论文部分内容阅读
为有效应对苯酚类危险化学品(以下简称“危化品”)泄漏事故,有针对性地解决以下问题:(1)传统TiO2光催化剂由于对可见光响应能力低、电子-空穴易复合,因而导致降解苯酚类污染物效率低;(2)泄漏场景复杂,众多泄漏处置方案和药剂选择困难,泄漏处置与决策有效性低;(3)应急准备不充分,评价机制和方法滞后。因此,本文以苯酚及苯酚类衍生物为例,围绕危化品泄漏处置与处置方案决策两条主线,提升危化品泄漏处置与应急准备能力。主要研究内容如下:(1)基于氧化石墨烯-有机-无机纳米复合物光催化氧化技术深度处理特征污染物。本文用水热法合成无毒的钒酸铋-氧化石墨烯-二氧化钛-聚苯胺复合物(BiVO4-GO-TiO2-PANI)。主要发现为:与 BiVO4-GO(BVG)和BiVO4-GO-TiO2(BVGT)相比,BVGTA 与聚苯胺(PANI)复合,PANI 添加量为0.03g时,展现出更强的光催化氧化能力。首先,在实验条件下模拟处理亚甲基蓝(MB)和苯酚污染物,经暗箱吸附2小时、可见光辐照3小时后,BVGTA对亚甲基蓝(MB)和苯酚的降解率分别达到大约85%和80%,BVG、BVGT和BVGTA的光催化降解过程均符合一级动力学方程(R2>0.932)。其次,复合上PANI之后,BVGTA降解亚甲基蓝(MB)的表观速率常数(kapp)最大,达到 1.06×10-2 min-1,分别是 BiVO4-GO(BVG)和(BiVO4-GO-TiO2,BVGT)的1.63倍和2.94倍;同样,BVGTA降解苯酚的表观速率常数(kapp)最大,达到8.86×10-3min-1,分别是BiVO4-GO(BVG)和BiVO4-GO-TiO2(BVGT)的1.2倍和1.96倍,上述说明BVGTA复合上聚苯胺PANI之后大大提升可见光光催化降解污染物的能力,PANI添加量为0.03g时,光催化降解效果最好。再次,BVGTA经过五次光催化氧化循环实验后,光催化活性无明显下降,0.07g剂量的BVGTA光催化降解效果最佳。最后,经改良的Kirby-Bauer琼脂扩散法(也叫晕圈法)的实验结果表明BVG,BVGT和BVGTA对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌近乎无毒。(2)基于氧化石墨烯-无机纳米复合物光催化氧化深度处理特征污染物。本文用自组装法常温合成一系列高比表面积的多孔纳米针状复合物,发现使用不同碱源对孔结构影响较大:NaOH做碱源得到微孔氧化亚铜-氧化石墨烯-二氧化钛(Cu2O-GO-TiO2,Cu2OGT-A);三乙胺(TEA)做碱源得到介孔氧化铜-氧化石墨烯-二氧化钛(CuO-GO-TiO2,CuOGT-B)。在这些复合物中,Cu2OG-A最大比表面积达到228.72m2/g,介孔CuOGT-B表现出最强的吸附性能和光催化氧化性能。实验模拟处理多种有机污染物经暗箱吸附2小时,可见光辐照3小时后,介孔CuOGT-B对阳离子荧光染料番红O(SO)、阴离子偶氮染料活性黑B(RBB)、苯酚类衍生物没食子酸(GA)的去除率分别达到82.91%,81.61%,和83.87%。Cu2OG-A和CuOGT-B的光催化降解过程均符合一级动力学方程(R2>0.952)。Cu2OGT-A和CuOGT-B对阴阳离子染料和苯酚类衍生物多元酚的降解无选择性。Cu2OGT-A和CuOGT-B降解RBB的表观速率常数(kapp)分别为1.72 × 10-3 min-1和1.81 × 10-3 min-1,介孔CuOGT-B表现出更好的光催化氧化性能。经过五次光催化氧化循环实验后,光催化性能未明显降低。0.07g剂量光催化降解效果最佳,苯酚衍生物GA初始浓度范围在10-4—10-5mol/L时,光催化降解效果较好,GA初始浓度在10-5mol/L时光催化降解效果最佳。(3)基于动态模糊灰色关联度多准则群决策法筛选苯酚类泄漏处置技术。在复杂场景下,决策者推演泄漏事故可能演变的情景态势,提出技术、物资材料、工程、经济、社会与环境六个评价指标,结合德尔菲法和动态区间三角模糊加权平均算子(DITFWA)对三个不同时空的专家评价值进行集成,形成一种扩展的动态灰色关联度多准则群决策方法。实证部分,本文以苯酚泄漏事故处置决策为例,验证此法的可行性和实用性,当苯酚泄漏发生到第一时空时,备选方案1和2最优,当苯酚泄漏发生到第三时空,备选方案11优于其它备选方案。实证结果显示:多时空动态决策问题更有利于应对苯酚类泄漏的复杂性和多样性。(4)基于流程挖掘技术提升危化品泄漏应急准备效果,进一步优化和提升泄漏事故应急救援所需的应急准备能力。首先采用模糊挖掘算法重构应急准备流程分析工作流,以此考察目标应急预案的有效性。其次利用社会网络挖掘方法分析应急准备流程参与者的组织结构,考察参与者彼此合作的协调性。通过一系列基于流程挖掘的技术手段从工作流(目标应急预案中的任务是否有效执行)和组织结构(应急准备中参与者彼此合作协调性)两方面分析危化品泄漏事故准备流程,分析应急准备流程的主要偏差,发现影响应急响应能力的“瓶颈”。在实证分析中,论文根据苯酚泄漏应急预案为脚本进行演练,运用流程挖掘技术分析应急演练产生的事件日志数据。分析发现该化工企业在应急准备实操中存在的问题,三个主要流程偏差应予纠正。流程挖掘技术为评价危化品泄漏应急准备提供了一种定量方法,使整个应急准备过程透明化,能从中获取丰富的预先未知的流程细节,便于应急管理者和应急预案制定者洞察当时实况,发现应急准备流程中的偏差。更重要的是,该技术能使应急管理者和应急预案制定者优化应急准备流程,不断改进应急预案,通过对应急预案反复演练、分析和完善,有针对性地提升应急救援所需的专业能力。本文研究注重学科交叉融合,从泄漏物光催化氧化深度处理技术、泄漏处置技术决策和应急准备评价三方面构建化工企业危化品泄漏事故环境安全保障体系,对确保化工企业生产与公共环境安全具有重要理论意义与实践价值。