猪粪堆肥挥发性有机物的产生规律与影响因素

堆肥是畜禽粪便处理及资源化利用的有效途径,然而堆肥过程中极易产生挥发性有机物(VOCs,volatile organic compounds),引发恶臭问题,并对人体健康带来危害。该研究以猪粪和秸秆为原料,通过堆肥试验,研究了含水率、碳氮比和通风速率等工艺参数对猪粪堆肥过程中主要VOCs产生的影响。研究结果表明:堆肥过程中TVOCs的最高体积分数可达2 000×10~(-6)以上,主要在堆肥升温期产生。二甲二硫、二甲三硫是主要的致臭VOCs,其中,影响二甲二硫排放的主要因素为物料初始含水率,影响二甲三硫排放的主要因素为通风速率。极差及方差分析结果表明,堆肥过程中采用含水率65%,碳氮比30,通风速率0.1 m~3/(min·m~3)可以有效控制VOCs的排放。     

强化生物通风修复柴油污染土壤影响因素的正交实验

生物通风是继SVE后又一项主要的生物修复技术,在石油污染土壤修复中拥有广阔的前景。为寻求最佳修复效果的最优组合,采用生物通风修复柴油污染土壤的正交土柱实验,对影响生物通风修复效果的5个主要因素（污染强度、土壤含水率、C：N：P、通风的孔隙体积数、通风方式）进行了定量化。结果表明,利用强化生物通风可以在柴油污染土壤的治理中取得较好的效果;方差分析各因素均无显著性影响;极差分析得到影响强化生物通风柴油去除效果的最主要因素为土壤含水率、污染强度,次主要因素为C：N：P、通风的孔隙体积数,而通风方式对去除率的影响很小;在实验的不同阶段有些因素的最优水平有不同程度的改变,总体来说各因素的最佳水平分别为：土壤含水率为4．88％,污染强度为40000mg·kg^-1,C：N：P为100：20：1,通风的孔隙体积数为4,而通风方式的两种水平对去除率的影响相差不大。     

脆弱刚毛藻对水体中三种苯系物的去除效果

采用L934正交设计法,研究了脆弱刚毛藻[Cladophora fracta (Dillw.) Kuetz.]对水体中3种苯系物苯、甲苯和二甲苯的去除作用.结果表明,脆弱刚毛藻对苯、甲苯和二甲苯的去除率分别为46.6写,13.6%和7.4 Yo.分析不同处理条件对脆弱刚毛藻对苯去除率的影响,各因素极差值大小依次为:温度>处理时间>藻体重量,温度是影响去除笨效果的主要因素.在刚毛藻去除甲苯的实验中,各因素R值大小依次为处理时间>藻体重量>温度,主要影响因素是处理时间.而对于二甲苯,藻体重量则是最主要的因素.     

生物滤池填料及工艺参数去除鸡粪堆肥臭气效果研究

为探讨利用生物滤池法去除鸡粪堆肥臭气的可行性,对生物滤池的填料组合、填料层高度、填料初始含水率及停留时间进行了筛选,并考察了生物滤池对挥发性有机物(VOCs)的去除情况.结果表明:生物滤池在处理鸡粪堆肥臭气过程中,以腐熟鸡粪堆肥和树皮组成填料、填料层高度为50 cm、填料初始含水率为50%以及停留时间为90.0 s的处理效果最佳;处理前后臭气中VOCs的分析结果表明,生物滤池对堆肥臭气中VOCs有很好的去除效果,处理后的堆肥臭气中VOCs的种类和浓度较处理前明显减少;比较堆肥臭气中氨和VOCs的总浓度后发现,氨所占的比例高达98.70%,说明用氨浓度来表示容器式鸡粪堆肥的臭气浓度具有可行性.就地利用鸡粪堆肥及树皮组合作为生物滤池填料去除鸡粪堆肥过程中的臭气具有很好的去除效果,可以在工厂化鸡粪堆肥中推广应用.     

依据挥发性污染物浓度变化划分土壤气相抽提过程的研究

土壤气相抽提（SVE）是去除包气带土壤中挥发性有机物（VOCs）经济快捷的原位土壤修复方法。VOCs饱和蒸汽压高,能在负压气流下被定向地带到地面收集处理。为了便于划分SVE过程,试验采用两种土壤污染方案：直接污染和间接污染。间接污染土壤的目的是为了避免在土壤中形成非水相液体（NAPLs）,方法是使用气相污染源长时间污染土壤。通过多次对土壤进行间接污染和通风净化,证明VOCs主要来源于NAPLs。试验表明,依据VOCs的浓度变化,SVE过程能被划分为两个阶段：（1）高效去除阶段,即污染土壤中含NAPLs阶段,液态的VOCs进入土壤间隙形成NAPLs或溶解在土壤水中,或被土壤和有机质吸附。SVE过程中VOCs气相浓度降低,停止抽提后浓度能够恢复;（2）低效率的拖尾阶段,即土壤中无NAPLs存在,通风能够快速地降低污染物浓度,并且VOCs浓度降低后不能恢复。试验同时显示出在不同的土质中VOCs浓度变化具有相似的规律。     

生物通风法修复柴油污染土壤模拟实验研究

通过生物通风技术修复不同柴油浓度污染土壤的土柱模拟实验,研究了各土柱中土壤总石油烃(total petroleum hydrocarbon,TPH)的去除规律,并对影响柴油去除效果的因素进行了分析,结果表明:①经过3个月的生物通风后,初始柴油浓度为5(柱Ⅰ)、10(柱Ⅱ)、20(柱Ⅲ)、40(柱Ⅳ)g/kg的土柱柴油去除率为ⅡⅠⅣⅢ,柱Ⅱ的修复效果最佳,半衰期为60.05天,TPH最终去除率达65.3%;②挥发和生物降解作用影响土柱中柴油的去除,由于重力引起的向下迁移作用只对柴油在土柱中的空间分布产生影响,三者共同作用决定各土柱不同取样口柴油的去除规律;③在实验过程中,各土柱土壤pH变化不大,初始柴油浓度越高土柱水分损失率越小;有效磷和速效氮含量均有所降低,柱Ⅲ降低率最大,分别为58.27%和31.87%,柱Ⅰ最小;土柱上层土壤中的酶活性要低于下层,过氧化氢酶和脱氢酶活性均呈现出先升高后降低的趋势。实验结果为研究各土柱中柴油的生物降解规律提供了依据。     

PAHs污染土壤热脱附过程关键影响因素及脱附动力学研究

土壤多环芳烃(PAHs)污染已严重威胁生态环境安全和人类生命健康。通过异位热脱附试验探究了PAHs初始浓度、土壤含水率和土壤粒径对脱附效率的影响,并采用一级、二级动力学和指数衰减模型对PAHs热脱附过程进行拟合,以探究土壤中PAHs热脱附的去除机制。结果表明,在同等条件下,随着PAHs初始浓度的增加,脱附效率随之升高,且在热脱附20～40 min时提高初始浓度可明显提高PAHs的去除率。土壤含水率对于PAHs不同组分的作用具有一定的差异性,当土壤含水率为16%,萘(Nap)、菲(Phe)和蒽(Ant)达到最佳去除率,而荧蒽(Fla)和芘(Pyr)最大去除率对应的土壤含水率为13%。在相同脱附条件下,土壤粒径越小,土壤中PAHs的去除率越高。研究发现指数衰减模型对PAHs各组分的脱附过程具有更好的拟合效果。土壤中PAHs热脱附主要分为两个阶段:(1)PAHs受到土壤中水的蒸发作用从土壤颗粒表面快速蒸发;(2)PAHs的蒸发速率受到土壤孔隙内部扩散的限制,以非常缓慢的速度从土壤中脱除。     

通风方式对柴油污染土壤生物通风修复效果的影响研究

生物通风法被广泛应用于不饱和土壤中挥发性有机物的去除,具有高效、费用低等优点。以黄壤为实验土样,柴油为污染物,采用室内一维土柱实验模拟生物通风过程,研究了抽提和注入两种通风方式下柴油的去除效果及规律。结果表明,两种通风方式的去除规律大致相同,抽提方式的去除速度要比注入快,但最终去除率仅比注入高2.28%;每日通风前后及通风过程中测定的土柱总出气口中总挥发性有机化合物(TVOC)值的变化规律也基本相同,只是通风后TVOC值相对较高;在一天8h的通风过程中,每隔1,2,3h测定的TVOC值波动变化的程度为TVOC1h > TVOC2h > TVOC3h;土壤中有效磷和速效氮的含量与柴油生物降解效率密切相关。     

不同pH值混合螯合剂对土壤重金属淋洗及植物提取的影响

为了得出混合螯合剂（MC）淋洗去除重金属的最佳pH值以及对后续植物提取重金属的影响,用Ca(OH)2将pH值为2.75的MC提高至pH值5、7和9,对重金属污染土壤进行了盆栽淋洗试验,而后种植东南景天（Sedum Alfredii）,测定淋出液及植物重金属含量。另外,通过浸提试验研究了含有不同阳离子的MC对重金属淋洗效果的影响。结果表明,pH值为5和7的MC显著提高了Cd、Pb和Cu的淋出率。与Na+、K+离子相比,Ca2+的存在能够提高MC对重金属的淋洗去除。pH值7和9的MC淋洗土壤后提高了东南景天的生物量,但是降低东南景天中Cd和Zn的浓度,导致其植物提取率低于无淋洗剂对照。在化学淋洗+植物提取联合技术中,Cd和Zn主要靠植物提取去除,植物提取率分别可达土壤Cd的30%～40%和土壤Zn的6.5%～6.9%;而Pb和Cu主要靠混合螯合剂淋洗去除,去除率分别为2.3%～2.6%和1.6%～2.0%。综合来说,如果需要同时去除Cd、Zn、Pb和Cu,降低土壤重金属有效态含量,用pH值9的MC淋洗土壤联合植物提取较为合适。     

地下滴灌灌水器水力要素试验研究

为了研究灌水器流量变化规律,该文以灌水器工作压力、土壤容重和土壤初始含水率为试验因素,用混合水平均匀设计安排试验方案。应用研制的地下滴灌灌水器流量测试系统,用称重法来获得不同试验方案灌水器流量。根据试验数据,建立了地下滴灌灌水器流量计算经验公式。分析表明:在工作压力不变时,灌水器流量在灌水初期略大,而后减小并趋于恒定,这个变化过程仅1～2 min左右,可认为灌水器流量是不变的;在同一压力下,地下滴灌灌水器流量比地表滴灌减小5%～20%,压力越大,二者值越接近;影响地下滴灌灌水器流量的主要因素是灌水器工作压力,而土壤容重和土壤初始含水率对灌水器流量影响较小。     

生物过滤法去除死猪堆肥排放臭气效果的中试

为研究生物过滤法去除死猪堆肥发酵处理过程产生臭气以及挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的可行性,开展了死猪和猪粪混合堆肥试验,分析了死猪堆肥过程臭气浓度特性和VOCs组分特征,对生物过滤法去除臭气中VOCs的工艺关键参数-停留时间进行优化试验。死猪堆肥过程中排放VOCs种类达37种,其中主要致臭组分为三甲胺、二甲基硫、二甲基二硫、二甲基三硫;以腐熟猪粪堆肥作为滤料(添加3%活性污泥),在停留时间为30~100 s的条件下,生物过滤法对死猪堆肥排放臭气去除率达90%以上;停留时间60~100 s的条件下对VOCs中主要致臭组分的去除效率达82.2%~100%,生物过滤法去除死猪堆肥过程臭气浓度和VOCs的优化停留时间为60 s。研究结果能为死猪堆肥发酵过程排放臭气的处理和控制技术进一步研发提供科学依据。     

复杂有机物污染地块原位热脱附修复技术的研究

鉴于复杂有机物污染地块治理难度大,国内用地形势紧张,因此关于原位热脱附技术在复杂有机物污染地块中的运用越来越受到学术界的广泛关注。综述了三类主要的原位热脱附技术:电阻热脱附、热传导热脱附和蒸汽热脱附,根据污染场地状况总结了各类原位热脱附技术的影响因素和适用范围,并给出了相应的技术路线。阐明了温度、时间、土壤含水率、土壤渗透性等因素对热脱附效果的影响。研究表明温度越高、时间越长、土壤含水率适中、渗透性较好的土壤,有机污染物热脱附性能更好。对于有机物重度污染的难处理地块,相比其他原位修复技术,原位热脱附技术具有更好的运用前景。     

间歇和连续喷灌下土壤水分运动特征COMSOL数值模拟与验证

为探明间歇喷灌和连续喷灌条件下的土壤水分运动规律,建立喷灌随时间变化的非均匀灌水边界下的土壤水分二维运动模型,借助COMSOL数值模拟软件,实现模型的求解,并通过土箱试验对模型进行验证,分析不同喷灌模式下土壤水分运动特征,评估喷灌均匀性和喷灌模式对土壤含水率均匀性的影响。结果表明,土壤含水率和土壤湿润峰模拟值与实测值之间的一致性较好。喷灌模式对土壤水分运动过程和含水率均匀度影响不大。随着间歇次数和间歇时长的增加,喷灌结束时表层土壤含水率减小、水分入渗深度增加。喷灌条件下,土壤含水率均匀度高于地表测得的喷灌均匀度。当喷灌均匀度为39.77%～80.15%时,土壤含水率均匀度为88.57%～94.47%。当喷灌均匀度较低、点喷灌强度较高、总灌水量较大时,采用间歇喷灌、增加间隙次数和总间歇时长,可以一定程度降低地表径流和深层渗漏风险、改善土壤含水率均匀性。研究可为喷灌系统设计均匀度合理取值和高效运行提供理论基础。     

典型龟裂碱土土壤光谱特征影响因素研究

为了提高基于土壤光谱特征预测土壤盐渍化程度的准确性,需要研究土壤光谱特征的因素影响。该文通过对野外、室内预处理、不同含水率、粒径和粗糙度条件下龟裂碱土表层土壤光谱的测定,系统研究了不同因素对龟裂碱土光谱特征的影响。结果表明:土壤碱化程度越强表层土壤光谱反射率越高,在450~925 nm范围内,碱土表层野外光谱反射率比重度、中度、轻度碱化土壤和非碱化土壤野外光谱反射率高7.36%、23.18%、32.10%和39.97%;765、945和974 nm附近是龟裂碱土盐渍化信息的敏感波段;相同土壤经过室内预处理后反射率明显低于野外土壤,且预处理后不同碱化程度土壤间光谱反射率差异也小于野外光谱。土壤含水率较低时,随着土壤含水率的增加土壤光谱反射率逐渐降低,但当含水率高于田间持水率时土壤反射率随土壤含水率的增加而增加,在整个研究波段含水率为26.45%时土壤反射率较含水率为22.33%和25.39%的反射率平均分别升高39.68%和19.79%。土壤粒径越小反射率越高,较大粒径土壤在760~768 nm形成独特的"双峰"现象。土壤粒径越大反射率受表面粗糙度的影响越小,且土壤表面越粗糙光谱吸收率越大。整体来讲,在450~1000 nm波段范围内,不同碱化程度的龟裂碱土野外表层土壤光谱特征差异显著;室内经过预处理后的龟裂碱土土壤光谱特征差异主要取决于土壤含水率,而碱化程度和土壤表面粗糙度的变化对其影响较小。该研究可以为龟裂碱土盐渍化信息的准确预测提供科学依据。     

春季解冻期白浆土融雪侵蚀模拟研究

采用室内人工模拟融雪水冲刷试验,研究了春季解冻期冻融温差、循环次数、土壤初始含水率、融雪水流量和解冻深度这5个控制因子对白浆土侵蚀的影响。结果表明,影响土壤侵蚀的首要因素为融雪水流量。春季解冻期土壤发生侵蚀主要集中在前15次冻融循环过程中,之后即使冻融循环次数增加,侵蚀量增幅也不明显。土壤含水率变化与侵蚀量之间线型关系不明显,初始含水率较小的土壤侵蚀量大于初始含水率较大的侵蚀量。在径流冲刷过程中,融雪流量的大小和土壤冻层的存在,共同影响解冻深度与侵蚀量大小之间的关系。当融雪流量较小时,土壤解冻深度越小侵蚀量越大,二者间呈负相关关系;反之,当融雪流量较大时,土壤解冻深度与侵蚀量之间呈正相关关系。     

过氧化氢对铬在黄棕壤中电动过程的影响

研究了在阳极池中添加过氧化氢对铬在黄棕壤中电动过程的影响。结果发现:经过约564h的电动处理后,土壤中六价铬的含量显著减少,最高去除率为91.6%,同时总铬去除率最高达39.6%。过氧化氢的存在对电流的影响不大,但明显降低了电渗流量。加入过氧化氢引起土壤中部分六价铬被还原成三价铬,降低了土壤中铬的移动性,从而使总铬的去除率减少,说明土壤中还原性物质的存在将不利于铬的去除。     

设计流量和土壤质地对微孔陶瓷灌水器入渗特性的影响

为探明微孔陶瓷灌水器土壤中入渗流量变化的原因,明确微孔陶瓷灌水器的出流原理,该研究基于土桶模拟试验,研究3种设计流量(0.72、1.87和4.40 L/h)的微孔陶瓷灌水器下2种土壤(黄绵土、塿土)的渗流特性。结果表明,使用不同灌水器灌溉后,短时间内入渗流量均迅速减小,而后缓慢减小趋于稳定。设计流量与土壤质地均影响灌水器的出流。灌水器周围土壤水势的变化是造成入渗流量变化的直接原因,土壤含水率的变化是入渗流量变化的根本原因。在没有淹没出流的情况下,土壤含水率越高,入渗流量越小。设计流量为1.87 L/h灌水器应用于塿土中,当土壤含水率由13%增大至40%时,入渗流量由1.4 L/h下降至0.3 L/h左右。灌水器周围土壤含水率对入渗流量具有反馈调节作用。采用微孔陶瓷灌水器作为灌溉系统的核心部件,在内部水头适宜(微压或零压)的情况下,通过灌水器入渗流量与土壤含水率的耦合作用,可实现土壤水分的自动调控,达到主动灌溉的目的。该文可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。     

EDTA对Cu污染农田土壤的淋洗实验研究

为了解鄂西南地区土壤铜的赋存形态及其污染修复,采用Tessier连续提取法测定土壤铜的赋存形态,采用振荡淋洗法研究了乙二胺四乙酸二钠(EDTA)在提取时间、淋洗浓度、固液比、p H等四个因素作用下对重金属铜(Cu)去除效果的影响。结果表明:农田土壤中铜的赋存形态依次表现为残渣态(4.26 mg kg-1)铁锰氧化物结合态(3.29 mg kg-1)硫化物及有机结合态(2.29 mg kg-1)可交换态(2.10 mg kg-1)碳酸盐结合态(1.63 mg kg-1);在EDTA修复Cu高污染土壤时,单因素实验分析表明当提取时间、淋洗浓度、固液比、p H分别为18 h、0.01 mol L-1、1∶10和7时为最佳实验条件,最佳单因素组合后对Cu的去除率为20.14%,将之应用于农田土壤,重金属Cu的去除率略有降低,可达18.29%。EDTA对土壤Cu处理前后对其赋存形态分析表明,土壤中重金属Cu交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态去除效果明显,但不能有效去除土壤中有机及硫化物态和残渣态。     

酶强化茶皂素修复重金属污染土壤的研究

以多种重金属污染的土壤为材料,研究了生物酶、茶皂素和两者组合等处理方式对重金属的去除效果。结果表明:酶和茶皂素对土壤中重金属有良好的去除效果,起到协同、互补作用。采用响应面法优化反应条件,得到p H值4.0、反应温度35℃、茶皂素溶液和酶溶液配比3∶1的最佳淋洗修复条件,此时Cd、Cr、Cu、Ni、Zn去除率分别为88.87%、81.64%、43.33%、47.16%、62.03%,去除率的大小顺序为CdCrZnNiCu。酶与茶皂素组合淋洗液能有效去除酸提取态、可还原态和可氧化态的重金属,表明组合液在重金属污染土壤修复方面具有较好的应用前景。     

通风方式对猪粪堆肥主要臭气物质控制的影响研究

为控制堆肥过程中产生的臭气,开展了3种不同通风方式下的猪粪和秸秆堆肥试验,通过连续监测堆肥过程中氨气、硫化氢、总挥发性有机物(total volatile organic compounds,TVOCs)和二甲二硫、二甲三硫排放浓度的变化,优化堆肥通风方式。研究表明,在鼓风5 min间隔30 min、鼓风5 min间隔15 min和连续通风下,硫化氢和TVOCs的最大排放质量浓度和体积分数分别为29.4、18.9和10.3 mg/m~3以及420.3×10~(-6)、382.7×10~(-6)和326.5×10~(-6),每千克干物料硫化氢和TVOCs累积排放量分别为14.3、13.5、31.5 mg/kg以及1.26、2.00和6.08 L/kg;二甲二硫和二甲三硫的最大排放质量浓度分别为1 730.1、3 646.2和3 971.8 ng/L以及991.4、6 678.8和1 883.4 ng/L,每千克干物料中二甲二硫和二甲三硫的累积排放量分别为1.5、4.3和10.6 mg/kg以及0.37、4.37和4.94 mg/kg,增加通风频次有助于降低硫化氢和TVOCs的最高排放浓度,但会增加堆肥过程中硫化氢、TVOCs以及二甲二硫和二甲三硫的累积排放量,增加环境危害程度。该试验以降低臭气累积排放量为工艺优化目标,发现通风5min,间隔30min是最佳通风方式。研究结果可为有机肥生产过程中臭气的控制提供参考依据。