试验表明，经过5次吸附-解吸循环后，HC-PVA-SA-MOI对废水中Cd2+的去除率仍能达到90.11%，具有良好的重复利用性能。基于其可持续性、低成本和优良的吸附性能，HC-PVA-SA-MOI有望作为一种用于实际处理金矿废水Cd2+的吸附剂。

关键词：含镉金矿废水水热炭微生物固定化技术物理化学吸附

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非球形湿颗粒导向管喷动流化床流动特性

化工学报 2024年第6期75卷 2166-2179,F0003页

作者：战德康孙腾王香竹吴明周吴曼郭庆杰青岛科技大学化工学院山东青岛266042 深圳技术大学健康与环境工程学院广东深圳518118

实际工业生产中颗粒多为非球形颗粒,对颗粒形状效应和液相作用机制的研究不足,是导向管喷动流化床在颗粒涂层改性、包膜等工业应用的关键限制因素。选取粒径、密度相似的球形和圆柱形非球形颗粒为实验物料,对比两种颗粒在不同气速和雾... 详细信息

实际工业生产中颗粒多为非球形颗粒,对颗粒形状效应和液相作用机制的研究不足,是导向管喷动流化床在颗粒涂层改性、包膜等工业应用的关键限制因素。选取粒径、密度相似的球形和圆柱形非球形颗粒为实验物料,对比两种颗粒在不同气速和雾滴引入量下的压力脉动信号频谱分析、信息熵分析,并结合床内气固流动对流型进行划分,绘制非球形湿颗粒流动相图,进而探究喷动流化过程中颗粒形状效应及液相作用机制。相比于球形颗粒,粒径、密度相似的非球形颗粒有较小的最小喷动速度,在喷动过程中有两个及以上较低的主频峰且信息熵较大,显示出非球形颗粒在系统内较高的混乱程度,颗粒之间摩擦、碰撞等降低了导向管内颗粒的固体循环速率。液体的引入增大了环形区颗粒间液桥力,使最小流化速度变大,但液体挥发引起喷动气量增大,使最小喷动速度与最小喷动流化速度减小。在喷动流化流型下引入液体,球形颗粒导向管两端压降ΔpDT的脉动主频降低,而非球形颗粒ΔpDT的主频升高。而且非球形颗粒黏附液体后频谱分析结果显示幅值较大的单一主频峰,表明非球形湿颗粒压力脉动规律性的增强。

关键词：喷动流化床导向管非球形湿颗粒液相效应

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屋面雨水集汇过程中新污染物分布及归趋特性

环境科学 2024年第7期45卷 4032-4043页

作者：巨昕玥高赞郑文昊张琼华西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室

雨水中新污染物（ECs）识别逐渐受到广泛关注，掌握其在降水过程赋存及迁变特性成为雨水资源化利用的关键.选取典型屋面，研究了2023年春季3～5月期间6场降雨事件不同集汇过程中雨水水质状况及ECs赋存差异，采用主成分分析（PCA）和相... 详细信息

雨水中新污染物（ECs）识别逐渐受到广泛关注，掌握其在降水过程赋存及迁变特性成为雨水资源化利用的关键.选取典型屋面，研究了2023年春季3～5月期间6场降雨事件不同集汇过程中雨水水质状况及ECs赋存差异，采用主成分分析（PCA）和相关性分析，探明了屋面雨水集汇过程中ECs归趋特性.结果表明，54种目标ECs在净湿沉降、干湿沉降和屋面径流过程中共检出44种，总浓度范围为63.0～432.4 ng·L-1(平均值为166.8 ng·L-1).其中，双酚A（BPA）浓度水平最高，其范围为14.7～265.6 ng·L-1(平均值为62.5 ng·L-1)，其次为氧氟沙星（OFX）和甲氧基肉桂酸乙基己酯（EHMC）；溶解性有机质（DOM）、氮污染物和颗粒物是影响ECs赋存特性的重要因子，Mantel相关系数最高可达0.98（P<0.01）；初期雨水集汇过程中净湿沉降的ECs浓度最高，而后期干湿沉降和屋面径流的ECs浓度较高，干、湿沉降对屋面径流的ECs平均贡献率分别为21.48%和78.52%，药品与个人护理品（PPCPs）、内分泌干扰物（EDCs）和农药等在集汇过程中超30%沉积在屋面.研究结果可为城市屋面径流中的ECs识别和控制以及雨水安全利用提供科学理论依据.

关键词：新污染物(ECs) 屋面径流湿沉降干沉降集汇过程

沙柳木粉基高效吸附材料对煤矿废水中Fe(II)和Mn(II)作用特性及机理研究

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煤炭学报 2024年

作者：周刚栾国梁李帅龙陈冠双吕颖慧孙慧赟山东科技大学安全与环境工程学院阿尔伯塔大学土木与环境工程系山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地

针对煤矿酸性废水，且含有较高浓度铁离子和锰离子的问题，以沙柳木粉为主要原料，遵循农林废弃物提取再利用原则，经过NaOH、Na2SO3等溶液处理后获得脱木素木粉(DWF)，通过微波辅助-原位合成的手段，制备了一种针对煤矿废水中Fe(II)和M... 详细信息

针对煤矿酸性废水，且含有较高浓度铁离子和锰离子的问题，以沙柳木粉为主要原料，遵循农林废弃物提取再利用原则，经过NaOH、Na2SO3等溶液处理后获得脱木素木粉(DWF)，通过微波辅助-原位合成的手段，制备了一种针对煤矿废水中Fe(II)和Mn(II)的吸附剂(AA-DWF-PAM)。借助扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-脱附、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和红外热重联用(TG-FTIR)对产物的微观结构、反应机理、热稳定性进行了分析，探讨了AA-DWF-PAM的最佳吸附条件、吸附动力学、吸附等温线，研究了AA-DWF-PAM对Fe(II)和Mn(II)的吸附特性和吸附机理。表征实验结果表明：AA-DWF-PAM整体存在较多孔洞并呈现网状结构，且BET比表面积为150.83 m2/g，说明改性后的吸附剂具有较大的比表面积，能够为Fe(II)和Mn(II)吸附提供较多位点和空间；此外，AA-DWF-PAM热解气态产物主要有H2O、CO2以及少量CO，裂解温度较高，其结构稳定性较强。吸附特性实验研究表明：确定以AA-DWF-PAM用量为4 g/L，溶液pH=4，吸附时间达到200 min，以及Fe(II)、Mn(II)初始溶液浓度为100 mg/g和80 mg/g时，作为AA-DWF-PAM的最佳吸附条件；经过计算得知，AA-DWF-PAM更接近于伪二级动力学假设，吸附主要控制过程为化学过程，且吸附过程更符合Langmuir方程的单层分子吸附，Fe(II)和Mn(II)的理论最大吸附量分别为192.29 mg/g和123.65 mg/g；通过Materials Studio对改吸附过程进行分子模拟和量子化学计算得知，吸附过程中-NH2、-COOH以及-OH官能团起到静电吸附作用。因此，合理利用农林废弃物，为煤矿酸性废水治理提供了新途径，开发的AA-DWF-PAM吸附剂，能够有效处理煤矿酸性废水中的铁锰离子。

关键词：废弃物沙柳木粉酸性废水吸附剂分子动力学

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煤自燃程序升温实验及其在实验教学中的应用

实验技术与管理 2024年第3期41卷 225-231页

作者：王刚杨宝东徐浩孙路路黄启铭山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590

该文利用程序升温实验系统,对三种氧气浓度(20.9%、10%和7%)所代表的采空区散热带、氧化带、窒息带进行了煤样自燃发火实验,采集了不同温度阶段的气体产物,分析了温度及氧气浓度对气体产物浓度的影响,并对指标气体进行了详细分类和评估... 详细信息

该文利用程序升温实验系统,对三种氧气浓度(20.9%、10%和7%)所代表的采空区散热带、氧化带、窒息带进行了煤样自燃发火实验,采集了不同温度阶段的气体产物,分析了温度及氧气浓度对气体产物浓度的影响,并对指标气体进行了详细分类和评估。实验结果表明:交叉点温度CPT随着氧气浓度的升高而降低,干空气的交叉点温度为144.6℃,由经验关系计算得到的CPT值与实验数据相差仅6.08%;氧气浓度越高,临界温度越低,所产生的气体浓度越高;CO气体在不同的含氧环境下都是主要的氧化产物,可作为判断煤自燃发火的主要指标,C_(2)H_(4)和C_(3)H_(6)的产生表示煤体进入加速氧化状态,可作为判断煤自燃发火的辅助指标。

关键词：煤自燃程序升温氧气浓度交叉点温度指标体系

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煤体微观结构及瓦斯吸附特性实验与教学应用

实验技术与管理 2024年第4期41卷 193-199页

作者：徐浩王刚黄启铭孙路路刘义鑫山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590

研究煤微观结构与其吸附瓦斯特性对瓦斯抽采和灾害防治具有重要意义。该文首先利用扫描电镜和能谱仪实验设备对煤样的微观形貌和元素分布进行了观测,之后用高温高压吸附仪开展了不同压力的煤粒等温瓦斯吸附实验,分析了煤样瓦斯吸附量随... 详细信息

研究煤微观结构与其吸附瓦斯特性对瓦斯抽采和灾害防治具有重要意义。该文首先利用扫描电镜和能谱仪实验设备对煤样的微观形貌和元素分布进行了观测,之后用高温高压吸附仪开展了不同压力的煤粒等温瓦斯吸附实验,分析了煤样瓦斯吸附量随时间的变化特性,并对瓦斯吸附/解吸经验公式进行了验证。实验结果发现:煤样表面存在大量孔隙、煤基质以及矿物质;煤样不同位置的元素分布各异,大都以碳氧元素为主;不同压力下瓦斯吸附量随时间先快速增加后缓慢增加直至趋于稳定,稳定条件下的瓦斯吸附量与压力成线性增加关系;实验数据与经验公式的拟合效果较好,侧面证明了经验公式的正确性,其中常数A和B与吸附压力成正比。学生对该实验的满意度在95%以上。

关键词：扫描电镜微观结构元素分布瓦斯吸附实验教学

基于SRB的升流式厌氧反应器处理AMD的探究

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水处理技术 2024年第1期50卷 100-104页

作者：孙锐张云云花文鑫高宇乔延路山东科技大学安全与环境工程学院山东科技大学黄河三角洲地表过程与生态完整性研究院山东青岛266590

在矿山开采过程中产生的酸性矿山废水(AMD)具有pH低、重金属离子和硫酸根离子浓度大等特点,处理不当会导致严重的环境污染问题。以硫酸盐还原菌(SRB)为主的生物法是一种极具应用前景的技术。通过填充活性炭的升流式厌氧反应器,对120 d... 详细信息

在矿山开采过程中产生的酸性矿山废水(AMD)具有pH低、重金属离子和硫酸根离子浓度大等特点,处理不当会导致严重的环境污染问题。以硫酸盐还原菌(SRB)为主的生物法是一种极具应用前景的技术。通过填充活性炭的升流式厌氧反应器,对120 d的连续流实验中SO_(4)^(2-)和重金属的还原效果进行了研究。结果表明,该升流式厌氧反应器对模拟AMD中的SO_(4)^(2-)和重金属具有很好的处理效果,在SO_(4)^(2-)、Cu^(2+)、Mn^(2+)、Fe^(2+)、Cd^(2+)进水浓度分别为1000、3、6、30、2 mg/L,去除率可达85%、92%、86%、80%、100%。运行过程中该反应器的ORP始终低于-420 mV,为SRB提供良好的厌氧环境。同时,该SRB菌群能适应进水pH为5.5的酸性废水,可顺利完成硫酸盐还原及重金属沉淀。微生物群落的变化表明,重金属离子浓度的增加显著改变了反应器内微生物的群落结构,但该SRB菌群具有较好的重金属耐受性,脱硫生孢菌属(Desulfurispora)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和脱硫弯曲孢菌属(Desulfosporosinus)在重金属离子浓度增加的条件下,丰度都有明显增加。SRB对SO_(4)^(2-)和重金属的还原效果为处理AMD废水提供了理论依据和方法借鉴。

关键词： SRB 酸性矿山废水重金属微生物群落结构