2023年第46卷第12期文章目次

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  • 1  废水生物处理颗粒污泥内三维孔隙结构研究——以厌氧氨氧化颗粒污泥为例
    冷济轩,傅慧敏,晏鹏,陈猷鹏
    2023, 46(12):1-11. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.260
    [摘要](309) [HTML](75) [PDF 1.80 M](530)
    摘要:
    颗粒污泥的三维结构极大地影响其沉降性能和结构稳定性,但是目前缺乏对颗粒污泥内部三维结构、孔隙结构分布特征等在维持颗粒结构稳定性中的作用的研究。以厌氧氨氧化颗粒污泥为对象,采用同步辐射的X射线显微断层扫描成像技术扫描颗粒,通过Avizo软件对颗粒污泥进行三维重构,获得了颗粒污泥中孔径、孔隙的空间分布和分形维数,建立了颗粒污泥的孔隙网络模型,并计算颗粒污泥的绝对渗透率,为颗粒污泥系统在污水处理中的稳定高效应用提供理论依据。
    2  冻融条件下溶解性有机物在冰-水-沉积物体系中的迁移
    杨力,陈忠礼,邵迎,吴思齐
    2023, 46(12):12-21. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.265
    [摘要](240) [HTML](46) [PDF 2.70 M](579)
    摘要:
    通过设置室内控制实验,测定冻融过程中冰水两相的三维荧光光谱(EEMs)、SUVA254、TN、TP、DOC,并对三维荧光特征指数、SUVA254、TN、TP、DOC进行相关性分析。结果表明,冻结过程中水相的三维荧光光谱中类色氨酸峰A、类酪氨酸峰B、类腐殖酸峰C的荧光强度增强,TN、TP质量浓度增加至原水样的1.47、1.13倍。说明在冻结过程中由于冷冻浓缩效应,类色氨酸、类酪氨酸、类腐殖酸三类溶解性有机物、TN、TP由冰相向水相迁移。随着冰相体积的增加,三类溶解性有机物、TN、TP向沉积物迁移,并在溶解过程中,由沉积物向水体释放。通过测定冻融条件下冰水两相中BPA、E2、EE2的质量浓度发现,在冻结过程中BPA、E2、EE2向水相中迁移,结合相关性分析结果说明芳香族物质更易向水相中迁移。
    3  Cu-FeOx@AC活化PMS体系除藻效能与机制
    陈昊天,向平,姜文超,李玉平,周元,王凯
    2023, 46(12):22-33. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.003
    [摘要](175) [HTML](64) [PDF 4.60 M](553)
    摘要:
    为探究富营养化水体中藻类的新型治理技术,通过水热法和高温煅烧法,使颗粒活性炭(AC)表层上负载铜铁双金属氧化物Cu-FeOx,制得可回收的Cu-FeOx@AC复合催化剂。以XRD、SEM、FTIR和XPS对Cu-FeOx@AC的表征为基础,研究Cu-FeOx占AC的负载比、过一硫酸盐(PMS)使用量、初始pH及不同反应体系对除藻的影响,探究Cu-FeOx@AC活化过一硫酸盐体系的除藻效能。Cu-FeOx@AC活化过一硫酸盐体系反应机理,通过自由基淬灭实验、XPS表征进行探究。结果可知,初始pH为6,初始藻细胞密度为1.4×109个/L,使用催化剂0.5 g/L,PMS 0.2 g/L时,反应90 min,该体系对藻的降解率有97.25%。在该体系中,藻细胞能被吸附在Cu-FeOx@AC复合催化剂表面,在铜、铁不同价态离子的转换及AC的协同作用下,产生空穴、·O2-·OHSO4-·,单线态氧等多种氧化基团而被去除。
    4  过硫酸盐协同电化学体系去除渗滤液中富里酸
    于志鹏,王以茜,曾晓岚
    2023, 46(12):34-42. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2022.267
    [摘要](179) [HTML](51) [PDF 1.75 M](410)
    摘要:
    中国多数焚烧厂采用“MBR+反渗透”工艺处理渗滤液,该工艺的反渗透膜进水富里酸含量偏高,是导致反渗透膜结垢污染的原因之一。为降低反渗透膜进水中富里酸含量,研究以过硫酸盐协同电化学体系处理自配富里酸废水,讨论体系中去除富里酸的主要活性物质,并考察了初始pH值、过硫酸盐投加量、电流密度、极板间距、NaCl质量浓度对富里酸去除率的影响。在此基础上,考察协同体系处理实际焚烧厂渗滤液MBR出水的效果。结果表明:过硫酸盐协同电化学体系对富里酸的去除能力主要由SO4-··OH和Cl-生成的HClO提供,其中HClO有着较大的贡献,其次是·OH,SO4-·贡献最小。初始pH及极板间距对富里酸去除率的影响不大;富里酸去除率随初始过硫酸盐浓度的增大先升高后降低;随电流密度增加先增加后不变;随Cl-质量浓度增大而略微降低。其中,过硫酸盐投加量、电流密度是主要的影响因素。采用过硫酸盐协同电化学体系处理实际焚烧厂渗滤液MBR出水,在电流密度30 mA/cm2、过硫酸钾9 g/L的条件下反应6 h,三维荧光光谱结果显示,可见光及紫外光区富里酸的去除率分别达到98.65%和97.80%。过硫酸盐协同电化学体系能够有效去除实际废水中的富里酸。
    5  基于改进YOLOv4颈部优化网络的安全帽佩戴检测方法
    徐先峰,王轲,马志雄,姚景杰,赵万福
    2023, 46(12):43-54. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.005
    [摘要](223) [HTML](56) [PDF 5.02 M](512)
    摘要:
    针对安全帽佩戴检测时易受复杂背景干扰,解决YOLOv4网络检测速度慢、内存消耗大、计算复杂度高、对硬件性能要求较高等问题,引入改进YOLOv4算法优化安全帽佩戴检测方法。引入MobileNet网络轻量化YOLOv4、跨越模块特征融合,实现高层语义特征和低层语义特征有效融合。针对图像中小目标分辨率低,信息特征少,多尺度并存,导致在连续卷积过程中易丢失特征信息等问题,采用改进特征金字塔FPN和注意力机制等颈部优化策略聚焦目标信息,弱化安全帽检测时背景信息的干扰。仿真结果表明,基于改进的YOLOv4颈部优化网络安全帽佩戴检测算法在CPU平台下的检测速度为34.28 FPS,是基础YOLOv4网络的16倍,检测精度提升了4.21%,检测速度与检测精度达到平衡。
    6  基于神经网络逆模型的污水pH值内模控制策略
    王胜,鲍立昌,章家岩,冯旭刚,徐帅,王正兵,魏新源
    2023, 46(12):55-65. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.006
    [摘要](168) [HTML](53) [PDF 2.15 M](605)
    摘要:
    针对污水处理中和反应过程pH值控制具有强干扰和模型参数易变等特点,利用内模控制方法的设定值响应和干扰响应之间相互独立的优点,提出一种基于内模控制和神经网络逆模型相结合的pH值优化控制策略。通过在系统中插入低通滤波器,并采用RBF神经网络在线辨识被控对象的逆模型,提高污水处理pH值控制的鲁棒性和抗干扰能力,有效解决中和反应pH值控制过程中模型参数易变的问题。MATLAB仿真结果表明:与常规PID控制和不带滤波器的神经内模控制策略相比,提出的优化控制策略超调量最多降低17.4%,调节时间最多减少113.6 s,有效提高了系统鲁棒性和抗干扰能力。工程应用表明:使用所提策略后,pH值控制偏差在±0.2以内,系统的控制精度和稳定性显著提高。
    7  基于VMD-GRU网络大型公共建筑冷负荷预测
    于军琪,解云飞,赵安军,王佳丽,冉彤,惠蕾蕾
    2023, 46(12):66-79. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.007
    [摘要](212) [HTML](42) [PDF 5.45 M](539)
    摘要:
    基于冷负荷时间序列固有的复杂性和不规则性,针对预测过程中容易出现梯度消失、模态混叠和过拟合等问题,提出一种集成变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和门控循环单元网络(gated recurrent unit,GRU)的VMD-GRU模型。对原始数据进行相关性分析,挑选出相关性高的进行预测;使用VMD将原始数据序列分解为独立固有模式函数;使用GRU对每个分量进行预测;将分量预测结果相加得出冷负荷预测值。为验证模型的有效性,以西安某大型公共建筑为例进行能耗分析,并与BP、 GRU、EMD-BP、VMD-BP、EMD-GRU等其他预测模型进行对比。实验结果表明,提出的VMD-GRU模型可有效解决梯度消失、模态混叠和过拟合等问题,预测精度显著提高,预测效果优于其它预测模型,符合大型公共建筑冷负荷的变化规律,为节能优化提供有力数据支撑。
    8  基于自适应步长和莱维飞行策略的改进狼群算法
    李彦苍,徐培东
    2023, 46(12):80-95. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.008
    [摘要](318) [HTML](60) [PDF 3.54 M](735)
    摘要:
    群智能启发算法在解决大规模分布式问题方面有许多优势。针对传统狼群算法易陷入局部最优和精度不高等缺陷,笔者在分析狼群特点的基础上,提出一种基于自适应性步长和莱维飞行搜索策略的改进狼群算法。首先,通过自适应步长的合理变化,提高搜索精度;其次,采用莱维飞行的搜索策略,在算法后期扩大搜索范围,提高算法的全局搜索能力。最后,为了验证该算法性能,通过仿真实验和实际案例进行了测试,与其他改进方法进行比较。测试结果表明,所提出的改进狼群算法在收敛速度、精度及稳定性方面都有明显优势。
    9  夏热冬冷地区室外广场空间冬季热舒适研究
    黄海静,彭明熙
    2023, 46(12):96-105. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.009
    [摘要](228) [HTML](107) [PDF 2.53 M](787)
    摘要:
    随着城市发展及居民室外活动时间不断增多,良好的室外空间环境及热舒适性对居民身心健康具有重要影响。针对关注较少的冬季室外环境热舒适问题,以夏热冬冷地区的重庆三峡广场为例,基于冬季热环境实测和热舒适问卷调查,利用Rayman软件计算PET(生理等效温度值)作为热舒适评价参数,建立TCV(热舒适投票值)、TSV(热感觉投票值)与PET的函数关系式,得到不同室外环境空间的冬季热舒适范围,提出适用于夏热冬冷地区的冬季综合舒适度评价模型。研究成果可为完善夏热冬冷地区的室外热舒适研究提供基础数据参考。
    10  定形相变材料回填下的地埋管换热器实验
    周琢,王勇,彭远玲,刘庆功,彭清元,曹聪,周庭正
    2023, 46(12):106-113. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.010
    [摘要](212) [HTML](67) [PDF 2.03 M](453)
    摘要:
    为研究定形相变材料(SSPCM)作为地埋管回填材料的传热特性,以30 W圆柱形发热棒作为线热源模拟地埋管换热器,用膨胀石墨吸附石蜡制成SSPCM,并将其和普通回填沙以3:7的质量比混合制备成混合回填材料,分析在夏季间歇运行工况下,SSPCM混合回填下的传热特性。结果表明,在短期实验运行模式下,相对普通沙回填,SSPCM混合回填材料形成的温度场优势明显,温度波动较小,管壁附近过余温度差异可达到10 ℃;距离发热中心距离越近,减缓温度场变化的效果越明显;在2种回填条件下,恢复后稳定温度以及恢复所需时间无显著差异;在多周期间歇运行工况时,回填区域内温度明显低于连续运行状况;若运行时间导致的温升超过相变材料潜热利用阶段,SSPCM无法发挥出相变储能的优势。该实验现象对SSPCM实际应用有一定参考价值。
    11  基于氢化还原与端基钝化的老化沥青化学修复机制与性能评价
    陈辉强,雷笑秋,程俊
    2023, 46(12):114-122. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.011
    [摘要](198) [HTML](63) [PDF 1.46 M](597)
    摘要:
    针对废旧沥青因性能劣化引起的再生沥青混合料路用性能不佳的问题,选用氢化还原剂三乙氧基硅烷将老化沥青中的强极性羰基和亚砜基还原成羟基,生成极性较低的酯或者醚;再通过端基钝化剂异氰酸酯与羟基进行酯化反应,实现端基钝化。通过测试老化沥青各修复阶段的微观化学结构与极性变化,研究其修复机理;进而以基质沥青为参比,分析测试老化沥青性能修复前后的动力粘度和低温性能,评价氢化还原与端基钝化对老化沥青的化学修复效果。结果表明,氢化还原与端基钝化使老化沥青的化学结构发生了本质的变化,三乙氧基硅烷可将老化沥青中羰基和亚砜基还原成羟基,异氰酸酯可将羟基酯化成酯;经氢化还原与端基钝化之后,老化沥青的极性显著减弱,分子间作用力和粘度明显降低,低温变形能力得以显著改善,且老化沥青的低温性能与官能团指数之间具有良好的相关性。
    12  生物质油温拌沥青制备工艺及性能研究
    李宁利,王思宇,栗培龙
    2023, 46(12):123-132. DOI: 10.11835/j.issn.1000.582X.2023.12.012
    [摘要](174) [HTML](43) [PDF 1.20 M](424)
    摘要:
    关于生物质油温拌沥青制备工艺的研究较少,合理的制备工艺是生物质油温拌沥青性能发挥的重要保证。采用生物质油与70#、90#基质沥青制备温拌沥青,通过熵权Topsis法确定了生物质油温拌沥青的最佳制备工艺;通过动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验评价了生物质油温拌沥青的高、低温性能;通过红外光谱与沥青四组分试验研究了生物质油温拌沥青的温拌机理,结果表明,生物质油温拌90#、70#基质沥青最佳制备工艺均为剪切温度130 ℃,剪切速率1 500 r/min,剪切时间10 min,发育时间15 min;生物质油的掺加降低了沥青的高温性能,但提高了低温性能;生物质油与沥青混合过程主要为物理共混,生物质油提高了沥青胶团的分散度,导致沥青组分发生了迁移,使得沥青性能发生变化。

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