吸附动力学模型在制浆造纸过程废水处理中的研究进展

吸附动力学模型常被用来描述吸附过程、评价吸附剂性能以及研究吸附的传质过程。制浆造纸过程中会产生大量含有有毒有害的有机和无机污染物质的废水,导致其悬浮物(SS)、总固含物(TS)、色度、COD、BOD、可吸附有机卤化物(AOX)和细菌总数等物化和生物指标超标,如果未及时处理而直接排放会对环境造成严重污染。过去几十年,关于制浆造纸过程废水处理的方法研究已十分成熟,而如何将吸附动力学更广泛有效运用到处理制浆造纸过程废水中是本综述主要讨论的问题。本文首先综述了吸附动力学模型的研究进展,主要介绍了准一阶模型等5种动力学吸附模型及其应用条件,最后综述并展望了吸附动力学模型在制浆造纸过程废水中的应用现状和前景。

南京大学潘丙才教授课题组在纺织废水处理过程中全氟和多氟烷基化合物迁移转化规律研究方面取得新进展

近期,潘丙才教授课题组在前期建立复杂环境水样中PFASs选择性分析方法(Analytical Chemistry,2021,93,32,11116-11122)的基础上,进一步探究了27种传统和新型PFASs在纺织印染废水处理全流程中的赋存、去除与转化规律。对污水处理厂中PFASs的赋存与分布进行研究发现,∑PFASs的进水浓度为630-4268 ng/L,出水浓度为436-755 ng/L,污泥浓度为91.5-1182μg/kg;PFASs在三个污水处理厂间展现出差异化的种类分布,其中一个以传统的全氟辛酸(PFOA)为主,其余两个则以新型替代物氯代多氟醚基磺酸(Cl-PFESAs)和全氟聚醚羧酸(PFECAs)为主。

先进控制算法在废水厌氧处理过程中的应用

在对典型的废水厌氧处理工艺及厌氧消化过程主要影响因素进行分析的基础上,提出了一套结构简单、应用效果良好的废水厌氧处理过程控制方案。采用专家策略进行均衡池和调制池的液位联锁控制,采用专家前馈-反馈控制来调节调制池废水pH值,利用串级控制调节进反应器水温,采用比值算法来控制营养物质投加量,并给出了具体的实施方案。实际应用效果证明了这套控制方案的有效性。

废水处理过程中荧光测量系统研究

针对废水处理过程中厌氧反应器过程中产生的荧光类物质荧光特性和废水处理过程之间的关系,采用荧光光谱技术构建一个在线测量废水处理过程中厌氧反应状态的荧光检测平台,并为废水处理过程中的参数控制提供有效的、可信的和稳定的技术依据,在一定程度上可提高废水处理的效率。结果表明:本系统采用荧光光谱技术,对废水处理过程中厌氧反应器检测是可行的;与传统的检测方式相比,它具有结构简单、灵敏度高和费时较少的优点;对于废水处理过程中其他荧光类物质的检测有着广阔的应用前景。

基于STA-K均值聚类的电化学废水处理过程离子浓度软测量

针对电化学废水处理过程出口离子浓度无法在线检测的问题,提出了一种基于状态转移的K均值聚类算法的软测量建模方法。在分析内部反应机理的基础上,结合物料平衡和吸附动力学定理建立电化学过程的机理模型;由于单一的软测量模型难以满足实际的精度要求,提出一种基于状态转移的K均值聚类算法将原始数据集进行聚类,应用状态转移算法对K均值算法的初始聚类中心进行优化,同时,引入离群值矩阵动态迭代同时实现数据聚类和异常值检测;最后,对聚类后的不同训练子集分别建立子模型,综合各子模型得到基于多模型切换方法的软测量模型。通过某废水处理厂的现场数据进行实例验证,结果证明了所建立的电化学废水处理过程离子浓度软测量模型合理有效。

基于动态核PCA的复杂废水处理过程在线故障检测

为了克服废水处理过程具有较强的非线性及动态特性,研究了基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的在线故障检测.首先在PCA的基础上引入核函数,构造核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)来优化模型结构,再通过嵌入动态模型来构造动态核主成分分析方法(DKPCA),最后对废水处理过程进行在线故障检测.基于某造纸厂废水数据,构建了偏移故障、漂移故障及精度下降故障,并进行仿真.研究结果表明,在偏移故障条件下,相较于PCA和KPCA方法,DKPCA的平方预测误差故障检测率分别提升了96.96%和87.87%,且在漂移故障条件下检测的灵敏度也有明显提升,验证了在废水时变性过程中DKPCA方法在线故障检测的有效性.

造纸废水处理过程微小故障检测方法研究

微小故障的检测是过程监测领域的一个重要研究方向。传统的多元统计过程监测方法无法对过程微小故障进行有效监控。本课题将多元累积和控制(CUSUM)方法及多元指数加权移动平均(EWMA)方法分别与主成分分析(PCA)相结合用于造纸废水处理过程中微小故障的过程监测。研究结果证实了多元累积和控制方法和多元指数加权移动平均方法的有效性。

废水处理系统的动态过程监测

传统多元统计方法中,独立元分析(ICA)相较于主元分析(PCA)可有效提取信息的主要特征,保留更多原始数据。针对连续化生产所带来的动态特性,提出动态独立元分析(DICA)、动态主元分析(DPCA),分别用来提升ICA和PCA的过程监测能力。结果表明,针对废水监测过程中偏移、漂移和完全失效3种传感器故障,DICA方法相较ICA的故障检测率在SPE统计量下分别提高了7. 15%、18. 58%和12. 86%,故障检测率高达88. 57%、84. 29%及82. 86%; DPCA故障检测在SPE统计量下相比于PCA也有一定提升,最高提高了28. 57%,但其故障检测率要远低于DICA,这表明DICA方法对过程故障检测有较好的效果。

基于独立元分析的制浆造纸废水处理过程故障检测

为及时、准确地做出故障诊断,本课题采用独立元分析(ICA)和主成分分析(PCA)两种常用的多元统计分析方法对制浆造纸废水处理过程中的传感器故障进行检测并对诊断效果进行对比。结果表明,对于制浆造纸废水数据中偏移和漂移两种故障,ICA模型的故障检测率分别为24%与54%,PCA模型的故障检测率分别为14%和42%,ICA模型的两种故障检测率均高于PCA模型,但是两种模型均无法达到满意的检测效果;对于完全失效故障,ICA和PCA模型的故障检测率均达到100%。

基于GPS-X的造纸废水处理过程动态仿真研究

废水处理过程是一个多变量、复杂且庞大的系统,并且存在实地调研、优化改进的不方便性和巨额的成本损耗等问题。本文介绍了Hydromantis公司的废水处理模拟软件GPS-X的基本信息及其建模的过程,并采用该软件中的Cnlib模型库构建国内某造纸厂工艺模型。通过模拟动态入水数据,实现对该模型进行动态情况下的质量监控,模拟结果出水参数中化学需氧量、生化需氧量及固体悬浮物浓度均达到该厂的排放标准。

废水处理过程的KPLS-GPR软测量建模

采取基于核函数偏最小二乘法的高斯过程回归模型(KPLS-GPR),对复杂的造纸废水处理过程中出水化学需氧量(COD)和出水悬浮固形物(SS)质量浓度进行预测.首先,采用KPLS的潜变量作为预测模型的输入变量,以降低数据维度,优化数据结构;其次,建立潜变量与输出变量的GPR回归模型.基于某工厂造纸废水数据进行仿真试验,引入人工神经网络(ANN)、基于偏最小二乘潜变量的预测模型(PLS-ANN)及基于核函数偏最小二乘潜变量的预测模型(KPLS-ANN)作为对比.试验结果表明:KPLS潜变量对预测模型有明显的优化效果,在这些模型中KPLS-GPR预测精度最高;对于出水COD和SS质量浓度的预测,KPLS-GPR的决定系数分别为0.575和0.610,相比于常规预测模型,决定系数可分别提升36.90%和43.87%.

废水处理过程的降维方法综述

废水处理过程变量存在强非线性、强耦合、易受干扰等问题,数据驱动的水质监控系统需要利用采集到的大量过程数据进行故障诊断和软测量建模。对废水处理过程数据进行降维预处理可以提高建模精度以及避免数据维度过高导致的“维数灾难”问题。综述了基于数据降维技术的故障检测、故障诊断和软测量建模方法在废水处理过程中的应用,归纳了高维数据降维的方法与类别,提出了数据降维方法在废水处理过程应用中存在的问题和相应的解决方案,最后指出了基于数据降维的废水处理过程建模方法的未来发展方向。

废水处理过程中氮氧化物的排放

随着氮氧化物排放污染的日趋严重,国家将于"十二五"期间加大对氮氧化物排放的控制力度。本文对废水处理过程中氮氧化物的排放进行分析。

油制气废水中毒害有机物分析及一般特征

对油制气废水特征进行较全面的调查和分析 ,给出GC/MS(气相色谱 质谱联用 )分析的一般前处理流程、废水的一般特征数据及废水中芳烃类毒害有机物的GC/MS分析结果 .废水中CODCr、BOD5、酚、氨氮、可萃取有机物的值分别可达 (mg·L- 1) :4 0 0～ 60 0、60～ 80、2 0～ 30、60～ 80、1 70～ 2 0 0 .GC MS检测到 79种芳烃类有机物 ,这些有机物进、出水浓度总和分别为 1 4 0 79mg·L- 1、1 2 9 1 1mg·L- 1.分析数据表明油制气废水毒性强、较难进行生物处理 .

造纸废水处理过程的动态模糊概率模型

制浆造纸废水处理过程数据中普遍存在非线性、时变性、不确定性等特征,对过程软测量模型建立具有较大的挑战性。本文在偏最小二乘模型基础上通过模糊推理系统及模糊均值聚类算法构造了模糊偏最小二乘潜变量模型,并结合动态贝叶斯网络模型,提出了基于模糊偏最小二乘的动态贝叶斯网络模型。将模型运用于实际工业废水处理过程,结果表明:所提出的动态贝叶斯网络模型相较于常用的传统偏最小二乘方法,其均方根误差降低了28.71%,有效提升了软测量模型在实际废水处理过程中的准确性及稳定性。

催化湿式氧化BIPB化工废水滴流床反应器系统建立

为经济有效地降解高质量浓度化工有机废水,采用连续式固定床反应器进行催化湿式氧化处理,操作运行处于滴流区域.制备的锰铈复合氧化物负载型催化剂具有良好的活性和稳定性,将废水TOC去除率提高20个百分点以上,连续运行50h催化剂仍维持较好的反应活性,其活性组分抗反应溶出性能优异.较小空时(9.43min)时废水已得到较好处理,进一步增大空时对提高废水处理效果并不明显.催化湿式氧化处理不同质量浓度有机废水具有较好的适应性,高质量浓度废水未对反应系统产生明显的抑制.

废水处理环境影响负荷的生命周期评价

废水处理过程产生废气、废渣等二次污染的问题已经引起了越来越多的关注.为了表征该过程的环境影响,做出科学的管理决策,以哈尔滨某制药废水处理工艺为例,采用生命周期评价(LCA)方法,定量研究了废水处理全过程的环境影响负荷.在影响评价阶段,运用改进的层次分析法(AHP)确定评价指标的权重.加权评价的结果表明:该废水处理过程对不可再生资源的消耗影响最大,随后依次是填埋空间的消耗、潜在健康影响、全球变暖潜能值、水体富营养化、酸化潜值、气溶胶潜值、光化学烟雾潜值.最后根据评价结果提出减少资源消耗和污染物排放等改善措施,使废水处理发挥更大的环境效益.

民用飞机废水处理系统流动性能仿真研究

废水处理系统是民用飞机中不可缺少的重要系统。在废水处理系统的设计过程中,废水输运过程的流动性能将极大地影响系统的整体性能。因此对废水输运过程中流动性能的仿真将能够为废水处理系统的设计、验证和优化提供指导。对废水处理系统废水输运过程的流动性能进行了研究,选取了某型民用飞机废水处理系统作为研究对象。将复杂的两相或三相废水输运过程简化为经典的气液两相流,采用CFD方法模拟了巡航状态下的过程。通过数值模拟,获得了废水输运过程中不同时刻下系统内的压力、废水体积分数分布,观察到了废水在管路内是沿壁面螺旋前进的环状流这一流动状态。此外,还模拟出了分支管路内的存水现象以及其后续变化,并且分析了该现象的形成原因。

加拿大魁北克一工厂达到废水零排放

到1995年10月,魁北克St-Lanrent Pa-perboard公司的一座瓦楞夹芯工厂,已经成功地实现生产过程废水的零排放,废水流量从1994年9月的6000m^3/日减少到1995年10月的零。 该厂1967年建厂时生产NSSC夹芯产量为130吨/日,工厂废水不经任何处理排至St-Lanrent河。1976年增加到200吨/日,装置初级澄清器以减少废水中总悬浮固体物,澄清器污泥循环回到浆厂。

过程工业用水系统流结构模型研究

通过对用水过程和废水处理过程的内在特性和相互关系的分析,将用水系统分为转化、利用和回收与再生 3 个子系统。从系统工程的角度,在借鉴能量利用系统三环节模型的基础上,提出用水系统三环节模型。将整个用水系统作为一个有机的整体进行集成,通过对用水过程进行定量的分析与评价,提出用水系统综合优化改进的方向,为系统全局的节水减排工作提供理论指导。