模拟土柱处理城市污水的研究

研究了模拟土柱处理污水的效果。结果表明,在模拟土柱的渗滤速率保持在0.1cm/min的条件下,对污水中生物耗氧量的去除率约为90%;全磷和全氮的去除率分别为64%和46%;溶解氧增加5-10mg/L;Eh值提高20-30mV。     

人工快速渗滤法处理干旱区小城镇污水的试验研究

人工快速渗滤法作为一种处理效率较高、处理成本较低、运行维护技术要求低的分散式污水处理技术,比较符合小城镇污水处理需求。针对西北干旱区小城镇水环境污染日益严重,利用模拟系统研究了不同填料比和不同湿干比对人工快速渗滤系统处理小城镇污水时COD、总磷、凯氏氮和铵氮去除效果的影响。结果表明,土砂比2∶1的系统污染物去除效果优于其他填料比,对COD、总磷、凯氏氮和铵氮的去除率分别为35.05%～65.07%、53.27%～70.38%、10.42%～49.65%和11.61%～50.27%。COD、凯氏氮和铵氮的去除率在湿干比1∶1时最高,分别为27.86%～65.07%、49.65%～53.18%和50.27%～57.14%。在湿干比1∶5时,总磷的最高去除率为45.37%～69.15%。     

生物质灰渣粒径及净化柱高径比对沼液净化效果的影响

为解决生物质灰渣利用和沼液排放引起的污染环境问题,以生物质灰渣为滤料采用自然渗滤对沼液进行了净化处理试验.结果表明:灰渣对沼液具有较好的净化能力,粒径是影响灰渣对沼液净化效果的重要因素,灰渣粒径越小净化效果越明显,相同质量灰渣粒径＞3 mm时,渗滤速率为4.17 mL/s,出水COD为1 880 mg/L,出水TS为1.46 g/L,COD和TS去除率为58.71％和67.69％;而粒径＜0.5 mm时,渗滤速率为0.46 mL/s,出水COD为221 mg/L,出水TS为0.61 g/L,COD和TS去除率达到94.07％和87.16％.净化柱的高径比直接影响沼液流通路径,以COD去除率作为评价指标时,为获得较好的沼液净化效果,不同粒径灰渣(＜0.5、0.5～1、＞1～1.5、＞1.5～2、＞2～3 mm)所采用净化柱的高径比应不小于1.34、2.3、2.68、5.01、10.66,此时对应出水COD值分别为236、276、305、315、342 mg/L,COD去除率分别达到94.82％、93.94％、93.3％、93.08％和92.49％,出水水质接近农田灌溉用水要求.不同粒径(＜0.5、0.5～1.0、＞1.0～1.5、＞1.5～2.0、＞2.0～3.0)灰渣对沼液的最大的过滤能力分别为9～10、10～11、8～9、4～5、3～4 mL/g.     

厌氧流化床净化畜禽废水与产电性能

为实现从畜禽废水处理中回收能源,先后以厌氧沼液、低浓度畜禽原水及高浓度畜禽原水作为进水,利用厌氧流化床双室微生物燃料电池(anaerobic fluidized bed microbial fuel cell,AFB-MFC)进行微生物产电及有机物去除研究,重点考察氨态氮质量浓度及COD(化学需氧量)容积负荷对系统COD去除率及产电性能的影响。结果表明:以稀释后的沼液作为进水时,当氨态氮质量浓度达到387.6mg/L时,氨态氮对产电微生物产生明显的短期抑制,产电量下降7.0%,但经过5d的适应期后,系统产电恢复到原来的水平。以畜禽原水作为进水时,系统COD容积负荷在12d内由2.3kg/(m3·d)提升至14.9kg/(m3·d)时,COD去除率保持在74.5%～88.1%;随着容积负荷的提升,系统产电量上升,但上升幅度较小,最高输出电压为379.3mV,相应的面积功率密度为74.9mW/m2;由于进水pH值的差异,高浓度畜禽原水最高输出电压较低浓度畜禽原水低21.4mV;AFB-MFC系统内阻较低,仅为48.5Ω,此时功率密度为75.6mW/m2。本装置实现了畜禽废水的高效处理,同时获得电能,为其资源化处理提供新途径。     

不同水力负荷下生物质灰渣填料系统处理生活污水的研究

以生物质灰渣为填充材料,采用室内土柱淋溶模拟试验方法,研究了5种水力负荷下生物质灰渣填料对生活污水的处理效果。结果表明:在试验初期,系统内部微生物的活性弱,导致系统出水COD和TN浓度较高。随着进水次数的增加,各指标出水浓度逐渐降低,到后期,随着吸附消纳的饱和,TN、TP和铵态氮浓度表现出逐渐升高的趋势。在整个系统运行期间,5种水力负荷下生物质灰渣对COD的平均去除率分别为39%,62.7%,60.7%,59.1%,60.2%;TN平均去除率分别为34.3%,84%,73.8%,67.4%,40.4%;5种水力负荷下TP出水浓度最高为1.248mg/L,平均出水浓度在0.149~0.496mg/L之间,TP平均去除率为83%~97.6%,去除效果较好;生物质灰渣对铵态氮的去除效果最好,平均去除率高达98%以上。试验后期,在W5处理的高水力负荷运行中,装置出现堵塞现象,系统不能正常运行。总体而言,水力负荷为7.5~10cm3/(cm2·d)时,生物质灰渣的处理效果最好。     

不同补水方式下砂壤土渗滤系统对硝态氮去除效果

在水资源短缺的北京地区利用再生水回补城市河湖,一方面对于水资源的可持续利用有着十分重要的作用,另一方面也可能带来地下水环境的潜在污染风险.该文采用100 cm砂壤土柱模拟(河湖岸底)土地渗滤系统,设置定水头淹水、交替淹水落干、定流速补水和侧向补水4种不同再生水回补方式,研究再生水中硝态氮(NO3-N)在土地渗滤系统中的去除效果和迁移转化规律.结果表明,当水力负荷在0.25~2.65 cm/d范围内时,渗滤系统对NO3-N的去除率随着水力负荷的增大而减小;侧向补水方式下渗滤系统对NO3-N的去除效果最优,平均去除率高达96.1%.在定水头淹水和侧向补水方式下,系统对NO3-N的去除主要发生在土柱的上部,而交替淹水落干和定流速补水条件下,土柱中下部对NO3-N也有一定的去除作用.渗滤系统对NO3-N的去除主要取决于系统内部微生物的分布情况,土层中的反硝化细菌数量越大,该土层对NO3-N的去除率就越高.当水温在15~32℃范围内变化时,定水头淹水和交替淹水落干补水方式下,系统对NO3-N的去除率与温度分别呈指数和幂函数关系.该研究表明土地渗滤系统可实现再生水的进一步净化处理,可为再生水安全回补河湖提供参考.     

乌龟温室养殖水中悬浮颗粒物的沉降特性

养殖水体中固体颗粒物的沉降特性对养殖池和沉淀池的优化设计非常重要。在乌龟温室养殖中期,取距池底 10 cm处的养殖水作为沉淀原样进行静态沉淀试验,测得原样的悬浮颗粒物质量浓度为(763±15.3) mg/L,粒径分布范围是1～300 μm,其中粒径>100 μm的颗粒物体积占20.4%,50～100 μm的占39.1%,<50 μm的占40.5%。结果表明：在一定的深度范围内颗粒物沉淀速率不受沉淀池深度影响,但若沉淀池太浅且颗粒物浓度较高时会发生拥挤和压缩沉淀;对于乌龟养殖中期的水体,确定了沉淀池的溢流速率和颗粒物去除率之间的关系,当溢流速率为0.0167 cm/s,悬浮颗粒物的去除率为24.9%,且溢流出的水体中总体积90%的颗粒物粒径<98.4 μm,50%的颗粒物粒径<41.9 μm;在龟鳖温室养殖池中设置平流式沉淀池可有效地进行悬浮颗粒物的管理和去除,且随着养殖水体中细微颗粒物的增加,溢流速率可随之减小。     

施氮量对白萝卜硝酸盐含量和土壤硝态氮淋溶的影响

在保护地栽培条件下,通过6个施氮水平的田间小区试验,结合土层原位渗滤装置,研究了施用氮肥对白萝卜（Raphanus sativus L.）产量和硝酸盐含量及土壤硝态氮淋溶的影响。结果表明,施氮处理白萝卜产量比不施氮处理仅增加6.04%～10.92%,当尿素氮施用量大于N 100 kg/hm2时,增产幅度开始下降。不同施氮处理白萝卜产量没有显著差异,说明在土壤基础肥力较高的情况下,增施氮肥不能明显提高白萝卜的产量;单施有机肥白萝卜体内硝酸盐含量为 196.86 mg/kg,比不施氮处理降低 5.08%。在此基础上加施尿素后,硝酸盐含量随氮肥施用量的增加显著升高（p0.05）;0—100cm土壤剖面硝态氮累积量随氮肥施用量的增加而增加,且与氮肥施用量显著正相关（r=0.993, r0.01=0.917）;白萝卜生长期间收集到的土壤淋溶液中硝态氮浓度较高,平均为32.88 mg/L,硝态氮的淋失量为 4.42～6.14 kg/hm2,不同施氮量处理之间没有显著差异。     

污水和污泥的土地利用

(一)低速渗滤法低速渗滤法是采用喷灌或地面灌水的方式向种植了作物的土地表面施用污水。这类处理系统设计上要避免产生污水的地表径流。所施用的污水一部分渗滤到地表以下,剩余的被植物利用。到本世纪七十年代和八十年代初将低速渗滤法实地应用于林地。在正常情况下低速渗滤系统对土地的需要量为150～200英亩/百万加仑·天。为了最大限度地降低新建的低速渗滤系统的成本,有的地方用污水灌     

混合基质垂直流人工湿地净化废水效果

利用两种混合基质(蛭石+高炉渣、陶粒+高炉渣)构建模拟垂直流人工湿地处理化粪池出水,运行1a试验结果表明,蛭石+高炉渣基质对总鳞(TP)、总氮(TN)、NH4+-N、CODCr的去除效果要好于陶粒+高炉渣系统,而且其4个组合系统对TP、TN、CODcr、NH4+-N去除率分别大于71%、2.5%、61%、65%;水力学负荷比污染物的去除率存在密切关系:CODcr、NH4+-N、TP在水力负荷较小(30.6cm/d)时的去除率比水力负荷61.2cm/d下高;而种植美人蕉的蛭石+高炉渣组合在水力负荷为30.6cm/d,停留时间为0.848d时的处理效果较好,其对NH4+-N、TP、CODcr的去除率分别为94.51%、89.13%、66.46%,均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。     

红外土壤表面水分测量仪的研制

为了深入开展土壤粘附研究,依据水的红外特征吸收原理,研制了一台红外土壤表面水分测量仪。实验证明,该仪器具有测量精度高,测量速度快,不干扰破坏被测土壤系统,可长期在线监测等一系列优点,其标准测量误差为０．１３％。文中还对该仪器中所使用的相关滤波器原理及滤波效果等问题进行了讨论。该仪器也可用来测量烟草、纸张、面粉、茶叶等物质的含水量。     

Enhancing Soil Fertility and Wheat Productivity through Integrated Nitrogen Management

An experiment was conducted to investigate the effects of integrated nitrogen (N) management on soil fertility and crop productivity. Application of N sources in different proportions significantly (P ≤ 0.05) enhanced soil total N, organic matter, grain N uptake, straw N uptake, and grain yield. Maximum grain yield, total soil N (%), and organic matter (%) were recorded from the treatment of poultry manure as compared with other sole N sources. Among integrated application of N sources, 25% poultry manure + 75% mineral N source produced the greatest grain yield. Maximum total soil N and organic matter were observed in the combined application of 75% poultry manure + 25% mineral N. Maximum grain N and straw N uptake was recorded from the treatment applied with farmyard manure as sole N source. However, among integrated application of N sources, 25% poultry manure + 75% mineral N source resulted in the greatest grain N and straw N uptake.     

滨海盐渍土原土滴灌水盐调控对土壤水力性质的影响

为研究滨海盐渍土滴灌原土水盐调控不同处理对土壤导水率(K)、土壤孔隙大小分布常数(Gardnerα)、土壤孔隙对水流贡献率等水力性质的影响,在滨海盐渍土上进行滤层及基质势(-5、-10、-15、-20、-25kPa)处理的原土水盐调控试验。用圆盘入渗仪在-15、-6、-3、0cm4个连续增大的负压下进行入渗测定,并计算不同负压下导水率、土壤孔隙大小分布常数、孔隙级别对水流的贡献率。结果表明:经原土水盐调控后,各处理的饱和导水率、土壤孔隙大小分布常数较对照增大,在-6和-15cm水头下的导水率较对照减少,在-3cm水头下的导水率无明显变化规律。滤层处理下土壤的饱和导水率、-6cm水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数较无滤层处理有显著提高;各处理土壤大孔隙对水流的贡献率大于对照处理,中等孔隙2及小孔隙对水流的贡献率小于对照处理。滤层处理是不同级别土壤孔隙对水流贡献率大小的主要影响因素,其中滤层的土壤大孔隙、中等孔隙1对水流的贡献率显著高于无滤层。可见,经原土水盐调控后,土壤饱和导水率、-6cm水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数明显增加,土壤大孔隙增加,小孔隙减少,土壤结构得到改善。     

INTEGRATED EFFECT OF INORGANIC AND ORGANIC NITROGEN SOURCES ON SOIL FERTILITY AND PRODUCTIVITY OF MAIZE

The present study was designed to assess the effect of organic materials, i.e., farm yard manure (FYM), poultry manure (PM) and sugar cane filter cake (FC) along with mineral nitrogen on yield and soil organic fertility. Our results indicated that among sole nitrogen (N) sources, highest grain yield was recorded from poultry manure. In the case of integrated N sources, maximum grain yield was obtained from 25% poultry manure + 75% mineral N source. Grain ear^?1 and 1000 grain weight was highest with the application of poultry manure among sole N sources. Highest grain ear^?1 and 1000 grain weight was observed from 25% poultry manure + 75% mineral N source. Application of poultry manure as sole N sources resulted maximum increase in soil total N and organic matter when compared with other sole N sources. Among N sources applied in different proportion, maximum total soil N was recorded from 25% poultry manure + 75% mineral N. We concluded from these experiments that integrated application of N sources in different proportion greatly improves the N economy and enhance crop productivity in low N soils.     

滤纸法测定干湿循环下膨胀土基质吸力变化规律

为了获得干湿循环作用下膨胀土基质吸力的变化规律,首先采用人工模拟降雨和蒸发的方法开展了膨胀土室内干湿循环试验,然后利用滤纸法进行了不同含水率下试样的基质吸力测定试验,获得了干湿循环条件下膨胀土的土水特征曲线,求出了相应的进气值与残余值,结合Fredlund土水特征曲线模型对经历不同干湿循环次数下的土壤土水特征曲线进行了拟合,最终建立了考虑干湿循环效应的膨胀土土水特征曲线模型。结果表明:1)随着干湿循环次数的增加,土壤的进气值呈下降趋势,从循环1次时的134.5 k Pa降至循环4次时的58.5 k Pa,降幅达56.5%。从循环1次至2次的进气值下降较大,往后降幅明显减小,趋于基本稳定,这表明对土壤进气值的影响以初次干湿循环为主。2)残余值亦呈下降趋势,从循环1次时的1 040.5降至循环4次时的528.5 k Pa,降幅达49.2%。每经历一次干湿循环,残余值降幅均较大,尚未趋于稳定,这表明干湿循环效应对土壤残余值的影响比对土壤进气值的影响要大。3)新建土水特征曲线模型中的拟合参数与干湿循环次数成较好线性关系,表明随着干湿循环次数的增加,土壤进气值逐渐减小,水分变化速率有所降低,而残余含水率逐渐增加。该成果可为深入研究土壤基质吸力及其工程应用提供参考。     

HYDRUS模型与遥感集合卡尔曼滤波同化提高土壤水分监测精度

精确地估测干旱区土壤水分含量,对该区域的农业发展与水土保持具有重要意义。该文以MODIS与Landsat TM数据为数据源,利用其反演获得的条件温度植被指数(temperature-vegetation drought Index,TVDI)作为观测算子,将集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,En-KF)同化方法应用于水文模型(HYDRUS-1D),进行干旱区表层土壤水分的模拟。结果表明:遥感数据反演土壤水分所构建的二维特征空间TVDI与表层土壤水分有较好的一致性;En-KF同化方法对模型变量与观测算子的更新,与单纯使用HYDRUS模型相比,获得的表层土壤水分含量精度有了明显提高,其均方根误差缩小了1个百分点,平均误差缩小了5个百分点。可见,基于多源遥感数据对表层土壤水分的En-KF同化模拟在干旱区具有较大的潜力,是提高干旱区土壤水分含水量监测精度的有效手段。     

利用基于偏微分方程的图像滤波技术研究土壤孔隙结构

利用自主研发的土壤切片数字图像处理分析系统软件,采用3种滤波方式,即BMO滤波(boundary mean oscillation有界平均振荡模型)、PM滤波(Perona-Malik偏微分方程模型)和中值滤波,对免耕、翻耕和旋耕3种耕作方式下不同深度土壤切片的数字图像进行去噪增强,并对处理后的图像进行了孔隙特征参数提取与统计。在此基础上,探讨了几种图像滤波技术的效果以及耕作方式对不同土层土壤孔隙形态结构的影响,以期找到适用于土壤切片数字图像的滤波技术,为后期土壤孔隙信息的提取与统计提供工具。结果表明,采用BMO滤波后,从土壤切片数字图像得到的土壤孔隙度与试验结果最为接近;其中,孔径5μm的孔隙度显著大于其他图像滤波技术的结果,而5~50μm与50μm孔径的孔隙度与其他图像滤波技术的结果没有显著差异;与免耕相比,翻耕与旋耕提高了表层土壤的孔隙度,增加了传导孔隙的比例。     

基于作物及遥感同化模型的小麦产量估测

为提高陕西省关中平原冬小麦的估产精度,该文通过粒子滤波算法同化Landsat遥感数据反演的状态量叶面积指数(leaf area index,LAI)、土壤含水量(0~20 cm)、地上干生物量数据和CERES-Wheat模型模拟的状态量数据,分析小麦不同生育期的LAI、土壤含水量及生物量同化值和实测单产的线性相关性,以构建同化估产模型。结果表明,在返青期土壤含水量同化值和实测单产的相关性高于LAI、生物量同化值和实测单产的相关性,选择土壤含水量作为最优变量;在拔节期和抽穗-灌浆期同时选择LAI、土壤含水量及生物量作为最优变量;在乳熟期选择生物量作为最优变量。在小麦各生育时期同化最优变量的估产精度(R2=0.85)高于同时同化LAI、土壤含水量及生物量的估产精度,同时同化LAI、土壤含水量及生物量的估产精度高于同时同化LAI和土壤含水量(或LAI和地上干生物量、或土壤含水量和地上干生物量)的估产精度,表明在作物不同生育时期同化与产量相关性较大的变量对提高估产精度有重要作用。     

Bodengefüge gegen Verdichtungen schützen – Lösungsansätze für den Schutz landwirtschaftlich genutzter Böden

Protecting soil structure against compaction—proposed solutions to safeguard agricultural soils To safeguard the ecological soil functions and the functions linked to human activities, measures against harmful changes to the soil are required, in line with the precautionary principle. The German Federal Soil Protection Act sets obligations for precaution in agricultural land use and, if harmful changes to the soil are foreseeable, measures for averting a danger. The results of a research project of the Federal Environmental Agency show that it is possible to describe an impairment of the soil structure, using methods of soil analysis. But this as a sole information would not qualify for the identification of harmful changes to the soil in the context of the Soil Protection Act, which requires an assessment of the severity of disruption of soil functions and the respective subject of protection. This would make additional soil investigations on site mandatory. Approaches in agricultural engineering and soil physics have introduced procedures to preserve the soil structure, in accordance with the precautionary principle. But these procedures have different goals and different ranges of application and hence offer partial solutions to safeguard against soil compaction. The assessment model of “trafficability by measuring the rut depth” provides information about the compaction status of the soil under applied conditions for farming gear, without providing detailed information about affected soil layers. The soil‐physical model of classifying soils into “risk classes for harmful soil compaction” focuses on the relationship between topsoil compaction and crop yields. The soil‐physical models “precompression stress” and “loading ratio” provide information for the assessment of subsoil compaction and a prognosis of a possible impairment of the soil structure at the water content of field capacity. It is necessary to validate the individual models with additional regional data about soil structure before a final assessment of the prognoses is made.     

Soil health – What should the doctor order?

The concept of soil health has been extensively reviewed in the scientific literature, but there is only patchy and inconsistent information available to farmers and growers who are concerned about the declining condition of their soils and are looking for appropriate test methods and management interventions to help reverse it. Although there are well‐established laboratory methods for soil chemical analysis, and a range of laboratory and field methods for measuring soil physical properties, only now are methods starting to emerge for soil biological analysis. This study provides an overview of the methods that are currently available commercially (or are close to commercialization) for farmers and growers in the UK. We examine the science underpinning the methods, the value of the information provided and how farmers and advisors can use results from such assessments for informed decision‐making in relation to soil management.