摘要:为探究水力筛分间歇饥饿策略运行CANON工艺的稳定性及相关参数的设置,采用SBR反应器运行CANON工艺,定期通过水力筛分排出絮状污泥,之后对其进行间歇饥饿,以此抑制NOB的生长繁殖,探讨沉降时间和饥饿周期两项参数的调控,实现CANON工艺处理低氨氮污水的稳定运行。结果显示,不同的沉降时间对于粒径分布和功能菌活性有较大影响,1.5 min以上的沉降时间可将ANAMMOX菌基本留存在反应器中,AOB在颗粒污泥和絮状污泥中均有分布,NOB则主要分布于传质阻力小的絮状污泥中。AOB在缺氧饥饿期间的活性衰减速率基本保持稳定,而NOB在面对缺氧饥饿时表现得更为敏感,活性衰减速率大于AOB。在恢复阶段,由于AOB具有一种独特的机制来应对饥饿,能够将细胞保持在经历短时饥饿后立即以最大速率开始氧化NH+₄-N的状态,使其在恢复3 d时的底物降解速率就达到0.097 g/(g·d),恢复至饥饿前的86%,而NOB因无法快速适应环境的变化活性恢复速率滞后于AOB。采用4 d饥饿和3 d恢复的模式运行反应器,NOB得到有效抑制,出水NO-₃-N呈现下降趋势,之后调整间歇饥饿周期为4 d饥饿和5 d恢复,更好地提升了AOB的活性,处理效果进一步提升,进入稳定阶段,出水NH+₄-N和NO-₃-N平均值分别为2.69和7.79 mg/L,氨氮去除率和总氮去除率分别达到96%和79%。采用水力筛分间歇饥饿CANON工艺处理低氨氮污水运行性能稳定,出水满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中所规定的一级A标准。

摘要:天气变化引起土壤含水率变化和变形等,导致气温变化与市政给水管道的破损事件存在相关性。为此,基于北方某城市给水管网破损事件数据和气温记录,分析不同的天气因素量化指标与管道破损事件的相关性。采用误差反向传播神经网络（BPNN）和基因表达式编程（GEP）方法,建立考虑天气因素的给水管道漏损预测模型。根据案例城市过去11年的市政给水管网破损记录数据库、管道地理信息数据库和同期气温记录,分析6个天气因素指标（平均温度、冰冻指标、最大上升值、最大下降值、最大上升率、最大下降率）的内在相关性及其与管道破损事件的相关性；采用BPNN和GEP建立管道破损数（因变量）与4个自变量（代表性天气因素指标、管径、管龄、管长）的隐式和显式函数关系。应用隐式和显式两种模型预测案例城市给水管网未来1年的破损数,未考虑天气因素的模型预测决定系数分别为0.65和0.60,考虑天气因素模型预测结果的决定系数分别为0.78和0.88,预测精度提升率分别为13%和28%。建立考虑天气因素的给水管道漏损预测模型是合理有效的。

摘要:为满足给水系统日常管理对短期需水量预测时效的需求,建立了所需训练时间短的核极限学习机模型（kernel-based extreme learning machine,KELM）；从提升预测精度的角度考虑,构造了以傅里叶级数为理论依据的残差修正模块（Fourier series,FS）,利用该模块对需水量初始预测值与观测值之间的差值进行建模,完成对初始预测值的残差修正,将该模块叠加于KELM模型上形成了组合预测模型（KELM+FS）。通过实际数据对模型进行性能测试,结果表明:KELM模型能够与人工神经网络模型、支持向量回归模型产生相似的预测精度,但预测时间仅为二者平均值的5%左右；组合模型KELM+FS在未显著增加预测时间的前提下,比KELM模型相对预测精度提升了12%左右。在用于短期需水量预测时,无论单一模型KELM还是组合模型KELM+FS都能达到有效提升预测效率的目的。

摘要:为了更精细地分析供水管网可靠性,考虑需求节点与水源的供需依赖关系,提出基于加权边介数的管段脆弱性评价方法。首先使用需求节点的需求占比和水源的供应占比,确定节点和水源之间K最短路径的总重要性权值,然后根据这些路径的阻力对重要性权值进行分配。对途经某条管段的全部K最短路径的重要性权值进行求和后,即得到该管段的加权边介数,用来评价其脆弱性。使用加权边介数、经典边介数、欠缺供应量比和水龄增长比4种指标,对不同类型的两个供水管网进行评价和对比分析,结果表明,加权边介数比经典边介数能更好地筛选出脆弱管段。针对两个供水管网的蓄意攻击模拟显示,相比经典边介数,使用加权边介数作为攻击策略能使管网更快失效,表明后者具有更高敏感度。基于加权边介数的管网优化实验进一步验证了该指标对提高管网可靠性的指导作用。

摘要:为开发高效、低成本的电催化氧化系统,在制备Ti₄O₇多孔膜电极的基础上构建穿流-电催化氧化系统,采用X-射线衍射、压汞法、电子顺磁共振波谱等对Ti₄O₇多孔膜电极进行表征,分析穿流和非穿流模式下橙黄Ⅱ的电催化降解动力学,探究穿流模式下管道压力、电流密度、初始污染物浓度和溶液pH对橙黄Ⅱ电催化降解的影响,验证Ti₄O₇多孔膜电极的循环稳定性和电催化机制。结果表明:Ti₄O₇多孔膜电极具有晶体纯度高、比表面积高(10.18 m²/g)、孔径分布集中(0.1~1.0 μm)、析氧电位高(2.2 V vs. SHE)等特点;穿流模式可以增强污染物向电极表面的液相传质,进而加速污染物的电催化降解,穿流模式下橙黄Ⅱ的降解率可达91.03%,电流效率为88.77%;穿流模式下,管道压力、电流密度与橙黄Ⅱ的电催化降解速率呈正相关,不同初始质量浓度的橙黄Ⅱ(10~50 mg/L)在穿流模式下均可以被有效降解,最适pH为3~7;Ti₄O₇多孔膜电极具有良好的循环稳定性,·OH和SO-₄·是Ti₄O₇多孔膜电极电催化过程中最重要的氧化剂。

摘要:贵金属基电催化剂是促进燃料电池及金属-空气电池技术发展的关键材料,然而,其单一的氧还原/氧析出催化功能及高昂的制备成本制约了其推广应用。为此,开发低成本、高效的非贵金属双功能电催化剂至关重要。以核壳金属有机框架（MOFs）为前驱体,通过高温煅烧法制备具有核壳结构、高催化活性、高导电性的钴/氮共掺杂碳基电催化剂（Co/Co₃O₄@NGC）。结果表明:煅烧温度是影响电催化剂微纳结构、物化组成和催化活性的关键因素,最佳烧结温度为900 ℃；制备的电催化剂（Co/Co₃O₄@NGC-900）具有清晰的核壳结构和3D十二面体形貌,微表面遍布Co/Co₃O₄纳米颗粒和Co-N_x位点。同时,Co/Co₃O₄@NGC-900有机地结合了多元活性成分（如活性Co/Co₃O₄纳米颗粒、Co-N_x及N掺杂）和高度石墨化碳基底的共同作用,具备高效的氧还原性（ORR,起始电位为0.89 V、半波电位为0.82 V、塔菲尔斜率为58.1 mV/dec、传荷电阻为26.6 Ω）和氧析出性（OER,过电势为410 mV、塔菲尔斜率为132 mV/dec、传荷电阻为24.5 Ω）,且具有与传统贵金属基电催化剂（Pt/C, RuO₂/C）相匹配的电催化性能,在保障高效电催化活性的前提下实现了催化剂制造成本的大幅削减,为新型MOFs电催化材料的制备和应用提供了理论和技术支撑。

摘要:针对水体中存在的难降解农药莠去津（ATZ）污染问题,提出零价铁活化过氧单硫酸盐（PMS/Fe⁰）降解水中的ATZ,研究不同工艺参数（溶液pH、PMS投加量、Fe⁰投加量、ATZ初始浓度）条件下ATZ的降解动力学。采用硝基苯（NB）和ATZ竞争实验的方法,原位鉴定PMS/Fe⁰体系的自由基种类,并进一步基于稳态假设定量推导得到自由基产率比的公式。最后,研究了模拟地下水条件下PMS/Fe⁰对ATZ的降解规律。结果表明:ATZ降解的假一级速率常数（k_obs）,随pH的增加而降低,随ATZ初始浓度的增加而降低,随Fe⁰投量增加而增加,随PMS的投量先增加后降低,在PMS投量为25 μmol/L时最大。NB和ATZ的竞争实验结果表明,PMS/Fe⁰体系中的活性物种为硫酸根自由基（SO-₄·）和羟基自由基（·OH）,且两种自由基的产率比为10.5∶1。在模拟地下水条件下,Fe⁰和PMS的投量为0.25 g/L和25 μmol/L时,ATZ的降解率可达87%,说明模拟地下水水质背景下PMS/Fe⁰对ATZ有很好的降解效果。研究结论可对PMS/Fe⁰工艺修复受ATZ等农药污染地下水的工艺参数设计提供理论指导。

摘要:进水水质条件是研究和优化管理污水处理厂所需的关键要素,及时获取进水水质数据至关重要。针对污水厂关键性水质指标BOD₅不易直接检测、滞后强的特点,分别采用BP神经网络(BP-ANN)、网格搜索算法(GS)优化支持向量回归(SVR)、粒子群算法（PSO）优化的SVR和遗传算法（GA）优化的SVR 4种方法,通过利用其他进水指标与进水BOD₅的数学关系建立进水BOD₅软测量模型,实现进水BOD₅快速测定。并以黑龙江某污水厂为研究对象,比较4种机器学习模型的性能,找寻适合进水BOD₅预测的软测量方法。结果表明,基于SVR的软测量模型预测结果优于基于BP-ANN的软测量模型,而且采用GA优化的SVR模型精度最高。为实现污水厂进水BOD₅的实时监测和污水厂的便捷管理提供了参考依据。

摘要:为改善污染物人体暴露的评估方法,研究了哈尔滨大气环境中多溴联苯醚（PBDEs）的暴露情况,评估各形态PBDEs单体经皮肤每日摄入量,利用多粒径气/粒分配公式与皮肤摄入量公式,实现对粒径影响下颗粒态PBDEs经皮肤每日摄入量的预测。结果表明,哈尔滨大气PBDEs经皮肤摄入量为71.6 pg/d,颗粒态和气态PBDEs的经皮肤摄入量相当,分别为32.8和38.8 pg/d,BDE-209是经皮肤摄入的主要单体。受颗粒物质量浓度影响,供暖期的PBDEs经皮肤摄入量高于非供暖期。颗粒态PBDEs的经皮肤摄入量由粗颗粒主导,其中传质系数为主要影响因素。本研究首次提出预测粒径影响下颗粒态PBDEs经皮肤摄入量的方法,并应用哈尔滨、上海和广州的监测数据进行验证,证明之前推导的恒稳态多粒径气/粒分配公式可以很好地预测粒径影响下颗粒态PBDEs的经皮肤摄入量。

摘要:寄宿制学校是聚集性程度较高的场所之一。针对新型冠状病毒肺炎在寄宿制学校传染风险控制问题,设定五级可实行的防控措施及其对洗漱、外出、上课、就餐、回寝5个生活环节传染风险的影响程度,构建基于统计与概率判断的健康者-感染者（SI）传染模型。对14 d内无独立卫生间的4人寝室（公寓楼A）和有独立卫生间的6人寝室（公寓楼B）两种典型住宿形式的公寓楼中学生在各防控等级下新型冠状病毒的传播速度进行模拟。结果显示,只要出现一名感染者,即便在最严格的第五级防控措施下,公寓楼A中疫情也会在全楼内快速传播。公寓楼B则可将两周内的感染人数控制在10人以下.全员接种新型冠状病毒疫苗会显著降低病毒传播速度,洗漱模式不再有显著影响,即使不采取防控措施,传染人数也会大幅下降,而宿舍人数成为影响病毒传播的最主要因素。该研究成果可为校园疫情防控提供信息支持。

摘要:以硬脂酸丁酯为相变材料、膨胀珍珠岩为吸附介质制备复合相变材料,将其按一定质量分数替代尾砂后与水泥、尾砂混合制成相变储能充填体。为探究相变储能充填体强度和热学性能表现,分别制备不同灰砂比、质量分数和复合相变材料质量分数添加量的相变储能充填体,并采用DSC、SEM、单轴压缩试验、巴西劈裂试验和导热系数试验等测试方法得到不同配比相变储能充填体的强度特征、导热系数及微观特征。结果表明:相变储能充填体内存在3种孔隙结构,分别为微小气泡、胶结物质与复合相变材料黏结裂隙以及膨胀珍珠岩内部多孔结构。灰砂比1∶6制备的充填体强度约为1∶4充填体强度值的1/2；相同配比时质量分数由68%增加到72%,其强度近似线性增加；充填体强度随复合相变材料添加量的增大逐渐下降,但下降趋势随添加量继续增大而有所减缓。复合相变材料与硬脂酸丁酯相比相变温度下降1.1 ℃,相变焓值减少45.24 J/g,比热容不变,添加复合相变材料后相变储能充填体导热系数最大下降幅度为6.5%。

摘要:孤岛工作面煤体和巷道受周边开采扰动影响,煤体受循环荷载作用存在卸荷力学行为而表现出动态破坏特性。为探讨不同路径下煤体力学特性,利用TAW-2000三轴电液伺服刚性试验机分别进行常规三轴(T)、三轴循环荷载(TC)以及相应卸围压试验(TU、TCU),分析不同围压下煤体卸围压强度、变形、声发射事件以及能量耗散演化特征,开展扰动区域煤体卸荷特性研究。结果表明:三轴循环荷载卸围压(TCU)下拟合回归强度低于常规三轴卸围压(TU)下拟合回归强度,高于三轴循环荷载(TC)下拟合回归强度；卸围压(TU、TCU)应力路径下声发射峰值滞后应力峰值,AE振铃计数在煤样破坏点突增,高于常规三轴(T、TC)数值；循环过程(TC、TCU)中应力水平达到峰值强度的70%时,Kaiser效应逐渐消失,Felicity效应出现；循环加卸载(TC)试验中,相对应力水平达到60%,煤样损伤加剧,弹性应变能占比逐渐减小；围压越大,煤样破坏时冲击能指数越小,三轴循环荷载(TC)冲击能指数<常规三轴(T)冲击能指数<三轴循环荷载卸围压(TCU)冲击能指数<常规三轴卸围压(TU)冲击能指数；围压对煤样有横向束缚作用,减弱冲击能释放速率,降低煤样破碎程度。

摘要:为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程；通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性；最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明:模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度；而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。

摘要:为探讨裂隙空间渗流的优势路径、在满足精度的前提下减少计算量并使模型更具实用价值,根据实测结构面资料,采用圆盘模型,生成与现场岩体具有相同统计特征的三维裂隙网络,将渗流渠道简化为一维管单元模型,研究分组排列和全排列两种方式缩减计算规模对渗透张量和表征单元体（representative elementary volume,REV）大小的影响。并用某工程数据校核缩减规模效应。结果显示:采用全排列方式缩减误差相对较小；当计算规模缩减达到70%时,基本不改变渗透张量的精度；裂隙岩体的渗透张量REV尺寸会随缩减规模的增加有所增大。可见确实存在由直径较大裂隙控制渗流特性的主干裂隙网络骨架,计算时缩减裂隙网络规模到一定程度,仍然可以保证渗透张量具有足够的精度。

摘要:人工地层冻结法是沿海地区软黏土进行地层加固的一种常见绿色工法,地下空间开挖的大型及复杂化使目前冻结法面临更加复杂的渗流环境。为此,通过分凝冻胀理论刚性冰模型的三维化推广,建立能考虑水分迁移的热-水-力耦合作用冻胀融沉模型,以模拟复杂渗流环境下的人工冻结工程。基于模型使用COMSOL有限元进行模拟,与同尺寸室内模型试验数据进行对比,验证该模型在复杂渗流环境组合地层（软黏土、粉细砂）冻结中的适用性。模拟结果表明:在组合地层条件下,渗流会削减冻结稳定时冻结帷幕的厚度；当速度大于1.2 m/d时,冻结帷幕将不能达到设计厚度；冻结帷幕靠近渗流边界的一侧冻胀力增长缓慢、冻胀力的最大值较低；渗流致使地表产生不均匀沉降,下游区域的沉降量更大。利用已验证模型对组合地层渗流作用下的冻结法施工进行模拟预测,提出结合组合地层渗流因素的隧道安全冻结法分级标准,为冻结法在沿海更复杂渗流环境下的施工安全与预警提供依据。

摘要:受寒区复杂工程环境影响,盐渍土内部水热状态预测更加困难,而水-热-盐相互作用过程研究是寒区盐渍土冻胀及盐胀机制研究的核心与基础。为此,基于室内降温试验,得到硫酸钠盐渍土结晶温度区间,建立降温过程盐渍土中水-热-盐相互作用计算模型,并对模型的准确性进行验证。结果表明,不同盐分质量分数的硫酸钠盐渍土结晶温度差异较大,高盐分质量分数土样在正温发生盐分结晶,低盐分质量分数土样在负温发生盐分结晶。基于物理现象提出的水-热-盐相互作用计算模型可有效地预测降温过程硫酸钠盐渍土的温度、未冻水体积分数、硫酸钠结晶质量分数及其分布变化。降温过程硫酸钠盐渍土在发生结晶时会产生盐分运移,使局部盐分质量分数增加,进而增大其结晶质量分数。不同盐分质量分数的硫酸钠盐渍土盐分扩散运移能力存在差异,高盐分质量分数土样在正温区间盐分结晶质量分数较大,低盐分质量分数土样在温度区间-4~-6 ℃时盐分运移明显。

摘要:针对管桩钢模在贯入过程中出现的挤土效应迫使桩周土体发生变形,对施工产生不利影响的问题,基于RITSS大变形有限元方法建立管桩桩模贯入软土地基的数值模型,将仿真结果与现场实测数据作对比,验证有限元模型的准确性。随后开展参数分析,研究沉桩过程中管桩桩端的几何形状、土体强度因素对于桩周土体流动特性的影响。结果表明,以相对贯入深度L_p/R=8为分界点,管桩在贯入过程中分为浅层贯入模式和深层贯入模式两种。在不同的贯入区域中,土体的流动特性有较大差异。桩周土的水平位移以及隆起量与管桩桩靴角度有较大关系。根据数值仿真研究,针对实际工程中最常使用的桩靴（β=60°,w_p=0.01 m）的桩模贯入结果,提出用于预测桩周土水平位移以及隆起量的拟合公式,与现场实测结果对比后证明该公式能够有效预测桩周土体的变形。研究结果为现浇混凝土管桩的设计和施工提供了理论指导。

摘要:海上风机基础正常工作条件下要承受上部结构传递的水平荷载H、倾覆力矩M及竖向荷载V,单桩-摩擦盘复合基础（桩盘复合基础）结合了单桩基础和重力式基础的承载优势, 是一种新型的海上风机基础形式。为研究桩盘复合基础在组合力下的承载特性,基于自行设计的V-H组合加载装置,完成一系列桩盘复合基础室内载荷模型实验,获得了上硬下软地层中V-H共同作用时桩盘复合基础的水平荷载-位移曲线及桩身弯矩分布。经无量纲化处理和拟合,得到组合力下桩盘复合基础承载力包络线及计算公式。之后在模型试验的基础上建立多组数值模型,并通过数值模拟对桩盘复合基础的组合受力特性进行参数分析。结果表明:桩盘复合基础在上硬下软地层中V-H荷载空间的承载特性明显优于单桩基础；V-H组合作用时,预先施加的V在达到（0.5~0.6）V_u时,其对基础的水平及弯矩承载力提高作用最明显。实际工程中,可根据海上风机受力特点与破坏包络线的关系进行基础设计,由本研究拟合得到的承载力计算公式可评估桩盘复合基础的承载能力。

摘要:扩大头锚杆因其对土层的选择要求而常常具有一定的锚杆倾角,而目前工程实践中未充分考虑该倾角对锚杆抗拔力的影响。为此,在原有研究基础上,采用莫尔-库伦强度理论推导考虑倾角影响的扩大头锚杆极限端压力和抗拔力的表达式,从力学机制层面解释土体黏聚力、内摩擦角和扩大头埋深对极限端压力随锚杆倾角变化的影响。结果表明:极限端压力在静止土压力系数不大于1时随锚杆倾角的增大而减小,而在静止土压力系数大于1时随锚杆倾角的增大而增大；黏聚力因其各向同性性质使得极限端压力随锚杆倾角的变化不敏感,而内摩擦角和扩大头埋深因各向异性因素使得极限端压力呈现复杂变化；对于静止土压力系数不大于1的常规土体,目前工程规范中将倾斜锚杆的抗拔力取值为完全水平锚杆的抗拔力,或偏于不安全。相关公式和规律可为采用扩大头锚杆的锚固工程设计提供参考。

摘要:为获取“10·10”白格滑坡运动规律与特征,基于“10·10”白格滑坡发育的3大区（启动区、堆积区、冲击区）和6个运动阶段（主体失稳破坏、牵引区启动、高速临空滑跃、冲击对岸、折返相撞及水砂射流、堆积坝次级滑移）,对滑坡碎屑体堆积状态及其在四川岸的冲击形态进行分析。采用谢徳格尔法及能量转化计算方法,选取滑坡体冲击高度的5个特征点,计算滑坡碎屑体在各运动阶段的运动速度。结果表明:主滑区阻滑区滑体以2.2 m/s的初速度启动,从启动区至剪出口,速度不断增大,5个特征点达到最大速度,分别为H₁ 67.0 m/s、H₂ 73.0 m/s、H₃ 73.7 m/s、H₄ 73.2 m/s、H₅ 68.3 m/s；牵引区滑体到达剪出口时,速度为70.2 m/s；主滑区阻滑区滑体的滑动速度具有从中间向两端递减的态势,其中滑坡主滑方向的中间位置速度最高,达73.7 m/s；滑体整体剧动时所释放的能量E至少为10^10.8J,引起震动相当于4.0～4.7级的表层基岩地震。通过滑坡冲击地貌参数反演“10·10”白格滑坡运动特征,将有助于加深对白格滑坡动力学机制的认识,为该类高速岩质滑坡的预测和防治提供理论依据。