渗流作用下微小颗粒在多孔介质中迁移与沉积规律研究综述

渗流作用下微小颗粒在多孔介质中的迁移与沉积规律对于解决污染物迁移、地下水回灌、岩土内部侵蚀等问题具有重要意义。【目的】为了了解渗流作用下微小颗粒在饱和多孔介质内的运移与沉积规律,【方法】通过对大量文献的分析,综述了不同粒径颗粒迁移的主要影响因素、颗粒迁移的观测方式、渗流特征对颗粒迁移的影响、受力计算方法的研究成果及现状,指出了目前研究的局限性及未来的研究趋势。【结果】结果表明:在迁移过程中,粒径在0.10~1.00μm的颗粒主要考虑布朗扩散力的影响,粒径在10.00~50.00μm应主要考虑水动力、重力及惯性作用的影响;粒径较大的颗粒受流速的影响更明显,在高离子强度低渗流区更有利于微小悬浮颗粒的吸附;宏观上颗粒迁移与沉积采用对流弥散方程来描述,微观角度上,颗粒是否迁移,由DLVO作用能与重力、惯性、水动力之间的大小关系决定。【结论】但目前理论与实验研究还存在不足,如缺少宏微观相结合的受力分析方法;对于多因素耦合影响下的颗粒迁移特征未能准确描述;颗粒迁移的观测方式与受力分析方法也存在局限性。因此,在今后研究中应尝试宏观观测与微观观测相结合的观测方法,致力于研究多因素影响下的颗粒迁移特征,建立多尺度颗粒受力分析的理论与方法。

人工回灌过程中富里酸和Cu(Ⅱ)对多孔介质悬浮物堵塞的影响

地下水人工回灌是解决地下水超采问题的有效措施,悬浮颗粒物堵塞是影响回灌进行的技术瓶颈。目前多数研究聚焦在悬浮物堵塞方面,然而地表回灌水中重金属离子以及腐殖质对多孔介质物理堵塞的影响缺乏研究。本研究采用室内渗流砂柱试验研究富里酸、Cu(Ⅱ)以及两者共存对多孔介质悬浮物堵塞的影响,分别采用高岭土(SS组)、富里酸+高岭土(SS+FA组)、富里酸+Cu(Ⅱ)+高岭土(SS+FA+Cu组)配置模拟回灌用水。研究结果表明:(1)回灌结束时,SS组、SS+FA组、SS+FA+Cu组多孔介质整体相对渗透系数K’分别降至0.233,0.095,0.182。SS组和SS+FA+Cu组在中上层(0~7.50 cm)相对渗透系数K’均降至0.28以下,而在底层(7.50~10.50 cm)相对渗透系数K’仅降至0.45左右,说明2组多孔介质中上层重度堵塞(0<K’<0.30)、底层中度堵塞(0.30<K’<0.60);SS+FA组在各渗流段(0~10.50 cm)相对渗透系数K’均降至0.18以下,说明SS+FA组各渗流段多孔介质均为重度堵塞,相对其它2组,SS+FA组中悬浮物更易向深层迁移。(2)富里酸、Cu(Ⅱ)的存在会改变悬浮颗粒粒径、荷电性及内部氢键作用,从而影响多孔介质的堵塞发生。(3)相对SS组,SS+FA组富里酸的存在会加剧多孔介质堵塞;SS+FA+Cu组多孔介质整体堵塞程度比SS+FA组小,说明Cu(Ⅱ)会缓解富里酸对堵塞的加剧作用。探明富里酸和Cu(Ⅱ)对多孔介质堵塞的影响机制,能够为人工回灌过程中多孔介质堵塞的防治提供理论基础和科学依据。

地下水人工回灌过程中多孔介质悬浮物堵塞实验

地下水人工回灌技术的发展与推广常因其回灌过程中物理、化学及生物作用产生的入渗介质堵塞现象而受到严重制约。针对堵塞现象中最常见且最主要的悬浮物堵塞问题,采用室内模拟实验方法,通过将悬浊水连续注入均质的石英砂柱中,来刻画多孔介质中悬浮物堵塞的现象及发生的过程,并分析其发展规律,同时量化计算了堵塞速率。实验结果表明:回灌15h左右表层介质渗透系数开始降低,即堵塞在表层开始发生,并随时间增加不断向深部发展;连续回灌100h后表层渗透系数趋于稳定,进入介质内部悬浮物的量减少,内部堵塞发展也趋于稳定,此时堵塞主要在入渗深度10cm左右的范围内。计算不同堵塞层的堵塞速率λ:表层0～1cm的λ最大,为0.038 3h-1,λ随入渗深度增加而减小。对于介质整体的渗透性而言,其降低明显滞后于表层介质,但随时间发展主要受堵塞层的控制。

渗透作用下多孔介质中悬浮颗粒的迁移过程研究

对天然硅粉悬浮颗粒在饱和的石英多孔介质中的渗透迁移特性进行圆柱穿透试验,得到6种不同颗粒粒径(10,15,20,25,33,47μm)、3种不同颗粒浓度(0.2,0.5,0.8 mg/ml)、3种不同渗透速度(0.087,0.173,0.260 cm/s)和3种不同渗透方向(即自上向下,水平,自下向上)的颗粒穿透曲线,重点研究这些因素对悬浮颗粒迁移的水动力学过程、弥散效应、沉积效应等物理机制的影响。研究表明,当渗透速度相同时,颗粒穿透过程中的浓度峰值一般随颗粒粒径的增大而减小。而随渗透速度的增大,水动力学作用对颗粒迁移的影响越来越大,此时颗粒粒径大小的影响则逐渐减小。此外,存在一个临界浓度值,当注入的悬浮颗粒浓度大于该值时,随着注入悬浮颗粒浓度的增大,出流液中的颗粒相对浓度反而有减小的趋势,这与大量的悬浮颗粒进入多孔介质造成多孔介质孔隙的堵塞有关。

悬浮填料优化试验研究

试验系统利用某城市污水厂生产工艺回流污泥为系统悬浮污泥,探讨了悬浮填料投配比、投配方式和中试硝化效果之间的关系。试验结果表明,悬浮填料最小投配比为15%即可满足系统硝化功能的要求;悬浮填料的投配方式宜采用集中投配并布置于曝气池的末端,这样既可提高系统的生物膜量,又有利于硝化反应的实现。而且,控制适当的溶解氧浓度,悬浮填料的投加有助于同步硝化反硝化更充分的进行。

悬浮颗粒的浓度对其在饱和多孔介质中迁移和沉积特性的影响

多孔介质中悬浮颗粒迁移和沉积特性的研究对地下污染物净化、石油开采、核废料处置、水土保持等有很重要的意义。对4种不同浓度的悬浮颗粒在3种不同的渗流速度下进行室内试验,研究悬浮颗粒的浓度对其迁移和沉积特性的影响。结果表明,在一定的悬浮颗粒浓度下,随着渗流速度的增加,穿透曲线中的悬浮颗粒的相对浓度也增大。同时,渗流速度一定时,悬浮颗粒的浓度存在一个临界值,小于该临界值,穿透曲线中的相对浓度随悬浮颗粒的浓度增大而增大;大于该临界值时,相对浓度随悬浮颗粒的浓度增大而减小。另外,悬浮颗粒的临界浓度是与渗流速度相关的,随着渗流速度增加,悬浮颗粒的临界浓度也逐渐增大。

粒径和渗流速度对多孔介质中悬浮颗粒迁移和沉积特性的耦合影响

关于粒径和渗流速度的研究对更好地描述悬浮颗粒的迁移和沉积过程有着重要的意义。在不同的粒径和渗流速度条件下进行悬浮颗粒的室内土柱试验,对比分析不同条件下穿透曲线的变化规律。试验很好地克服了悬浮颗粒形状和化学因素等对试验结果的影响。试验结果表明,对于粒径相同的悬浮颗粒来说,流出液中悬浮颗粒的浓度峰值随渗流速度增大而增大,相应的沉积颗粒却随之减小;并且,渗流速度存在一个临界值(0.173 cm/s),大于该临界值,渗流速度的变化对悬浮颗粒的迁移特性的影响很小。其次,渗流速度相同时,流出液中悬浮颗粒的浓度峰值随粒径增大而减小,相应的沉积颗粒却随之增大;渗流速度越小,粒径对筛滤作用的影响越明显。

一种新型悬浮填料的性能试验研究

本文对生物接触氧化法中的悬浮填料 -密度、材质和形状对曝气强度、充氧能力及挂膜能力的影响进行了试验研究。研究中分别采用清水状态的曝气和充氧能力试验以及挂膜的方法。结果表明 ,悬浮填料的密度在 0 .95～ 0 .99g/ cm3之间比较适合。曝气池内加入填料后 ,可以提高普通穿孔管的充氧能力 ,且在一定的投配率范围内 ,随着填料的增加 ,氧的传递速率和利用率增加。挂膜试验表明聚丙烯比聚乙烯挂膜快且均匀 ,膜量大 。

悬浮填料生物反应器石化废水生物硝化研究

采用自行研制的悬浮填料生物反应器中试装置对石油化工废水进行处理 .通过 6、8、10和 12h四个不同水力停留时间的硝化过程取得了不同运行条件下的氨氮去除效果 .结果表明 ,悬浮填料生物反应器完全可以达到生物硝化的目的 .当进水中BOD5和CODCr质量浓度变化范围在 77.4～ 2 3 4 .0mg·L-1和 2 4 5 .5～ 695 .7mg·L-1时 ,其平均去除率分别为 90 %和 80 %以上 ,平均出水质量浓度分别小于 15和 90mg·L-1.试验期间进水氨氮质量浓度在 8.3～ 5 3 .2mg·L-1范围内 ,四个工况条件下的平均去除率分别为 5 5 .5 %、86.7%、91.1%和95 .6% ,平均出水质量浓度分别为 9.4 3、3 .10、1.71和 0 .79mg·L-1.

孔隙结构和水动力对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积特性的耦合影响

为了研究孔隙结构和水动力对悬浮颗粒在饱和多孔介质中沉积和迁移特性的影响,对天然硅粉(悬浮颗粒)和荧光素钠(示踪剂)在饱和多孔介质中的渗流迁移特性进行土柱试验,分别得到了5种不同渗流速度(0.033、0.066、0.132、0.199、0.265 cm/s)、两种不同多孔介质(石英砂和玻璃球)的悬浮颗粒和示踪剂全组合下的20条穿透曲线。根据试验结果,研究孔隙结构、渗流速度对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积过程中水动力作用机制、弥散效应、加速效应的影响。研究表明,悬浮颗粒的穿透曲线可以用一阶沉积动力学对流弥散方程的解析解来描述。随着渗流速度的增大,水动力学作用对颗粒出流浓度的影响越来越大,而孔隙结构的影响则相对减弱。同时,存在一个临界渗流速度值。当渗流速度超出该值时,悬浮颗粒迁移要快于示踪剂,而且临界渗流速度对于玻璃球和石英砂两种多孔介质是不同的;其次,在两种介质中,随渗流速度增大,弥散度增加,回收率和回收悬浮颗粒粒径增大,沉积系数先增大后减小。此外,在孔隙比相近的情况下,悬浮颗粒在玻璃球介质中的回收率要大于其在石英砂中的。可见,孔隙结构和渗流速度是影响饱和多孔介质中颗粒输运的重要因素,渗流速度越大,孔隙结构的作用越明显。

悬浮微小颗粒对多孔介质渗流特性影响的实验研究

在清洁水渗流实验的基础上,开展了恒水头条件下不同浓度的含悬浮颗粒流体在多种填充粒径的多孔介质内的渗流实验。结果表明:悬浮颗粒在多孔介质段的沉积,并不一定使多孔介质局部相对渗透系数(k_t/k_0)降低,相反在一定情况下会出现局部相对渗透系数增大的情况。较小悬浮颗粒浓度下,悬浮颗粒粒径越小,曲线波峰出现越迟,相对渗透系数增加幅度越大;而较大进口浓度则抑制(k_t/k_0)曲线波峰的生成,直至相对渗透系数单调递减。通过包括前人实验数据在内的悬浮颗粒浓度C_0与颗粒直径比值d_p/D_p(悬浮颗粒直径/多孔介质颗粒直径)有无相对渗透系数增加现象的对照图,进一步揭示了含悬浮颗粒流体在多孔介质内的运移与沉积规律。

无纺布填料处理污水试验及机理

采用无纺布作为一种新型悬浮填料 ,探索无纺布填料处理污水的适用条件、运行参数及降解机理 .研究认为不同容积负荷应采取不同的填料投配率 :当CODCr容积负荷低于 1 2kg / (m3·d)时 ,取填料投配率为 2 0 % ;当CODCr容积负荷在 1 2～ 2 0kg / (m3·d)之间时 ,取填料投配率为 3 8% ;当CODCr容积负荷达 2 0kg / (m3·d)以上时 ,取填料投配率为 2 9% .模型结果表明 。

复合生物膜反应器味精废水挂膜特性研究

向序批式活性污泥法反应器(SBR)中投加改性悬浮填料作为生物膜载体,形成复合式生物膜反应器(SBBR),填料填充率为体积分数40%,利用味精废水进行生物膜培养。稳定运行6周后挂膜成熟,此时生物膜厚约0.5～1.0mm,填料内部形成约34.0 mg.g-1的生物膜量,即可使反应器增加2 040 mg.L-1的附着生物量。挂膜过程中COD、NH4+-N和TN的去除率稳步提高,最终去除率可分别达90%、96%、80%以上。

短HRT下厌氧降流式悬浮填料床预处理生活污水的研究

在环境温度下用厌氧降流式悬浮填料反应器对生活污水进行了不同HRT的试验研究。当HRT为6h,4h,3h时,厌氧降流式悬浮填料反应器去除污水COD都是有效的,COD的去除率分别为57 6%,52 8%和49 7%。为了考察HRT为3h时反应器的性能,试验连续进行了6个月。试验结果表明,试验期间平均COD去除率为47 7%,在冬季低温期间COD去除率保持在38 3%;SS的平均去除率为64%。同时探讨了短HTR下COD降解的机理。因此降流式悬浮填料厌氧反应器在短时HRT下作为一种预处理手段是有效的,对于小型村镇污水处理来说是一种比较理想的前处理装置。

悬浮填料活性污泥法优化填料投配比试验

悬浮填料活性污泥法中试试验系统,利用某城市污水厂生产工艺回流污泥为系统悬浮污泥,探讨了悬浮填料投配比、投配方式和中试硝化效果之间的关系。试验结果表明,悬浮填料最小投配比为15%即可满足系统硝化功能的要求;悬浮填料的投配方式宜采用集中投配并布置于曝气池的末端,这样既可提高系统的生物膜量,又有利于硝化反应的实现。而且,控制适当的溶解氧浓度,悬浮填料的投加有助于同步硝化反硝化更充分的进行。

新型悬浮填料澄清池中填料对澄清作用的影响初探

为考察可取代传统二沉池的新型悬浮填料澄清池技术的原理及关键参数,小试试验研究了填料对新型悬浮填料澄清池固液分离过程中附着污泥形成及其絮凝性能的影响,并对填料在澄清中的作用机理进行了探讨。结果表明,当泥水界面上升至填料区后,可以形成较悬浮污泥更加致密稳定的附着污泥区,并形成孔道流,强化了对混合液中污泥颗粒的絮凝效果;填料区可以捕捉去除从悬浮污泥区中"逃逸"的微小污泥絮体,并降低出水浊度,有效地保证了出水水质的稳定性。填料的存在发挥了强大的整流作用,降低了雷诺数Re,提高了弗汝德数Fr,从而改善了污泥絮凝的水力条件,提高了澄清能力。

冲厕海水SBBR处理工艺中悬浮填料的选型

悬浮填料作为微生物赖以栖息的场所,是批式生物膜反应器的关键技术之一。基于冲厕海水水质特性,提出SBBR处理冲厕海水用悬浮填料的选型原则:密度应接近海水,比表面积较大,水力学和理化特性优良。筛选三种悬浮填料进行了挂膜试验,结果表明,改性聚丙烯柱状填料更适合用于冲厕海水处理。

悬浮填料活性污泥法影响因素初探

针对传统活性污泥法生物脱氮除磷功能较差,前期试验和中试试验采用投加悬浮填料强化其脱氮能力,进而研究了曝气方式对生物膜量的影响,及低温、填料投配比和生物膜量等因素对系统脱氮效果的影响。结果表明,采用微孔曝气能显著提高填料的生物膜量,而在一定范围内降低填料投配比对系统硝化效果影响不大,冬季通过提高系统的曝气量,可以保证系统的硝化效果基本不变,使出水氨氮较低,出水完全可以达标排放,表明试验投加悬浮填料强化传统活性污泥法的脱氮功能是经济、简便和可行的。

悬浮填料在微污染原水生物预处理中的应用

本文介绍了悬浮填料工艺的特点以及在原水生物预处理中的试验情况,并就工程实例对其在应用中的要点进行了分析。

组合填料-膜生物反应器处理生活污水生产性试验

在一体式膜生物反应器(MBR)中加入组合填料,对北京某国际公寓的生活污水处理进行了生产性试验。试验表明,在进水水温15～22℃,pH值6.5～7.2,曝气气水体积比9～10∶1,COD198.6～563.5 mg/L,NH+4-N20.5～55.3 mg/L,反应器中混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在5200～7800 mg/L时,MBR对水中的COD、NH4+-N平均去除率分别为90.6%、68.7%,出水中检测不出SS和大肠菌群,浊度小于1NTU,水质满足CJ2511-89《生活杂用水水质标准》。在相同条件下,未加填料反应器MLSS平均值必须维持在12000mg/L以上时才能达到类似处理效果。由于反应器中加入组合填料,降低了MLSS的浓度,减少了膜污染,在膜通量不变情况下,化学清洗周期可延长35～40d。