湿干比对不同人工快速渗滤系统处理厌氧折流板反应器出水的影响

为提高人工快速渗滤系统(CRI)对厌氧折流板反应器(ABR)出水中化学需氧量(COD)和悬浮固体(SS)的去除效果,保证出水水质符合农田灌溉标准,同时保留污水中的N、P元素,通过设计3组不同填料高度(CRI_(1)为110 cm,CRI_(2)、CRI_(3)为160 cm)和不同复氧方式(CRI_(1)、CRI_(3)为自然通风,CRI_(2)为自然通风与机械通风相结合),研究了不同湿干比(1∶0、3∶1、1∶1、1∶3)对3组CRI去除COD、SS及保留N、P元素的影响。结果表明,当填料高度为160 cm、增加机械通风、湿干比为1∶0时,CRI对COD和SS的去除效果最好,且能较多地保留N、P元素,COD、SS及N、P元素的平均去除率分别为76.88%、90.80%、9.43%和66.71%,CRI出水不但满足农田灌溉水质标准,还保证了污水中的N、P元素归田,实现了水肥双重资源化。

湿干比对人工快渗系统除污性能的影响

适宜的湿干比是确保人工快渗系统高效、稳定运行的关键。目前,国内关于湿干比的研究主要是针对北方的气候条件和土壤特性,而对具有南方气候与土壤特征的湿干比研究鲜有报道。为此,通过试验研究了适宜于南方特别是三峡库区环境的湿干比,重点考察了在3个不同的湿干比下,复氧方式不同的3组人工快渗系统对生活污水中COD、TN和TP的去除性能。结果表明,最适宜的湿干比为1∶3,与北方地区典型的湿干比相比,该湿干比由于土壤干化时间相对较短而较大程度地提高了处理量。就对COD的去除来说,应结合系统中的营养物质含量及好氧环境的恢复情况来选择湿干比;湿干比与对TN的去除率呈负相关关系,湿干比越小则越有利于脱氮;湿干比与除磷率无显著相关性;通过种植植物进行强化复氧对COD的去除作用不大,但可提高对氮、磷的去除效果。

湿干比对组合填料人工渗滤带除污性能的影响

湿干比作为人工渗滤系统的重要控制参数,影响系统的处理效果。采用模拟人工渗滤系统装置,研究不同湿干比对人工渗滤系统除污能力的影响,试验过程中测定了CODCr、NH3-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP等指标的变化。结果表明,湿干比为3∶4时,人工渗滤系统的除污能力较湿干比为1∶6时略好,且能更快形成脱氮环境。对于人工渗滤系统而言,不是湿干比越小就越利于污染物去除,只有选择合适的湿干比,才既能保证系统内充分复氧,又能维持系统内的微生物群落对营养的需求。

游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化研究

短程硝化反硝化工艺为解决人工快渗(CRI)系统脱氮效率低的弊端提供了新思路,通过适宜的调控方法启动短程硝化是实现该工艺的关键。为此,考察了游离氯和湿干比对CRI系统内氮素污染物转化的影响,分析了不同阶段的菌群活性和结构特征,探究了游离氯联合湿干比调控启动CRI系统短程硝化的可行性。结果表明,连续添加3 mg/L游离氯23 d后NO2--N积累率稳定在70%左右,亚硝酸氧化菌(NOB)的活性将受到严重抑制且难以在短期内恢复。此时调节湿干比为1∶5,NH4+-N平均去除率、NO2--N平均积累率分别升高至97.41%、94.80%,成功启动短程硝化。16S rRNA高通量测序结果表明,CRI系统内氨氧化菌(AOB)的主要类型为Nitrosomonas、Nitrosovibrio,NOB的主要类型为Nitrospira。CRI系统短程硝化启动成功后,AOB的相对丰度由启动前的4.21%增加到6.69%,而NOB的相对丰度由4.34%降低到0.17%。因此,游离氯联合湿干比调控能选择性抑制NOB活性和促进AOB增殖,可为CRI系统启动短程硝化提供一种可行的新方法。

干湿循环作用下剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂作用及影响因素

为研究干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的抗裂效果,分别开展了素土和剑麻纤维加筋膨胀土的干湿循环试验,并采用图像处理技术提取试样表面裂隙参数,分析了剑麻纤维含量及长度、干湿循环次数、试样含水率对裂隙发育的影响.结果表明:1)剑麻纤维加筋膨胀土具有较好的抗裂性能,且剑麻纤维的掺入对膨胀土的裂隙率和裂隙平均宽度影响较大,相较于素土试样,最优加筋土试样的裂隙率和裂隙平均宽度均比素土试样减小了约1/2.2)纤维长度相同时,随着纤维含量的增大,裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度和分形维数均呈先减小后增大的趋势,且纤维含量为0.4%时各参数值最小;纤维含量相同时,纤维长度对各裂隙参数影响不大.3)随着干湿循环次数的增加,加筋土和素土试样裂隙参数均呈逐渐增大趋势,但纤维加筋土裂隙率和裂隙平均宽度的增大幅度均比素土小;从第5次干湿循环开始,各裂隙参数增长趋缓.4)单次脱湿过程中,试样含水率由20%降至10%时,裂隙急剧发育,且素土裂隙的发育对含水率的变化更加敏感,含水率低于10%时,随着含水率的减小,试样裂隙率变小并趋于稳定;相同含水率条件下,剑麻纤维加筋土具有更好的抗裂性能.5)剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂机理主要表现在两方面,一方面是剑麻纤维的掺入增大了膨胀土的渗透系数,促进了试样内水分的均匀分布,减小了试样各处的胀缩差异;另一方面纵横交错的剑麻纤维约束了聚集体之间大孔隙的收缩.

盐浸-干湿-冻融耦合作用下混凝土坝强震开裂机理

为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律,通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂机理研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验,基于材料试验结果,构建混凝土重力坝扩展有限元模型,模拟混凝土材料劣化前及劣化后混凝土坝强震开裂破坏情况。结果表明:多因素耦合作用导致混凝土材料劣化,强震作用下会降低大坝承载能力,增加大坝倒塌破坏风险。考虑混凝土多种劣化因素影响,所得结论可用于高寒地区混凝土坝的抗震设计。

干湿循环下节理砂岩细观能量演化规律研究

为探究干湿循环作用下的节理砂岩的细观损伤劣化规律,采用颗粒流软件开展了节理砂岩细观数值模拟,研究了不同干湿循环下节理砂岩的细观力学特性和能量演化机制。研究表明:随着干湿循环次数的增大,颗粒间的接触力和平行黏结力最大值呈线性递减规律;干湿循环下节理砂岩裂纹演化主要经历缓慢增加、均匀增加、阶梯增加及突变增加4个阶段,且裂纹数目(总裂纹、拉伸裂纹及剪切裂纹)与干湿循环次数呈正相关;细观边界能、平行黏结应变能及线性黏结应变能随干湿循环次数的增加呈逐渐减小趋势,节理砂岩中耗散能与微裂纹数大致呈正相关;干湿循环作用导致颗粒间抗断裂能力弱化,使岩样能量储存能力降低,这是造成节理砂岩干湿损伤劣化的能量机制。

干湿循环下复合激发膏体充填材料宏-细-微观强化与损伤特性

为探明盐-碱复合激发膏体充填材料的性能变化规律及干湿循环作用下充填体结构多尺度损伤机制,对以脱硫石膏和水泥熟料为复合激发剂的膏体充填材料进行多目标优化,并对最优配比下的充填体试块进行0~25次干湿循环,开展抗压强度、X射线衍射(XRD)、低场核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)试验,揭示充填体宏观力学行为和微细观结构演化规律。研究结果表明:充填材料最优配比是矿渣掺量为50%,脱硫石膏与水泥熟料质量比为3:7,硅灰掺量为2.5%。随着干湿循环次数的增加,充填体宏观表现为抗压强度的折减及累积电导率升高,干湿循环10次时出现拐点,质量损失率和强度损失率分别达极小值-1.91%和-8.36%;在细观尺度上,T2谱反演良好,干湿循环作用10次后,横向弛豫时间逐渐右移且谱面积增大,表明膏体充填材料孔隙尺寸及数量随着干湿循环次数增加而增大;微观尺度上,钙矾石、石膏和方解石等侵蚀产物的膨胀结晶应力加速了微观孔隙结构的发育,反复干湿循环作用削减了C-S-H凝胶的黏聚力,由最初的堆叠蜂窝状劣化为小块状。综合宏、细、微观结构演变规律可知,孔隙结构的损伤演化与力学性能的劣化特征具有较好的同步性。

铁离子作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制

为探究重金属Fe 3+作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制,以不同浓度Fe 2(SO 4)3溶液作用的饱和膨胀土为对象,开展干湿循环裂隙试验、扫描电镜(SEM)试验与X射线衍射(XRD)试验,研究Fe 3+作用下膨胀土干湿循环裂隙、微观结构和矿物成分的演化规律及机制。结果表明:相同干湿次数下,随Fe 3+浓度增加,土体裂隙面积率下降;随干湿次数增加,相同浓度土体裂隙面积率总体上升;Fe 3+作用下,粒间孔隙波动性微变,黏土矿物晶体结构损伤,晶层间距减小;干湿作用后,粒间孔隙剧增,土体结构破坏,晶体损伤加剧。总结出Fe 3+作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制为:水分子在土体内反复迁移,劣化土体结构,形成拉应力,导致裂隙产生;Fe 3+则在一定程度上缩小颗粒间距,增强抗拉强度,降低拉应力,抑制了裂隙发育。

干湿联合式蒸发空冷器管束腐蚀失效分析及预防措施

干湿联合式蒸发空冷器的传热管束包含预冷管束和蒸发管束,预冷管束采用翅片管,蒸发管束采用蛇形光管。该类型设备在某沿海石化企业使用过程中,蛇形光管U形弯部位出现不同程度的腐蚀穿孔泄漏,为了确定腐蚀泄漏原因,以石脑油加氢装置中石脑油分馏塔顶空冷器为例,采用多种试验手段对腐蚀失效原理进行分析。根据外观检查、水质分析、化学成分检测、力学性能及金相检测、腐蚀形貌观察和产物成分分析等分析结果判断,该空冷器的主要失效原因是浓差腐蚀及电化学腐蚀共同作用的结果,并对此提出了相应的预防措施。

干湿循环作用下吉林省西部土壤盐离子对混凝土的侵蚀破坏机理

为了解决干湿循环条件下长期的外部碳酸盐和硫酸盐侵蚀导致混凝土耐久性能显著退化的问题,进行了在干湿循环条件下混凝土内部CO_(3)^(2-)和SO_(4)^(2-)侵蚀规律和迁移规律的研究。先通过混凝土受到离子侵蚀的化学反应过程和扫描电子显微镜(SEM)实验分析并对比两种离子对混凝土侵蚀的损伤机理,后通过引用房室模型的方法分析CO_(3)^(2-)和SO_(4)^(2-)在混凝土表面与外界交界面处的传输和交换规律。结果表明:在180 d的时间内,离子侵蚀主要发生在混凝土表面0~20 mm的范围内,房室模型的预测值与实测值决定系数R^(2)在0.75左右;混凝土被侵蚀的深度与水灰比正相关,并且房室模型可以预测混凝土受到侵蚀的程度;硫酸盐和碳酸盐的化学反应生成物引起的膨胀压力导致混凝土产生裂缝而引起破坏。

干湿循环下木质素改良粉土抗剪强度特性

为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点,同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题,将木质素掺入粉土中,形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能,对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验和X射线衍射试验,研究了木质素掺量0、2%、5%、8%、12%、15%和干湿循环0、1、2、3、4次对改良土抗剪强度特性的影响。结果表明:掺入木质素可以显著提升粉土的抗剪强度及干湿循环性能;一定干湿循环次数下,改良土的抗剪强度及黏聚力随着木质素掺量的增加先增大后降低,内摩擦角随着木质素掺量的增加先快速增大后基本不变;当木质素掺量为8%时,改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角最高。改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而降低,当木质素掺量为0时,纯土试样经过1次干湿循环即崩解,强度损失率为100%;当木质素掺量为8%时,改良土的强度损失率最低,黏聚力及内摩擦角的降低幅度均较低。X射线衍射试验表明,木质素掺量为8%时,石英、方解石、白云石含量最高,黏土矿物含量较高,钠长石含量最低,这是造成改良土强度及干湿循环性能提升的直接原因。结果显示,当木质素掺量为8%时,改良土在提高抗剪强度及干湿循环性能方面具有明显优势。研究结果可为实际施工设计提供理论支撑。

干湿-冻融循环下黄土力学特性及损伤机制研究

为深入研究干湿-冻融循环对原状黄土力学特性的影响及细观损伤演化规律,通过不同次数干湿-冻融循环条件下的固结排水三轴剪切试验(consolidation drainage triaxial sheartest,CD)和核磁共振试验,从宏-细观角度分析其应力-应变曲线及强度指标变化规律和细观孔隙的损伤变化规律。在此基础之上,假定黄土微元强度分布服从复合函数,建立了黄土的损伤统计本构模型,并验证其适用性。研究结果表明:土体的应力-应变曲线表现为应变软化,并且随着循环次数的增大软化程度逐渐减弱。偏应力峰值随循环次数减小并逐渐趋于稳定,在循环2次时其衰减程度最大,不同围压下分别衰减了17.6%、23.2%、24.5%和18.1%。土体内胶结块在循环作用下发生破损,使得内部孔隙面积逐渐增大,主要为小孔隙向中大孔隙的转变,随着循环次数的增大,内部结构逐渐趋于稳定。

干湿循环与加载先后顺序对砂泥岩混合料压缩特性的影响

为研究干湿循环与加载先后顺序对砂泥岩混合料压缩特性的影响,针对不同干湿循环次数、浸水时间和水温处置下的砂泥岩混合料,开展先干湿循环后加载、先加载后干湿循环的单向压缩试验。结果表明,两种试验方法所得砂泥岩混合料压缩量均随干湿循环次数增加、浸水时间增长、水温增高而增大;压缩量与干湿循环次数呈对数关系、与浸水时间呈幂函数关系、与水温呈线性关系,并推导出相应的压缩量计算公式;试验结果及理论分析均得出先干湿循环后加载的压缩量大于先加载后干湿循环的压缩量。

干湿循环下溶隙灰岩单轴压缩损伤破裂特征

为研究干湿循环对溶隙灰岩损伤破坏特征的影响,制备裂隙状、椭圆状、蘑菇状和类哑铃状溶隙灰岩试样,开展单轴压缩试验并辅以数字图像相关方法(DIC)和声发射技术进行监测,分析0、3、6、10次干湿循环下溶隙灰岩的损伤特性和变形破裂特征。结果表明:①基于峰值强度定义干湿循环和溶隙形状损伤度,干湿循环损伤度与循环次数和水-岩接触面积成正比,溶隙形状损伤度在干湿循环过程中为33.31%~64.86%;耦合损伤度合理表达了二者的耦合关系。②干湿循环作用下溶隙灰岩由拉伸破坏转变为以拉伸破坏为主的拉剪混合破坏,表面应变局部化带过渡到“延性”扩展;而溶隙形状对试样破坏有优势导向作用。③干湿循环导致岩样声发射累积振铃计数减小,裂纹起裂应力σci及裂纹损伤应力σcd也逐步降低。研究成果可以为三峡库区溶隙灰岩的破坏机理分析提供科学依据。

干湿循环作用下融雪剂对玻璃纤维水泥土力学性能影响的试验研究

为研究在干湿循环作用下不同种类融雪剂对玻璃纤维水泥土力学性能的影响,制备浓度为0.2mol/L的醋酸钾、氯化镁和硫酸钠溶液作为融雪剂溶液,将养护后的无纤维水泥土和有纤维水泥土试块在不同种类的融雪剂溶液中浸泡3d,然后将试块取出放入烘干箱内分别进行8~10次干湿循环。进而分析融雪剂类型、干湿循环次数对试块表面破坏状态、强度和质量等的影响。试验结果表明:经过10次干湿循环后,醋酸钾融雪剂溶液对试块质量和强度的影响程度小于氯化镁溶液和硫酸钠溶液,说明醋酸钾融雪剂对水泥土侵蚀作用较小;试块表面裂纹随着干湿循环次数的增加逐渐增多加深,在经历相同干湿循环次数后,有纤维水泥土试块的裂纹发展程度、质量损失率和强度损失率均低于无纤维水泥土试块,说明通过添加玻璃纤维可有效提高水泥土抗干湿循环和融雪剂侵蚀的能力。

纤维改良膨胀土在干湿循环作用下的力学性能研究

为了研究黄麻纤维改良膨胀土在干湿循环作用下的力学特性,开展黄麻纤维不同掺量和长度配比的试验,得到掺量与纤维长度的最佳配比。对根据最佳配比制作的土样进行干湿循环试验,测得干湿循环后的力学性能变化。研究结果表明:黄麻纤维可以用于膨胀土的改良,适量的黄麻纤维加入可以有效提高土体的力学性能,过量以及过长的黄麻纤维的改良效果不佳;使用黄麻纤维改良后的膨胀土,在干湿循环作用下改良土相对于素土能够更好地保持良好的力学性能;黄麻纤维可以改善土体的粘聚力,对内摩擦角作用不明显,而干湿循环会同时降低土体的内摩擦角以及黏聚力。

干湿路径下非饱和黄土渗透特性及微观机理研究

采用基于核磁共振技术的瞬时截面法开展黄土的非饱和渗透试验,研究干、湿两种不同路径下黄土的渗透特性;通过分析渗流过程中孔隙水的分布变化情况,从微观层面探讨干、湿路径下非饱和黄土的渗透机理。结果表明:在吸湿和脱湿的过程中,黄土渗透特性的变化规律存在较大差异,非饱和渗透系数与体积含水率的关系曲线存在一定的滞回性,饱和度较高时,吸湿路径下的非饱和渗透系数大于脱湿路径;在整个渗流过程中,孔隙内的水分迁移存在一定的主次关系,在吸湿阶段,水分优先填充孔径较小的孔隙,而在脱湿阶段,孔径较大的孔隙优先排水;孔隙水的分布是影响黄土非饱和渗透的重要因素,赋存在较大孔隙内的水分对渗透系数的影响居主导地位,而赋存在较小孔隙内的水分对土样渗透的影响则相对较小。

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q 3黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明:原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θs、α、n变化幅度较小,而参数θr随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。

干湿循环作用下黄土厚度对其裂隙发育的影响

黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境,极易诱发土体裂隙产生,显著弱化土体的结构性和完整性,从而影响工程区域的建设。因此,对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验,记录试样的含水率变化和裂隙发育情况,利用数字图像处理技术,结合分形维数对裂隙网络进行分析。试验结果表明,蒸发路径和含水量的不同导致土体水分蒸发速度不同,土体越厚,水分蒸发速度越慢。界面摩擦力影响土体开裂过程,土体越厚,裂隙发育越慢,裂纹网络复杂性越低。随着干化的进行,界面摩擦力逐渐降低,土体收缩明显,干湿循环效应导致土体颗粒重新组合,加快水分蒸发过程,土体表面会不断劣化。研究结果可为地质灾害防治提供指导。