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环境学院教授课题组在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究成果

  环境学院王毅力教授课题组在污泥调理脱水智慧化动态决策领域取得新进展,相关成果发表在化学类期刊Journal of Colloid and Interface Science(一区,IF = 9.965)上。论文第一作者为环境学院博士毕业生张达鑫,现为水土保持学院博士后,北京林业大学为文章第一完成单位,文章主要信息如下:

 

  高效的污泥调理脱水是降低污泥处理处置能源消耗、促进污泥资源回收与能源转化的关键环节,对整个污水处理系统的低碳化运行至关重要。数字化与智能化的污泥调理脱水过程可有望显著提高调理脱水效率、降低污泥处理处置工艺流程的运行成本。然而,在实际过程中,由于污泥成分复杂且多变,其脱水性能的在线监测仍然是阻碍调理脱水和处理处置数字化与智能化进程的瓶颈之一。鉴于此,环境学院王毅力教授课题组尝试从污泥电学性质出发,提取其变化的关键参数,实现污泥脱水性能的在线反馈。

 

  首先,受拆积木过程的启发,研究团队提出了高浓度污泥絮体的介电谱分形原理,构建了相应的数学模型,进一步对污泥的电学性能与分形结构进行了多尺度的关联,类比出了污泥絮体介电谱临界频率与粒度的线性关系,建立了高浓度污泥絮体分形结构特征的原位在线分析系统。相关成果发表1篇高水平论文,申请发明专利5项,专利授权1项。

 

  随后,研究团队借助限域空间内水分流动理论及原子力显微镜等技术,定量分析了纳米孔尺度以及微米絮体结构尺度下相关阻力在水分释放运移过程中的作用,发现孔界面亲疏水相互作用引起的粘滞阻力以及絮体多孔结构带来的结构阻力共同主导了水分在污泥絮体中的释放运移。这一发现与载流子(电荷)在多孔介质中的传输运动行为相类似。受这种水电相似性的启发,基于上述介电谱分形的数学模型,研究团队从污泥介电谱中提取出了分形子谱维数,用以描述载流子(电荷)在污泥絮体中的随机行走过程,并尝试指示污泥脱水性能,初步构建了污泥调理脱水的智慧化动态决策系统。相关成果发表于Chemical Engineering Journal (一区,IF = 16.744),授权发明专利1项。

 

 

  研究得到了国家自然科学基金(Nos. 51978054 and 52170122)和北京市教委的“生态修复工程学”高精尖学科项目(GJJXK210102)的资助。

 

  文章链接:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.038

                       https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137737

作者:王毅力、张达鑫;审稿:郭世怀      |     编辑:杨一楠; 审核:杨金融