膜生物反应器处理猪场污水研究

为探讨膜生物反应器(MBR)处理猪场污水的可行性和膜生物反应器的运行、操作条件,为膜生物反应器在处理猪场污水中的应用提供必要的基础参数,该文采用U型中空纤维膜和L式中空纤维膜生物反应器,对不同的化学需氧量(COD)及氨氮(NH⁺₄-N)进水浓度、溶解氧水平(DO)、污泥龄(SRT)进行了4种工况试验研究。结果表明,MBR作为猪场污水处理好氧段是可行的,当进水COD平均浓度为1860 mg/L,U型、L式膜平均去除率分别为84.10％,81.20％;NH⁺₄-N进水平均浓度为511 mg/L,U型、L式膜平均去除率分别为93.81％,93.61％。     

一种新型鼓泡曝气装置的研究

一种由增强ＰＶＣ材料制成的微孔曝气软管，外径２５ｍｍ，其管壁上有不通的锥孔，锥顶接近外表面，大端孔径０．０５ｍｍ，每米管长有２万个孔。在充气压力下，锥孔打开，并产生０．２５～１ｍｍ的气泡，额定过流能力为１ｍ^３／（ｈ·ｍ），试验表明该管有较高的增氧能力和增氧动力效率（４～６ｋｇ／ｋＷ·ｈ），可广泛用于污水处理和水产养殖     

不同耕作模式和生物炭添加对黑土区土壤氮磷转化及玉米生长的调控

[目的] 为探究不同耕作模式和生物炭施加量对黑土区农田土壤氮磷转化和玉米生长发育的影响。[方法] 通过野外大田试验,设置2种耕作(深耕和浅耕)和5个生物炭添加处理(0,3,6,9,12 t/hm²),探究不同耕作模式和生物炭施加量对土壤氮磷组分、酶活性及玉米生理特性的综合影响。[结果] (1)深耕和浅耕配合施加生物炭可有效改善土壤结构,提高团聚体几何平均直径,降低破坏百分比,且深耕处理效果优于浅耕处理;(2)施加生物炭提高土壤氮磷组分、脲酶活性和碱性磷酸酶活性,施加9 t/hm²生物炭效果最好,且深耕更为显著;(3)深耕处理下生物炭施加量达到9 t/hm²时,提高叶片的全氮、全磷含量和谷氨酰胺合成酶活性,降低酸性磷酸酶活性;(4)深耕条件下施加9 t/hm²生物炭的玉米的产量达到17.37 t/hm²,相比于0提高28.9%。[结论] 深耕处理并施加9 t/hm²生物炭对于黑土区农田养分环境和作物生长提供参考意义。     

改性玉米芯制备太阳能界面蒸发体及其性能分析

针对天然生物质材料应用于海水淡化领域,蒸发效率较低、材料容易降解等问题,采用多巴胺对天然玉米芯进行改性处理,以改性玉米芯为基底,在其表面包覆炭黑-纤维素薄膜,制备了一种集光热转换、输水、隔热于一体的太阳能界面蒸发体。对改性玉米芯蒸发体的光学吸收性能、输水性能、接触角进行表征,并搭建了室内蒸发试验和户外蒸发试验系统,测试了改性玉米芯的蒸发性能,与天然玉米芯相比,改性玉米芯蒸发体的蒸发速率相对未改性的提升了约10.4%。对改性玉米芯蒸发体进行了30次循环试验,蒸发体均保持稳定的蒸发速率,整个循环测试中蒸发速率波动不超过1%。并且,长期工作后,蒸发体表面没有盐分沉积,没有出现材料软化、降解现象。改性玉米芯蒸发体在海水环境中能够保持良好、稳定的蒸发性能,且能够有效降低海水中的Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等离子浓度,达到世界卫生组织所规定的饮用标准中的相应限值。改性玉米芯蒸发体的制备方法简单、成本低廉、蒸发性能稳定,为扩展生物质材料在海水淡化领域的应用提供了有效途径。     

不同生物炭对南疆盐渍土盐分离子淋洗效果的影响

为探究不同生物炭添加对盐渍化土壤盐分及离子淋洗效果的影响。采用室内土柱模拟试验,在土壤表层(0-10 cm)添加比例为0.5%的猪粪(PMB)、棉秆(CSB)和玉米秸秆(MSB)生物炭,淋洗过程分为急降(P1)、缓降(P2)和稳定(P3)3个阶段,通过测定淋洗速率、流量、累积浸出阴阳离子浓度、土壤剖面含水率和土壤剩余可溶性离子的含量来探究不同生物炭对南疆盐渍土盐分离子的淋洗效果。结果表明:与未添加生物炭处理(CK)相比,生物炭的施用能提高各阶段淋洗液的流量和淋洗速率,在电导率快速下降阶段CSB处理流量提高20%,PMB处理淋洗速率提高29%,MSB处理最先使EC值降低到5 mS/cm,但对离子的去除能力提升较小。生物炭的施用对各阶段离子淋出先后顺序有一定影响,即促进Ca²⁺、Na⁺、SO₄^2-和Cl^-淋出,抑制K⁺淋出。淋洗结束时,生物炭均能显著降低土壤残余含盐量。CSB处理可提高表层土壤保水能力,使得钠吸附比(SAR)始终保持较低水平且对土壤中残余阴离子洗脱效果最好。表明CSB处理是一种非常有潜力的土壤改良剂。研究结果可为南疆盐渍化土壤改良提供理论参考。     

氮负载生物炭对干湿交替稻田水土生态环境的调控效应

农田面源污染已成为引起水体富营养化的主要原因之一。为了减少稻田氮素流失、改善稻田局部水体养分负载过重的问题,采用盆栽试验,通过生物炭吸附富营养水中的养分后再利用于盆栽水稻,设置主区为持续淹水灌溉（I_F）与干湿交替灌溉（I_A）,副区为1个对照（常规施氮,N1C0）与4种不同用量的氮肥与氮负载生物炭处理（N3/4C1、N3/4C2、N1/2C1、N1/2C2）,其中N3/4、N1/2表示氮肥施入量为当地传统施氮量（N1）的3/4,1/2倍;C1、C2分别为10 t/hm²和20 t/hm²氮负载生物炭。结果表明：（1）减少氮肥施入配施氮负载生物炭显著提高了常规施氮处理田面水的pH;（2）常规施氮肥处理下,干湿交替灌溉（I_A）田面水NH₄⁺—N平均浓度较持续淹水灌溉（I_F）高8.0%,但是添加20 t/hm²氮负载生物炭后,干湿交替灌溉田面水NH₄⁺—N平均浓度低于持续淹水灌溉处理;（3）水稻生育后期,氮负载生物炭对NH₄⁺—N具有明显的缓释作用,而在干湿交替灌溉中,减施氮肥配合添加氮负载生物炭处理较N1C0处理降低了田面水NO₃^-—N浓度;（4）减施氮肥配合添加氮负载生物炭可提高水稻分蘖率,而添加20 t/hm²氮负载生物炭在氮肥施用量较少时,有利于提高水稻的有效分蘖率。综上,氮负载生物炭不仅可以降低富营养水中30.8%含氮量,还能显著降低施肥初期水稻田面水中NH₄⁺—N浓度,降低流失风险,延长NH₄⁺—N的释放时间而减少1/4的施氮量和保证水稻生育末期的氮素需求,从而有利于水稻生长。     

生物炭对砂壤土团聚体及其碳、氮分布的影响

试验研究了添加生物炭对砂壤土团聚体分布、稳定性及其碳、氮分布的影响,为生物炭的农业利用和土壤培肥提供理论依据。设置生物炭用量4个水平(0、10、20、30 t/hm²)、氮肥用量2个水平(0、150 kg/hm²),通过2年的田间定位试验,对土壤团聚体及其碳、氮含量进行分析。结果表明:不同处理团聚体分布均以>5、2～5 mm粒级团聚体为主,其中单施生物炭20 t/hm²时,>5、2～5 mm粒级团聚体占比最大,总占比为58%,与不添加生物炭相比,增幅为20%;施用生物炭20 t/hm²时土壤团聚体平均重量直径及几何重量直径增幅最为显著(P<0.05),与不施生物炭处理相比分别增加了17.6%和24.3%;有机碳和全氮变化趋势一致,添加生物炭后,土壤有机碳、氮含量均增加,不同粒级团聚体有机碳、氮含量均不同程度地升高,分别较对照显著提升27.9%和28.9%,<0.25 mm粒级团聚体有机碳、氮含量较高。添加生物炭显著增加土壤大团聚体含量,并提高了土壤团聚体稳定性;土壤碳、氮含量及各粒级土壤团聚体碳、氮含量均显著提升,提高了>5 mm粒级团聚体有机碳、氮的贡献率。在本试验条件下,当生物炭添加量为20 t/hm²时有利于北疆灌区麦田土壤培肥改良。     

氮肥减量施生物炭对水稻产量和养分利用的影响

为解决水稻生产过度依赖化肥及其环境和高效利用问题,探讨贵州黄壤稻田科学施用生物炭。在贵州省思南县典型黄壤稻田开展氮肥不减量(T0)和氮肥减10%施2.5 t/hm²(T1),氮肥减20%施5.0 t/hm²(T2),氮肥减30%施7.5 t/hm²(T3),氮肥减40%施10.0 t/hm²生物炭(T4)和不施肥对照(CK)共6个处理3次重复田间小区随机区组试验,研究了氮肥减量施生物炭对水稻产量、产量构成和氮磷钾养分吸收利用的影响。结果表明,氮肥减量施生物炭显著影响贵州黄壤稻田水稻产量、产量构成、地上部氮磷钾积累量和利用效率。水稻产量和氮磷钾积累量随氮肥减量和生物炭用量增加先增大后减小。2019年、2020年和2021年水稻实际产量和理论产量均分别以T2、T3和T2最高,较T0分别显著增产16.04%,17.94%和14.73%以及55.72%,64.08%和118.91%,水稻籽粒N、P₂O₅和K₂O积累量、偏生产力、农学效率、表观利用率和收获指数均较高,是较好的氮肥减量施生物炭处理。产量—施生物炭量回归方程和极值分析表明,2019年、2020年和2021年氮肥分别减量21.76%,24.60%和19.00%(即32.64,36.90,28.50 kg/hm²)施生物炭量5.44,6.15,4.75 t/hm²时水稻产量最高(分别为7.80,8.57,8.03 t/hm²),较T0分别增产22.52%,18.78%和13.74%。氮肥减量施生物炭显著提高氮磷钾化肥利用率,但导致化肥+生物炭磷和钾利用率降低,因此,贵州黄壤稻田施生物炭时应氮磷钾化肥同步减量,降低比例以氮磷钾减量19.00%~24.60%,施生物炭5.00~6.25 t/hm²为宜。研究结果对指导贵州黄壤稻田氮磷钾化肥减量和施生物炭具有重要指导意义。     

铜污染土壤修复的有机调控研究I.可溶性有机物和EDTA对污染红壤铜的释放作用

通过吸附-解吸试验和室内培养试验研究了EDTA和猪粪可溶性有机物(DOM)对红壤铜吸附-解吸特性的影响及对污染红壤铜的释放作用。结果表明,外加EDTA可明显降低红壤对铜的吸附率和解吸率;吸附率和解吸率与加入的EDTA含碳量的对数呈极显著的负相关。猪粪DOM在加入量小于21.9mgL^-1C时红壤铜吸附率、解吸率显著降低,符合直线方程;大于21.9 mgL^-1C时则使红壤铜吸附率、解吸率逐渐增大,可以对数方程拟合,相关性达到极显著水平。EDTA对污染红壤铜的释放作用随着EDTA:Cu摩尔比的增大而迅速增大,随着铜处理时间的延长而降低;在同一培养时间,外加铜浓度50 mgkg^-1时,EDTA对土壤铜的释放量占土壤铜总量的比例即提取效率高于100 mgkg^-1外源铜处理时的提取效率,但随着EDTA:Cu摩尔比的增大,两者的提取效率差异越来越小。     

日光温室滴灌条件下滴头流量和间距对黄瓜生长的影响

滴头流量和滴头间距是影响滴灌系统投资的重要参数,为探索降低系统投资,在日光温室中进行了滴头流量和滴头间距对黄瓜生长影响的试验。试验共设4种处理,滴头流量/滴头间距分别为2.7 L·h^-1/30 cm、2.7 L·h^-1/50 cm、1.4 L·h^-1/30 cm和1.4 L·h^-1/50 cm,处理间灌水量相同。研究结果表明：在相同灌水量情况下,4种处理的产量分别为80.63、85.66、94.31和90.91 t/hm²,作物水分利用效率分别为23.6、24.9、27.9和25.4 kg/m³,没有形成显著统计差异。由此可见在试验限定条件下对于温室垄作黄瓜,滴灌系统采用较大的滴头间距和较小的滴头流量时,不会影响产量与质量,但可降低系统投资。试验还得出了黄瓜各生育阶段的耗水量、作物系数和需水系数。     

间隙流动对混流式水轮机效率预测的影响

为了分析转轮间隙流动对混流式水轮机效率预测的影响,该文采用CFD数值模拟方法对含有转轮间隙的混流式水轮机内部流动特性进行研究,定量分析了转轮圆盘效率损失,并将CFD仿真结果和模型试验结果进行了对比。研究表明:考虑了转轮圆盘损失后,在最优单位转速附近CFD计算得到的水轮机效率和模型试验结果吻合良好。当偏离最优工况点较远时,由于流场中存在脱流和涡流,CFD计算得到的效率较试验值偏低。转轮下环表面造成的圆盘效率损失远高于上冠表面,且转轮内外圆盘损失基本相当。在同一水头下,通过转轮间隙的泄漏流量基本为常数。此外,"动静干涉"现象对圆盘损失的影响基本可以忽略不计。该研究结果可为混流式水轮机圆盘损失的预估提供有效的参考。     

猪舍内粪污废弃物和有害气体减量化工程技术研究

源头减量和过程控制是猪场废弃物综合治理的关键环节,而猪舍是废弃物产生的源头场所,该文针对猪舍内部污水和有害气体等养殖废弃物,从饮水系统、圈栏设计和清粪方式等3个方面,介绍分析了当前国内外在舍内废弃物减量化工程技术领域的研究进展。其中减少猪只饮水浪费水量是舍内污水减量的首要环节,通过优化饮水器选型、调整饮水器安装方式、选择适当水流速度等可以降低饮水浪费水量;合理的圈栏布置和地面类型可以促进猪只定点排泄,从而降低圈栏污染程度以及舍内有害气体浓度,配合适当的圈舍冲洗方式可以减少大量圈舍冲洗用水;不同的清粪方式会影响舍内空气环境、污水产生量及污染物浓度,与干清粪相比,水冲粪和水泡粪都存在耗水量大、污水产生量大及其污染物浓度高、舍内有害气体含量高等问题,从清洁生产的角度考虑,干清粪工艺是规模化猪场的必然选择。该文旨在为减少猪场废弃物总量、降低处理利用成本和实现清洁健康养殖提供工程技术支撑,促进中国生猪养殖业绿色转型升级。     

农村生活垃圾全自动全组分分类处理技术与应用

为解决农村生活垃圾的处理难题,研究了一种生活垃圾末端全自动全组分分类处置技术,通过生物酶液化方法能将生活垃圾中的有机成分首先分解、分离,再通过湿式自动分选系统,将混合生活垃圾中的金属、塑料、废纸、竹木、纺织物等全部有效分离,经清洗后可直接循环再利用,实现资源化率90%以上。应用该技术实际建成运营一年的垃圾处理厂的数据显示,处理1 t垃圾平均可得到有机肥65 kg、纸浆105 kg、塑料124 kg、垃圾衍生燃料133 kg、砂石135 kg、沼气55kg和金属11kg;需要成本约180元,产值约325元,投资成本较焚烧节约近40%,污水经处理后各项污染因子去除率平均达到88.76%,供系统循环使用。证明该技术能提高垃圾处置效率,经济效益可观,环境友好,有较高推广价值。     

蚯蚓对电刺激的响应及其与蚯蚓粪胁迫分离的参数量化

蚯蚓与蚯蚓粪快速高效分离是规模化蚯蚓生物消解农业废弃物的关键技术环节。针对目前电刺激分离蚯蚓方法在实际生产应用中缺乏相关定量参数等问题，该研究探讨了蚯蚓分离率对电刺激方式、强度、通断电循环周期时长、通电时长及电刺激耦合物料含水率、物料厚度等因子的响应关系，并分析了电刺激对蚯蚓生理生化指标的影响。结果表明，电刺激可促进蚯蚓与蚓粪分离，间歇式电刺激方式较持续式电刺激具有更好的分离效果；间歇式电刺激方式下，蚯蚓分离率与电刺激强度、通断电循环周期时长、通电时长均呈显著的开口向下一元二次抛物线关系，蚯蚓生长的物料含水率适宜值为52.60%，物料厚度越小，越有利于电刺激分离率的提高；电刺激处理对蚯蚓体内过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、乙酰胆碱酯酶、纤维素酶、可溶性蛋白含量无显著影响，但显著提高了丙二醛含量，蚯蚓经过5 d的恢复性驯养后，丙二醛含量可恢复至对照处理水平；综合蚯蚓分离率、技术参数易操作性等，采用间歇式电刺激方式分离蚯蚓，设计电刺激强度2 mA、通断电周期时长30 s、通电时长1 s，控制物料含水率50%左右、物料厚度20～25 cm，辅助210 lx白光光照，电刺激作业时间30 min，蚯蚓分离效率可达85%左右。研究可为快速高效分离蚯蚓活体与蚯蚓粪的设备研发与应用提供参考。     

太极式鱼道水力特性试验研究及数值模拟

针对传统鱼道一经建成,其固体边界条件已经固定,池室内水流流速分布变化不大而难以适应多种鱼类通过的缺点,该文研究一种通过太极圆盘和八卦爻条消减水流能量,形成多态流速场以适应多种鱼类洄游的太极式新型鱼道,并对其进行了水力模型试验和数值分析。首先通过模型试验得到了鱼道在不同工况下的流态和沿程水深变化,然后通过数值计算得到了与模型试验相近的结果,并进一步分析了太极式鱼道的表面流速、近底流速及关键横断面流速分布。结果表明:太极式新型鱼道具有显著的消能减速效果,最浅处水深达到无太极圆盘时相应最浅水深的2倍左右,断面平均最大流速为0.95 m/s,相对于无太极圆盘的情况降低50%左右,池室内水流呈现多态化,另外随太极圆盘方位不同流速场亦有明显变化,该种鱼道可为鱼类提供更多适宜的洄游条件。     

低温等离子体活化水发生设备及其应用效果试验

等离子体活化水（Plasma-Activated Water,PAW）具有广谱杀菌特性,可有效杀灭生鲜食品上的微生物,抑制其腐败变质。该研究基于介质阻挡放电等离子体发生原理设计了一套PAW发生设备,主要部件包括介质阻挡放电结构、通风散热通道、活化水流动通道、高压交流电源等。其中,介质阻挡放电结构采用圆柱形高压放电电极与平板形低压放电电极上下均匀间隙组配,不锈钢导流板与流动水膜一体化设计低压电极;圆柱形高压放电电极的散热采用双向逆流、内外散热通风双通道;高压交流电源的功率电路采用交流-直流-交流电路结构实现介质阻挡放电能量供给,控制电路可实现频率、电压、电流等参数监测与调控。将鲜切马铃薯片模拟感染大肠杆菌,并进行PAW杀菌保鲜试验,以验证所研制设备的应用效果。结果表明,在进水流量600 mL/min、电极空气间隙10 mm、物料与活化水质量比1∶20、电源电压137.4 V、杀菌时间4.72 min条件下,PAW对染菌马铃薯片的大肠杆菌杀菌率达（98.65±0.59）%,经过24 d 贮藏后,不清洗组、蒸馏水清洗组和PAW清洗组染菌马铃薯片硬度分别为（3.01±0.84）、（3.54±0.81）、（4.70±0.48）N,色差值分别为22.08±1.05、13.21±1.43、7.35±0.82,相对电导率分别为（28.00±6.43）%、（26.72±2.07）%、（17.19±2.26）%,可溶性固形物含量分别为（6.850±0.120）%、（5.430±0.006）%、（3.080±0.006）%,腐烂率分别为（87.04±1.63）%、（76.32±1.60）%、（52.09±1.41）%,PAW清洗组染菌马铃薯片品质优于不清洗组、蒸馏水清洗组,PAW杀菌保鲜效果良好。该研究可为等离体子活化水杀菌技术研发及产业化应用提供参考。     

海水源热泵对海参育苗废水热能回收的工程应用

该文针对水产生物工厂化育苗水体升温技术需求,开展了利用育苗废水作热源为育苗水体升温的海水源热泵集成技术应用示范,探讨了集成系统对海参育苗水体升温和废水热能的回收效果。结果表明,进入I级换热器的育苗废水和新鲜海水温度分别为10.3~14.9℃和-1.9~4.9℃时,新鲜海水出水温度提升4.6~5.8℃,废水热能最大回收率达到59.2%;海水源热泵的废水热源温度和流量一定时,新鲜海水的温升幅度随其入流流量和温度升高而降低,入流温度分别为7.3和10.3℃的新鲜海水,流量不超过15和20 m~3/h时,出水温度均保持在15℃以上,满足海参育苗水温要求。热泵对废水热能的最大回收率为40.7%,COP(coefficient of performance)在5.03以上;集成升温系统比传统锅炉升温综合节能37.6%以上,减排二氧化碳约2 200 t/a,当年内可收回设备投资费用。     

宁波地区4种典型农村生活污水处理工艺污染物去除率比较分析

选择宁波地区的A/O一体化、生物滤池、生物转盘和人工湿地等4种典型农村生活污水处理工艺为研究对象,于2013年1月—2015年12月期间开展各工艺终端处理设施的进出水水质跟踪监测,进行各处理工艺的污染物去除率和稳定性比较分析。结果表明,4种处理工艺的COD、BOD_5、SS多年平均去除率大小顺序均为A/O一体化生物滤池生物转盘人工湿地,TN多年平均去除率大小顺序为生物滤池生物转盘A/O一体化人工湿地,其中A/O一体化、生物滤池和生物转盘工艺的COD、BOD_5、TN平均去除率均显著高于人工湿地工艺;A/O一体化、生物滤池和生物转盘工艺随着终端处理设施运行年限的延长,COD、BOD_5、SS、TN去除率均保持稳定,而人工湿地工艺的COD、BOD5、TN去除率均呈现明显的下降趋势;各处理工艺在低温期(11月—次年4月)和高温期(5月—10月)的SS去除率差异不明显,但各处理工艺的COD、BOD_5、TN去除率在低温期明显低于高温期,其中A/O一体化工艺差异相对较小,生物滤池工艺差异最大。     

微孔混凝土灌水器形状及其尺寸对流量的影响

为揭示微孔混凝土灌水器形状及参数对流量的影响,提高微孔混凝土灌水器选用的合理性,该文以砂子、水泥、硅溶胶为原料,采用干压结合雾化加湿法制备开口孔隙率为20.3%~20.5%的微孔混凝土圆片和圆管试样,然后将2种试样组装成灌水器,研究微孔混凝土灌水器的形状及参数对流量的影响。结果表明:片状灌水器的流量随圆片直径增加而增大,随圆片厚度增加而减小,片状灌水器的单位面积流量只取决于圆片厚度,与圆片直径无关,当水头为3 m时,随着圆片厚度由5 mm增至20 mm,片状灌水器的单位面积流量由40.5 m L/(h·cm~2)降至25.7 m L/(h·cm~2);管状灌水器流量随圆管长度和直径增加逐渐增大,管状灌水器的单位面积流量随圆管厚度增加而减小,随圆管直径增加逐渐增大。该研究为微孔混凝土灌水器的科学应用提供了理论依据。     

大水面网箱收集养殖废弃物及水处理系统研发

目前大水面网箱养殖过程中产生的尾水中含有大的残余饲料、粪便等固形废弃物,完全排放会造成养殖水体严重富营养化,危害养殖水域生态环境。针对上述问题,研发网箱底部废弃物汇集装置,通过气力提升的方法对沉积在网箱底部的废弃物及高浓度尾水进行收集,并结合生态浮床与富氧挂膜工艺对收集的尾水进行生态处理。结果表明:收集的尾水经生态处理后,水质指标化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(ammonia nitrogen,NH3-N)、总磷(total phosphorus,TP)分别由450.1、21.350、8.458 mg/L降低至16.2、0.095、0.305 mg/L。研究结果能大幅降低网箱养殖尾水的各项排放指标,实现达标排放,有效降低网箱养殖水域的污染。