摘要:短程硝化反硝化除磷串联厌氧氨氧化工艺（partial nitrification,denitrifying phosphorus removal and anammox,PNDPR-A）是一种节能高效的新型耦合工艺。为进一步降低污水处理能耗,采用实际生活污水运行PNDPR-A工艺。为适配生活污水,分3阶段（25%、50%和100%）逐步提高生活污水比例。运行初期受生活污水复杂水质影响,短程硝化反硝化除磷单元（partial nitrification, denitrifying phosphorus removal,PNDPR） NH+₄-N氧化率下降,NO-₂-N积累减少,直接影响后续Anammox单元脱氮效果。针对该问题,提升PNDPR单元好氧1段10%的曝气强度,实现与人工配水时相当的NH+₄-N氧化率和NO-₂-N积累效果；在阶段Ⅲ,向Anammox单元投加10~20 mg/L的NO-₂-N,以缓解阶段Ⅲ初期因PNDPR单元NH+₄-N氧化率低导致Anammox单元进水氮素比不理想的限制。经40 d培养驯化,在生活污水中成功启动PNDPR-A耦合工艺,后续系统运行出水平均COD、NH+₄-N、NO-₂-N和NO-₃-N质量浓度分别为36、3.4、5.2和1.1 mg/L,实现了实际生活污水的高效处理。

摘要:为探究CANON工艺处理实际生活污水的稳定性,采用SBR反应器,接种实验室稳定运行的CANON污泥,以实际生活污水为进水。实际生活污水水质复杂、含有有机碳源、氨氮含量低,带来NOB和异养菌（如反硝化菌）大量繁殖的问题,针对这一情况需要改善工艺运行参数,采用水力筛分好氧/缺氧交替间歇饥饿方式运行反应器。在连续动态实验中,反应器以3 d饥饿和3 d恢复为一个周期运行,在间歇饥饿期间,R1和R2排出的絮状污泥分别采用1∶1和2∶1两种曝停比进行好氧/缺氧交替间歇饥饿,第50 天时,两个反应器的自养脱氮贡献率均超过80%,而反硝化途径的贡献率小于1%。采用水力筛分好氧/缺氧交替强化间歇饥饿的方式,有效地抑制了系统中的NOB及反硝化菌。最终氨氮去除率分别稳定在87.78%和94.14%,总氮去除率则分别达到75.59%和82.07%,实现了CANON工艺处理低氨氮生活污水的稳定运行。生活污水培养的CANON污泥颜色较深,第50天时,R1和R2反应器的体积平均粒径分别达673和659 μm,EPS质量分数受总氮质量浓度和有机碳源等多个因素影响,保持缓慢增长的趋势。

摘要:基质层是影响干植草沟对道路径流净化效果的决定因素。为此,搭建6个不同基质层组成的干植草沟模拟柱,以路面径流中代表性多环芳烃（PAHs）配制的人工径流作为进水,考察各模拟柱去除PAHs的运行效果并进行质量平衡核算,评价外源有机质的存在及类型对PAHs去除效果及其归宿的影响。结果表明:各模拟柱对萘（NaP）、菲（PhA）和荧蒽（FlA）的平均去除率分别为69.0%~87.5%、33.7%~72.9%和90.8%~96.8%,浅基质层相对不利于以溶解态为主的低分子质量（LMW）PAHs的去除；在基质中添加外源有机质有利于提高进水中PAHs的净化效果；在5个月的运行周期内,随着PAHs分子质量的增加,PAHs在基质中的积累越明显,生物降解的程度也相应降低,在接近实际使用的运行条件下,不同基质模拟柱中NaP、PhA和FlA的微生物降解率分别为62.1%~76.6%、32.2%~42.9%和17.1%~36.6%；生物炭和木屑有效地提高了PAHs的降解率,可作为良好的外源有机质材料在LID设施的实际应用中发挥作用,后者更具经济性。

摘要:为进一步探索再生水水质安全性保障技术,搭建臭氧氧化-生物活性焦过滤中试系统（O₃-BACK）,考察其对城市污水处理厂二级出水有机污染物、病原菌的去除效果,以及对发光菌综合生物毒性的影响。结果表明,活性焦滤柱由吸附饱和向生物活性焦发展的过程可分为3个阶段。较BACK单独过滤,O₃前处理单元的引入,使后续BACK滤柱稳定期对COD_Cr的平均去除量与去除率分别提升了20.81%和28.35%。BACK滤柱出水COD_Cr、UV₂₅₄、色度、浊度分别维持在12.74 mg/L、0.04 cm^-1、2度、0.75 NTU附近。O₃氧化对腐殖质、芳香族蛋白质类荧光组分和微量有机污染物均有较好的去除效果。除全氟辛酸外,BACK出水中磺胺甲恶唑等11种微量有机物质量浓度均降至10 ng/L以下。O₃对粪大肠菌群（FC）有近2log的灭活,BACK出水FC浓度为31~504 MPN/L,满足观赏性景观环境用水FC<1 000 L^-1的要求（GB/T 18921—2019）。O₃氧化出水发光菌发光强度抑制率（IR）有所上升,均值为11%,而经BACK滤柱后的最终出水IR值始终为负值,无生物毒性。O₃-BACK在有效削减污染物的同时,很好地保障了再生水的水质安全性,为污水再生与安全利用提供了可靠的技术选项。

摘要:能耗高、操作复杂、运维量大、成本高是制约当前村镇饮用水处理技术发展和推广应用的瓶颈问题。为此,针对性地研发超低压重力驱动型膜滤净水技术（GDM）,具有操作简单、近零维护、低能耗和无药剂等工艺优势；同时,为进一步提高污染物的去除效能,构建颗粒物活性炭（GAC）缓速滤池与GDM组合工艺（GAC/GDM）。结果表明,GAC缓速滤池预处理可显著提升对UV₂₅₄、溶解性有机碳（DOC）和氨氮的去除效能,去除率分别高达75%、86%和90%,同时有助于提升膜出水通量（较GDM对照组提升了32%）。此外,考察了微循环（CGAC/GDM）和微曝气（AGAC/GDM）两种方式对组合工艺运行效能的调控作用,长期运行过程中,CGAC/GDM与AGAC/GDM的稳定通量较GDM对照组分别提高约36%和49%；然而,其对DOC和UV₂₅₄的去除率较GAC/GDM工艺略有降低,这是由于微循环和微曝气措施增加了膜前溶解氧质量浓度,强化了膜表面生物滤饼层内微生物的水解作用。提出的GAC/GDM组合工艺可同步实现对膜通量和污染物去除效能的提升作用,为村镇地区膜滤供水技术的发展和推广应用提供了理论和技术支撑。

摘要:需水量预测是进行水资源调配、节能降耗和降低管网水龄的关键问题。现有需水量预测研究主要对预测模型进行改进,而忽视了对预测准确性至关重要的预处理步骤,如异常值处理,限制了预测模型的精度。为此,建立基于密度的局部离群因子模型（local outlier factor,LOF）对需水量数据中的异常值进行识别及矫正,并将其与一种新兴的高精度、高效率梯度提升树算法（light gradient boosting machine,LightGBM）结合,形成组合需水量预测模型（LOF+LightGBM）。通过实际案例进行模型性能测试,结果表明,相比基于原始数据的预测模型,基于经过LOF模型处理后的需水量数据进行预测的模型均方根误差平均降低10%。LightGBM模型在不同数据集上的绝对平均误差比人工神经网络和支持向量机平均降低了24.7%。整体上,LOF+LightGBM表现最佳预测性能,3个计量小区（district metered area,DMA）的纳什效率系数分别为0.886、0.951、0.942。所有模型训练及预测时间均小于0.7 s。无论是LOF模型、LightGBM模型还是LOF+LightGBM模型,均有利于提升需水量预测模型的预测准确性。

摘要:在供水管网的重要位置布设一定数量的水质监测点,对管网水质进行实时监测,是保障水质安全的有效途径。现有水质监测点布局优化方法的研究大多针对小规模管网,在复杂的大规模管网中迭代求解效率和解集质量低,难以实际应用。为此,针对大规模供水管网节点数量众多且邻近节点相似程度较高等特点,以最小化监测时间和最大化污染事件覆盖比例为目标,建立水质监测点布局优化求解框架。该框架使用基于复杂网络重要性指标和耦合水力特征综合评价的节点筛选模型,对大规模管网中的重要节点进行污染事件模拟,并基于节点空间相似性改进遗传算法的演化策略,提升解集质量。针对实际大规模管网的模拟实验表明,此方法能解决供水管网规模较大时迭代效率和解集质量低的问题,获得有效的水质监测点布局。

摘要:为研究非饱和土中常吸力条件下圆孔扩张的应力-应变特性及饱和度响应,基于非饱和土临界状态模型(UCSM)和考虑水力滞回的土水特征曲线(SWCC),引入常吸力下饱和度随孔隙比非线性变化模型,推导非饱和土中柱孔扩张问题的排水半解析解。根据柱孔周围土单元平衡微分方程,考虑边界条件,引入辅助坐标将问题转化为以3个主应力分量、孔隙比和饱和度为基本未知量的一阶微分方程组进行求解。本解答充分考虑基质吸力和超固结比对柱孔扩张响应的影响,探究扩张过程中柱孔周围土体的应力分布和体积变化,以及扩张过程中饱和度的演化规律。结果表明:非饱和土常吸力柱孔扩张过程中,呈现吸力硬化特性,且吸力硬化特性随着吸力增大而趋于稳定；孔壁及周围土体饱和度在扩张过程中变化显著,且受吸力大小的影响较大；当吸力较低时,饱和度主要受含水量变化的影响；当吸力较高时,饱和度主要受孔隙比变化的影响。本文的解答可以很好地捕捉非饱和土体不同应力历史和水力状态下的饱和度响应,可为非饱和土中静力触探试验等原位试验的解释提供指导。

摘要:为研究变速荷载作用下加筋低路堤的动力响应,将荷载假设成变速均布线荷载,并考虑由于荷载变速产生的水平向应力,将加筋低路堤视为层状各向同性弹性层,采用Goodman模型表示层间接触条件。利用Garlerkin法推导出Fourier变换域内加筋低路堤动力响应的控制方程,提出一种模态叠加法,Duhamel积分和Fourier逆变换相结合的方法推导出任意时刻动力响应的数值解。采用两个算例验证方法的正确性,分析层间接触条件、荷载加速度、路堤高度和筋材刚度对加筋低路堤动力响应的影响。结果表明:层间接触状态对路面结构层底部的位移影响显著,尤其对纵向位移影响很大,且变速状态下这种影响更加明显,工程中应尽量使加筋土上下表面处于完全连续状态；随着初速度和加速度的增加,路面结构层动挠度显著增加,地基土表面动应力峰值明显增加,动应力路径显著增大且沿顺时针偏转；加速度对于正应力和剪应力在加筋低路堤中的衰减有一定的影响；增加加筋材料刚度会导致应力在加筋低路堤中的衰减,剪应力比最大可减小47.9%,正应力比最大可减小29%。

摘要:为得到局部静载约束条件下循环冲击荷载对煤岩损伤的影响特征,基于自行研制的约束式摆锤冲击动力加载装置研究局部静载约束条件下原煤试样分别受到恒定冲量循环冲击和递增冲量循环冲击过程中损伤因子和表面裂纹的演化规律。结果表明:当约束区处于弹性状态时,约束面积越大的分区抗冲击能力越强,当约束区处于塑性状态时,约束面积越大的分区抗冲击能力越差；递增冲量循环冲击对煤岩的致损效率高于恒定冲量循环冲击,两种冲击方式破岩效率的差异主要体现在静载约束区,并且静载值越大,损伤因子对冲击方式的敏感度越高；煤岩表面的裂纹扩展与损伤因子的分区特征较为一致,当约束区处于弹性状态时,静载约束对裂纹的扩展起到抑制作用,裂纹主要沿着约束面积较小的区域扩展、衍生；当约束区处于塑性状态时,裂纹主要在约束面积较大的区域扩展,并且约束区内主要以竖直方向的拉伸裂纹为主,而非约束区内的裂纹主要沿倾斜方向扩展；随着静载值增加,试样表面裂纹的分形维数先减小后增加。局部静载约束可以提高煤岩抗冲击能力,并且煤岩损伤演化呈明显的分区特征。

摘要:为研究输水隧洞围岩-喷射混凝土衬砌结构的协同抗弯损伤特性,制备两种花岗岩-喷射混凝土组合梁进行不同加载速率的四点弯曲试验,并采用数字图像相关（DIC）和声发射（AE）两种无损监测技术对花岗岩-喷射混凝土组合梁的四点弯曲试验进行监测。结果表明:在裂缝从喷射混凝土中扩展至花岗岩表面时,荷载-应变曲线在峰后下降段出现明显的拐点,该拐点可以作为花岗岩起裂的标志；通过声发射技术对喷射混凝土中的损伤类型识别发现,剪切损伤所占的比例随着应变率的提高而增加。为实现对组合梁内部损伤的可视化分析,利用声发射损伤定位数据计算了空间b值。结合损伤定位在空间中的密度分布规律,给空间b值附加系数后构建新的Rb值。与空间b值相比,Rb值的云图对不同损伤程度的区分度更高,改善了损伤可视化分析的效果。最后,将Rb值定位的损伤云图与DIC监测到的裂缝云图进行对比,验证了这种利用声发射技术对损伤进行可视化分析方法的有效性。

摘要:为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明:平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式；中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著；八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征；结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段；随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。

摘要:为研究新近吹填场地中,因软土地基固结沉降引起的桩基侧摩阻力的分布特性,基于连续排水边界条件和理想弹塑性荷载传递模型,建立考虑土体固结效应的新近吹填场地桩基础变形分析理论模型。引入连续排水边界,求解双层地基的固结沉降,并采用理想弹塑性荷载传递法模拟桩侧位移-应力关系,求解桩侧摩阻力及桩顶沉降解析解。通过与试验数据进行对比,验证本文解的正确性,并讨论时间因子、双层地基厚度比、桩顶荷载和桩基受力对轴力以及侧摩阻力的影响。结果表明:随着时间的增加,负摩阻力增大,中性点下移；原位土层与新吹填土层厚度比增大,负摩阻力减小,中性点上移；随着桩顶荷载的增加,桩侧负摩阻力减小,中性点上移。

摘要:为解决传统UL方法在大变形分析中由于网格畸变出现分析中断的问题,基于水土二相混合理论和算子分离技术,开发了一种解耦合任意拉格朗日欧拉方法（ALE方法）,并将其用于松砂地基沉箱码头地震液化大变形分析。ALE方法能够在UL方法失效时完成强震作用下松砂地基沉箱码头的地震响应分析,保证网格整体质量并提供误差较小的数值解。此外,将ALE方法用于松砂地基沉箱码头地震液化减灾措施评价,为松砂地基下沉箱码头优化设计提供了一种途径。结果表明:松砂地基条件下,加密置换区土体能显著减小沉箱结构的位移和沉箱趾部前端隆起；对于置换区不加密的情况,加密回填区土体能减小沉箱结构的位移,但对置换区加密的情况,加密回填区土体对沉箱结构的位移无明显减小作用；置换区和回填区均存在临界有效加密范围,超过此范围,沉箱结构的位移响应无明显变化；碎石桩结合置换区和回填区加密措施能进一步减小沉箱结构的位移响应,并提高沉箱结构的抗液化潜能。

摘要:准确预测砂土中平板锚的抗拔承载力,对海上浮动可再生能源装置的锚泊稳定性评估具有重要意义,为此,基于二维有限元技术,采用修正Mohr-Coulomb（MMC）本构模拟中密-密砂的应变软化行为,并利用开发的用户子程序,研究条形平板锚基础在砂土地基中的抗拔承载力。通过与有关理论解及其他离心机试验结果的对比分析,验证有限元模型的可靠性。一系列参数分析表明,平板锚的埋置深度对抗拔承载力有较大影响,与H/B=1相比,H/B=10处承载力系数高273%；砂土相对密度越大,抗拔承载力越大；致密砂（D_r=100%）和松砂（D_r<33%）相比,承载力系数提高25%；平板锚的摩擦因数对抗拔承载力系数几乎没有影响。根据数值模拟的结果,对平板锚基础在中密及密砂地基中不同深度处的抗拔承载力系数公式进行校正,为平板锚基础在中密砂以及密砂地基中的应用提供了理论依据。

摘要:为研究Ⅱ、Ⅲ类场地下土与结构（井塔和井筒）相互作用对井塔抗震分析的影响,采用理论分析和数值分析两种方法,系统研究不考虑土-结构相互作用、Ⅱ类及Ⅲ类场地下考虑土-结构相互作用对井塔地震动力反应的影响,提出并建立体系在时域内的理论运动方程,利用MATLAB语言编制Runge-Kutta法的求解程序,结合有限元软件建立体系的数值分析模型。以某钢筋混凝土剪力墙结构井塔为例,得出Ⅱ、Ⅲ类场地下考虑体系相互作用对井塔地震反应的影响规律。结果表明:建立的理论分析模型与数值分析模型吻合较好,对应理论解与数值解的最大差值为9.8%,验证了彼此的准确性；Ⅱ、Ⅲ类场地下3条地震波地震反应平均放大系数分别为1.8、2.4倍。工程设计中,Ⅱ、Ⅲ类场地下应该考虑土-结构相互作用对井塔抗震分析的影响,并且土体越软,土-结构相互作用对井塔抗震分析的影响越大。

摘要:黄土作为一种特殊的土质,其力学特性极易受水热效应的影响。为研究温度、压实度、含水率等因素对季节冻土区黄土抗剪强度的影响,以中国西部典型的兰州黄土为研究对象,通过低温三轴试验,探讨温度、压实度、含水率的变化对冻结兰州黄土抗剪强度的影响。结果表明:冻结兰州黄土的黏聚力及内摩擦角随着温度的降低呈升高趋势,其中,黏聚力受温度的影响较大,而内摩擦角受温度的影响相对较小；冻结兰州黄土的黏聚力及内摩擦角随着土体压实度的增加而增大；对于含水率,由于土体中冰晶以及未冻水会使土骨架自身强度以及土颗粒与冰之间的胶结力发生变化,以土体最优含水率为分界点,分界点两边的冻结兰州黄土抗剪强度呈相反的变化趋势。由此可知温度、压实度及含水率会对冻结兰州黄土的抗剪强度产生较大的影响,在有黄土覆盖层的季节冻土区工程建设中应充分考虑。