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设计小型化废水处理厂，用于微量润湿性降解

每天都会添加微量核性的湖泊，河流和溪流。许多常规的废水处理厂不配备从废水中除去这些潜在的危险化学物质。Eden Tech是一家位于法国巴黎的Deeptep Company，正在使用多体仿真来开发一个可以帮助这种新出现问题的设备。

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由Rachel Keatley
10月2021年

1985年的动作探险电视系列macgyver®.展示了Angus Macgyver的生活，一个秘密代理商使用他手头的物品解决了问题。例如，在一集中，他用完了冰箱部件的热屏蔽。在另一个中，他用糖果包装制作了钓鱼诱惑。超过三十年，展会仍然具有相关性。动词Macgyver在2015年在牛津英语词典中添加了设计的东西或创意的方式。

尝试将Macgyver技能放在测试中：如果您递交了一些CD，您会在其中制造什么？反光墙艺术，马赛克饰品，或风铃，也许是什么？小型水处理厂呢？

这是一支工程师和研究人员在伊甸科技正在为其专门开发微流体技术开发的产品。在他们的研发部门，他们正在开发一个紧凑，节能的水处理系统，以帮助解决废水中越来越多的微孔径的存在。分析他们的AKVO系统的表现（以水为水的拉丁语命名，aqu），由CDS制作，Eden Tech转向多职业模拟。

新兴令人担忧的污染物

“微透露性融入废水的许多方式，”伊甸科技的高级化工工程师和首席产品官员说，魏昭说。全球废水中这些微观化学品的兴起是日常人类活动的结果。例如，当我们用肥皂洗手时，用清洁用品擦拭水槽，或者将药物冲洗到我们的身体上，在排水管下冲下各种化学品，并最终填充污水系统。其中一些化学品被归类为微污染物，或出现关注的污染物（CEC）。除了国内废物，农业污染和工业废物还归咎于我们水道中微污染物的兴起。

不幸的是，许多常规废水处理厂（WWTP，图1）不设计用于去除这些污染物。因此，它们经常重新引入各种水体，包括河流，溪流，湖泊和甚至饮用水。虽然他们对人类和环境健康构成的风险尚未完全明白，但世界水域体内发现的污染越来越多是关注的。

凭借这种日益增长的问题，Eden Tech必须在开发解决方案方面，因此Akvo出生。每个AKVO CD芯设计为直径为15厘米，厚度为2毫米。一个AKVO墨盒由堆叠的不同数字CD组成，组合以创建一个小型化工厂。一个AKVO核心处理0.5到2米^3.水/日，这意味着由10,000个CD组成的AKVO系统可以治疗平均市政需求。这提出了这个问题：如何用CDS去污水制成的设备？

可持续的废水处理方法

单个AKVO系统（图2）包括可包含堆叠CD的可自定义墨盒，每个墨盒每个都有一个刻录的微通道网络。通过将水循环在其微通道网络中，它在废水中除去废水中的不希望的元素。这些网络是能量精通，因为它们只需要一个小型泵循环和清洁大量的水。Akvo系统的墨盒可以很容易地更换，用Eden Tech照顾他们的回收。

Akvo的革命设计将光催化和微流体结合在一个紧凑的系统中。光催化剂，一种先进的氧化过程（AOP），是一种快速有效的方法，可以从废水中除去微孔径。与其他AOP相比，它被认为是更安全，更可持续的，因为它由光源供电。在光催化期间，光被光催化剂吸收，所述光催化剂具有产生电子 - 空穴对的能力，其产生能够与靶污染物反应并降解它们的游离羟基自由基。光催化和微流体的组合以前从未完成过废水。“这是一个非常雄心勃勃的项目，”赵说。“我们想开发一种创新的方法，以提供一种环保，有效的治疗废水。”Akvo的当前设计并没有变得容易，因为赵某和他的团队面临着沿途的几个设计挑战。

克服的设计挑战

在使用时，将化学试剂（催化剂）和废水分散通过Akvo的微通道壁。在这种情况下，催化剂的目的是二氧化钛，是与微渗透剂反应，并在该过程中帮助它们。但是，Akvo的快速流速使这个动作复杂化。“大问题是[Akvo]具有快速流速的微通道，有时当我们将化学试剂放在其中一个通道壁内时，废水中的微孔子不能与代理商有效反应，”赵说。“为了增加微拷贝中和固定化学化的联系的机会，赵某和他的团队选择用于Akvo的微通道网络的交错人字形微混合器（SHM）设计（图3）。

分析SHM设计的性能，以支持微污染降解的化学反应，Zhao使用了Comsol Multiphysics188金宝搏优惠^®软件。

模拟微核性降解的化学反应

在他的工作中，赵建了两种不同的型号在Comsol Multiphysics中188金宝搏优惠^®（图4）命名为显式表面吸附（ESA）模型和转换后表面浓度（CSC）模型。这两个模型都占化学和流体现象。

在这两种模型中，赵某发现Akvo的SHM结构在流过它的流动中产生涡流，这使得微渗透剂和化学试剂能够具有更长的反应时间并增强每个流体层之间的质量转移。然而，ESA模型的结果显示，设计净化了约50％的微渗透剂治疗，少于Zhao预期。

与ESA模型不同（图5），在CSC模型中，假设没有吸附限制。因此，只要微核性塑料到达催化剂表面，就会发生反应，这已经在现有文献中讨论（参考文献1）。在这一模型中，赵分析了如何对六种不同微舒适剂的降解进行的设计如何，包括Gemfibrozil，Ciphofloxacin，Carbamazepine，Cloficir，双酚A和乙酰氨基酚（图6）。该模型的结果与Zhao预期的结果符合，超过95％的微污染治疗。

“我们对Comsol Multiphysics的结果非常满意188金宝搏优惠^®。我的下一步将集中在实验室测试[Akvo原型]。我们预计将在2022年初准备好我们的第一个原型，“赵说，原型将最终在法国南部的医院和水处理站上进行测试。

使用模拟为该项目帮助伊甸园技术团队节省了时间和金钱。开发一种微流体系统的原型，如Akvo，昂贵。为了在每个AKVO的4英寸CD上压制微通道网络，需要一种微通道光掩模。根据赵，制造一个光掩模将花费约3000欧元（3500美元）。因此，非常重要的是，他们有信心他们的系统在制造之前运作良好。“188金宝搏优惠Comsol Multiphysics.^®真的帮助我们验证了我们的模型和我们的设计，“赵说。

先驱治疗微污染物

2016年，瑞士推出了立法授权，废水处理厂从废水中取出微孔径。他们的目标？超过100瑞士WWTPS超过80％的微量胶水塑料。在他们的领先之后，许多其他国家目前正在考虑如何在水道中处理这些污染物的不断增长的存在。AKVO有可能提供紧凑，环保的方式来帮助缓慢这种持续的问题。

下次你去扔掉旧的CD，或任何其他家庭物品，问自己：Macgyver会做什么？或者更好的是：伊甸科技会做什么？您可能会持有其下一个创新设计的构建块。

参考

1. C. S. Turchi，D.Folis，“有机水污染物的光催化降解：涉及羟基自由基攻击的机制”催化作用，卷。122，p。178,1990。

Macgyver是CBS Studios Inc. COMSOL AB的注册商标，其子公司和产品没有由CBS 188金宝搏优惠Studios Inc.的赞助或支持的，批准，支持或支持。