基于活性炭吸附的自来水中THMs去除技术研究

自来水加氯消毒的副产物为三氯甲烷(THMs),其主要成分为CHCl_(3)、CHBr_(3)、CHBr_(2)Cl及CHBr Cl_(2),具有一定的致癌风险。为了保证城市供水安全,可采用活性炭吸附技术去除THMs。研究过程通过吸附性能对比,筛选出4种活性炭材料,再借助静态吸附实验优选出一种吸附效果最佳的活性炭。在不同温度和不同初始浓度条件下,检验活性炭对三氯甲烷的去除率,结果显示,提高温度可改善去除效果,当初始浓度较高时,应该提高活性炭用量。

给水厂不同加氯方式对THMs生成量的影响

以苏州某给水厂深度处理出水(未加氯)为实验对象,考察消毒剂投加量、反应时间、反应温度等反应条件对出厂水余氯浓度和消毒副产物三卤甲烷(THMs)生成量的影响。试验目的在于模拟给水厂在清水池前后投加消毒剂,在此基础上探索适宜的消毒剂投加方案,能够在保障余氯的情况下进一步降低出厂水THMs生成量。综合对比结果表明,消毒剂的投加量越大、消毒剂接触时间越长和反应水温越高,THMs生成量越高。在同等加氯量下,投加浓度为10%和5%的次氯酸钠对THMs生成趋势无较大影响,而采用分段投加(清水池前、后加氯消毒)的方式能够达到降低THMs生成量的目的。采用10%次氯酸钠消毒剂时,后加氯量12 mg/L,补加氯量5 mg/L,是试验中THMs生成量最低的消毒剂投加组合。

利用FT-IR、Py-GC/MS和THM-Py-GC/MS微损分析技术探索油画文物复杂的有机基质组成

近现代油画有机基质组分复杂、难辨,其分析鉴定是当今文物保护科技研究的难点之一。利用微损分析技术研究油画文物复杂的基质结构、材料和技法,可以阐明油画特定层的性质和状况,对于专业保护人员制定修复决策至关重要——这对选择正确修复技术非常有用,关系到修复后油画的安全状态,因此已成为许多研究者关注的焦点。本研究利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热裂解气相色谱-质谱(Py-GC/MS)和热辅助水解甲基化-裂解气相色谱-质谱(THM-Py-GC/MS)等微损分析技术对一幅中国国家博物馆藏油画《德涅泊尔河的秋天》进行科技分析。研究发现,综合运用这些微损分析技术可以有效识别油画用的胶结介质和其中添加剂的种类,最大限度、准确、完整地提取样品中所蕴含的信息。结果表明,该油画的有机胶结材料为聚乙烯醋酸酯类材料和亚麻籽油,同时聚乙烯醋酸酯类材料中使用了邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂。裂解产物中不含光油树脂类成分,说明画作下部的光亮层并非作者有意上的光油层。此外,油画部分区域还添加了蜂蜡作为改性材料,起到增加颜料稠度、可塑性和减弱光泽的作用。

高速公路路基长期THM耦合模拟性能研究

为准确掌握多场耦合作用下寒区路基长期使用过程中冻胀变形规律,基于路基实际工程地质情况,通过建立THM耦合模型,使用COMSOL软件对路基长期使用性能进行预测。结果表明:经过十年左右路基结构基本达到稳定状态;路基温度变化随着深度的增加呈现明显的滞后效应,在路基达到稳定之前,路基的高低温峰值逐年减小;路基融沉位移小于冻胀位移,且两者逐年递增,另外路中位移大于左右路肩位置;路基冻结深度在非稳定期内增加了80%左右。

污水厂二级出水中THMs前体物卤代活性荧光光谱分析

通过分析城市污水处理厂二级出水中溶解性有机物(DOM)及其XAD树脂分级组分的荧光光谱,研究了DOM的结构特性以及DOM中的THMs前体物在加氯消毒过程中的反应特性与荧光强度之间的相关性.三维荧光光谱显示DOM分级组分中均存在富里酸类、腐殖酸类、芳香性蛋白质类及微生物沥出物类荧光特征峰,且以芳香性蛋白质类和富里酸类荧光物质为主.荧光光谱区域积分法(FRI)定量分析结果表明,4类荧光物质在DOM各分级组分中的累计荧光强度(ΦT,n)分布与其在二级出水中的分布趋势较相似,总体上呈现疏水性有机酸(HPO–A)>过渡亲水性有机酸(TPI-A)>过渡性亲水性中性物质(TPI-N)>疏水性有机中性物质(HPO-N)>亲水性物质(HPI).此外,ΦT,n与单位浓度DOC在紫外254nm处的吸光度值(SUVA)及三氯甲烷生成活性(STHMFP)有较好的相关性,但与DOC相关性较差.同步荧光光谱结果表明,在单位DOC条件下,总DOM中稠环类芳香性物质的含量高于DOM各分级组分,而DOM各分级组分中稠环类芳香性物质的含量少于腐殖酸类物质的含量.

氯化消毒条件及污水水质对生成THMs、HAAs的影响

系统地研究了消毒条件和水质在城市污水氯化消毒过程中对生成三卤甲烷和卤乙酸的影响。结果表明,投氯量对三卤甲烷和卤乙酸生成量的影响最大,投氯量为40 mg/L时的生成量分别约是投氯量为5 mg/L时的30倍和70倍。三卤甲烷浓度随反应时间和温度无明显变化,而卤乙酸浓度在反应2 h后达到峰值并在之后逐渐降低,且随温度的升高呈下降趋势。pH对两类副产物生成的影响几乎相反,近中性条件下的三卤甲烷生成量最多而卤乙酸生成量最少。水中氨氮浓度的增加会导致三卤甲烷生成量略有下降,而卤乙酸浓度却大幅上升。溴离子浓度升高将导致三卤甲烷和卤乙酸生成量显著增加,其中三氯甲烷浓度下降,三溴甲烷浓度显著上升,混合取代的三卤甲烷浓度先增加后减少。与此类似,二氯乙酸和三氯乙酸浓度随溴离子浓度的增加而减少,含溴卤乙酸浓度则有不同程度的增加。反应温度、反应时间、pH和氨氮对污水消毒副产物生成的影响与已报道的饮用水消毒中的作用规律存在显著差异,甚至截然相反,这为有针对性地选取消毒工艺参数提供了依据。

环状管网余氯衰减和THMs动力学模型优化

为研究大型环状管网中余氯衰减和三卤甲烷(THMs)的生成模型,在占地570 m2的大型中试环状管网中进行。研究温度、初始余氯浓度和总有机碳(TOC)变化条件下对余氯衰减和三卤甲烷生成的影响。根据接近实际管网的中试实验数据,发现温度对余氯衰减的影响最为明显,其次是水中的总有机碳,影响最小的是初始余氯浓度。比较主体水余氯衰减和管壁余氯衰减在不同温度影响下的变化。研究结果表明:随着温度升高,管壁余氯衰减系数基本不变,而主体水中的余氯衰减系数逐渐增加。此外,确定三卤甲烷生成潜能(THMs formation potential,THMFP)与较易检测指标总有机碳(TOC)浓度之间的关系,并在此基础上结合优化的余氯衰减模型,建立能较好拟合实验数据的三卤甲烷生成模型。由于模型是基于大型环状管网的实验数据并考虑实际温度、TOC浓度和初始余氯浓度变化的影响,使优化的余氯衰减模型和三卤模型具有更好的适用性。

饮用水中THMs的形成及国外常用控制方法简介

THMs是影响饮用水安全的重要指标之一。本文分析了传统饮用水处理工艺中THMs产生的主要原因,并简要介绍了目前国外常用的控制THMs的方法以及这些方法在应用中的优缺点。

土壤中三卤甲烷(THMs)前驱物质流出的规律

通过室内模拟淋溶实验 ,初步探讨了以三卤甲烷生成潜能 (THMFP)为指标的土壤三卤甲烷前驱物质的流出规律 .结果显示 :土壤淋出液中THMFP的浓度与土壤性质特别是土壤中腐殖质含量、组成与卤代活性 ,模拟雨水的酸度及累积淋溶量等有关 .土壤中所含腐殖质的量越大、腐殖质的卤代活性越高且溶解迁移能力越强 ,则淋出液中THMFP的浓度越大 ;酸度最低 (pH3 0 )的模拟雨水淋洗下 ,淋出液中THMFP的浓度最低 ;模拟雨水的pH值愈低 ,土壤THMFP愈易流出 ;本实验条件下 。

沉淀、气浮对THMs和THMFP的去除效果研究

分别采用混凝/气浮、混凝/沉淀工艺处理天津某水厂预氯化水,考察了两种工艺对预氯化水中三卤甲烷(THMs)及三卤甲烷生成势(THMFP)的去除效果。结果表明,混凝/气浮工艺对THMs、THMFP的去除率分别为37%、55%,较混凝/沉淀(19%、34%)工艺分别提高了18%、21%;经气浮处理后,自来水的UV254/TOC值明显降低,即大大降低了THMFP在有机物中所占的比例,从而能够有效降低后续氯消毒工艺中THMs的生成量;混凝/气浮工艺对藻类的去除效果较混凝/沉淀工艺的好,其在较高ξ电位时就能取得较好的除藻效果。

溴化物与不同消毒剂的反应及对THMs生成势影响的研究现状

水处理氯化消毒过程中产生THMs副产物的问题已得到人们的普遍关注 ,在人们对用水质量要求日益提高而同时水污染问题又日益突出的今天 ,生产安全可靠的饮用水已成为社会的迫切要求。文章对源水中溴化物与不同消毒剂在氧化消毒过程中的反应并形成THMs类有害副产物的潜势进行了分析 。

表面改性活性炭对饮用水中THMs吸附性能研究

通过对活性炭的表面改性 ,并对氯化消毒后的高色度水进行吸附处理 ,可使其三氯甲烷 (THMs)的含量降低到 4 4 μg/dm3 ,达到国家生活饮用水质标准。

季节性非饱和冻土地温监测及冻胀特性THM耦合模拟

季节性冻土的冻胀融沉影响当地建筑物与构筑物的结构安全,找到地温随时间的变化数据可推算时间域内冻胀融沉对地面建筑的影响规律.以大庆市非饱和冻土为例,基于热传导理论和非饱和土渗流理论,在原位地温监测数据的基础上,建立了冻土的含相变过程的热-流-固(THM)三场耦合数值模型.通过数值模拟结果与实测结果的比较验证了冻土模型的准确性.结果表明:地温随地表温度呈延时周期性变化,在地面以下2.0 m以内,深度每增加0.5 m,温度波峰和波谷日大约推迟30 d;冻结期持续时间影响冻结深度,从而对当地土的周期性冻胀量起决定性影响,冻结期内土的每年最大冻胀位移为30.0 mm左右,冻结期结束后地面高度将快速恢复到冻结期之前的水平,季冻区冻胀融沉敏感性建筑物及构筑物的基础施工时间选择在冻结期结束后2个月至冻结期开始前,可有效减少冻胀融沉危害,大庆及其他类似季节性冻土地区的土壤冻融和冻融过程中的水热迁移研究可作为借鉴.

THM耦合条件下CO_(2)地质封存注入方案优化研究

我国首个GCS示范工程神华多储层场地出现了单储层吸气量剧增的现象,在其原设计方案下,压缩后变冷的CO_(2)被注入至深部高温含水层中,引起首层含水层中流体压力和温度应力急剧变化,从而导致大量裂隙产生,增加了单储层的可注入性的同时,降低了系统总体封存能力,并带来了泄露风险。本文基于TOUGH-FLAC三维多相多组分THM耦合数值模拟程序,开发了场地尺度岩体开裂模块来研究CO_(2)注入方案对目标含水层耦合特性和开裂特性的综合影响,并设计了定速率、先增速后定速、间歇定速、间歇变速、二次变速等多类型注入方案,分别计算分析了储层岩体的热力学特性、多相流特性与开裂情况。结果表明:设计方案下含水层产生了较多的开裂现象,是导致其可注入性增大的根本原因,持续注入CO_(2)引起含水层岩体中有效应力大幅度降低,渗透率增加,定速率方案产生的温度应力最小,在设计各类注入方案中,定速率注入方案下储层的裂缝发育最少。

十倍体长穗偃麦草雄性育性基因ThMs1的克隆、表达及功能分析

【目的】从小麦隐性核雄性不育突变体ms1与十倍体长穗偃麦草异附加系中,克隆雄性育性恢复基因ThMs1,解析该基因的表达模式、编码蛋白的生物化学活性和生物学功能,鉴定新的小麦ms1育性恢复基因,从而更好地应用于小麦杂交育种。【方法】通过基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH),鉴定ms1与十倍体长穗偃麦草异附加系中小麦外源的染色体类型;通过同源克隆法在小麦-十倍体长穗偃麦草异附加系中克隆雄性育性基因ThMs1,并稳定转化小麦ms1进行基因功能互补验证;利用RT-PCR及实时荧光定量PCR分析检测基因的表达模式;进一步通过RNA原位杂交分析基因的组织细胞特异性表达特性;利用特异性抗体进行Western blot检测ThMs1蛋白在体内的表达情况;经SignalP软件分析预测蛋白结构;通过蛋白-脂质结合活性分析检测ThMs1蛋白是否具有脂类分子结合活性。【结果】证实小麦ms1与十倍体长穗偃麦草异附加系细胞中含有偃麦草4Ag染色体;从小麦-十倍体长穗偃麦草异附加系中克隆了雄性育性基因ThMs1,遗传转化功能互补试验证实ThMs1能够完全恢复小麦ms1突变体的雄性不育表型,基因的聚类分析表明MS1只存在于禾本科植物中;通过RT-PCR和实时荧光定量PCR检测发现ThMs1在减数分裂期的花药中特异表达,RNA原位杂交分析证实ThMs1在小麦小孢子发生过程中特异表达;Western blot检测发现ThMs1在小麦减数分裂期的花药中表达;对ThMs1蛋白氨基酸序列进行结构预测发现,该蛋白具有推测的脂类结合分子结构域,ThMs1蛋白脂类分子结合试验表明ThMs1蛋白特异结合磷脂酸和磷酸化的磷脂酰肌醇。【结论】克隆了一个新的来自十倍体长穗偃麦草、可恢复小麦隐性核雄性不育突变体ms1雄性育性的ThMs1,该基因与小麦Ms1具有相似的分子结构、时空表达模式和脂结合活性,导致2个蛋白在小麦中也具有相似的生物学功能,ThMs1可以替代普通小麦Ms1的功能调控小麦花粉育性,该结果为利用小麦ms1通过分子设计建立小麦杂交育种体系(新一代杂交育种体系)提供了一个新的育性恢复基因。

增强型地热系统热-水动力-力学(THM)耦合模拟——以河北马头营凸起区为例

增强型地热系统(EGS)的裂隙热储层在长期开采过程中,由于不断地提取高温干热岩体的热量,致使高温花岗岩岩体温度下降,进而诱发岩体产生二次破裂,甚至出现流体短路,降低地热系统开采效率。为了保证EGS热能的稳定提取,需要建立试验场地的热-水动力-力学(THM)耦合模型,分析水动力和热效应对该储层裂隙发育规律的影响。本文基于河北马头营凸起区EGS开发场地的循环注水试验数据,建立场地热-水动力-力学耦合模型,通过模型模拟结果与现场观测结果进行比较,先验证了THM耦合模型的准确性,然后利用校正后的模型预测了不同注入方案下,EGS储层渗透率的提高和增产带的空间范围,揭示了储层裂隙增产带的范围受温度、压力、注入速率的影响情况。结果表明:经过63 d的增产处理,该模型预测的增产层体积约为10万m^(3);提高注水压力能刺激现有的裂隙发生剪切性破裂,拓宽增产带的区域;减小注水的温度有助于提升流体的穿透能力,扩大储层的增产带;在水力压裂的开始阶段,适当利用冷水注入有利于提高储层渗透率,且提高注入速率会使储层增产带的范围扩大。

工程尺度缓冲材料热-水-力多场耦合数值模拟研究

缓冲材料作为填充在废物罐与地质体之间重要的人工屏障,对高放废物处置库的长期安全至关重要。以工程尺度缓冲材料热-水-力多场耦合大型模型试验系统(China-Mock-up)为研究对象,采用有限元数值模拟软件LAGAMINE,考虑试验过程中复杂的边界条件与材料属性,实现了近5 a试验数据的定量模拟。模拟结果可准确预测试验系统内部不同特征点温度随室温周期性波动及线性增长这一动态变化规律;能够较好反映不同特征点相对湿度随时间的行为演化趋势,在加热器附近区域呈现出先干燥后饱和的现象,远离加热器区域则逐渐增大;模拟的总应力与实测试验数据间表现较好地一致性,能够反映试验台架内部不同特征点的总应力随时间逐渐增大这一演化过程。揭示了多场耦合条件下缓冲材料(膨润土)温度、湿度及应力的相互作用关系,为深入认识处置库环境下缓冲材料行为演化特征提供了重要的参考依据。

岩石破裂过程THMD耦合数值模型研究

从岩石的细观非均匀性特点出发,应用损伤力学、热力学和渗流力学理论,建立了岩体热(温度)-水(渗流)-岩(应力)-损伤耦合数值模型(THMD model),把岩石(体)THM耦合问题的研究从应力状态分析深入到损伤、破坏过程分析之中。探讨了THM耦合作用下岩石材料的细观结构损伤及其诱发的材料力学性能演化机制,并运用所提出方法计算温度-渗流-应力耦合作用下井筒近场围岩的稳定性,模拟得到的岩体破坏过程、应力分布、AE特性及渗流特性变化与现场标定结果有着一致的规律性,初步证明了该数值模型的合理性和有效性。THMD模型以简单的数值模型表征了岩石(体)中热、水、岩及损伤之间复杂的作用关系,为从细观损伤演化揭示宏观岩体温度-渗流-应力耦合破坏机制提供了一种新的数值分析方法。