短程硝化反应器过程动力学特性研究

    采用脉冲刺激响应技术对内循环颗粒污泥床短程硝化反应器进行了示踪试验,结果表明反应器循环区的串联级数N为1.02,流态接近全混流反应器(CSTR),反应器沉淀区的分散数D/uL为0.00148,流态接近平推流反应器(PFR),整个反应器的流动模型可以表示为全混流反应器和平推流反应器的串联组合.对内循环颗粒污泥床短程硝化反应器曝气过程中的氨逃逸进行了分析,建立了氨逃逸的动力学模型,测得稳态运行时氨逃逸系数KNH3为0.692 L·h-1.通过物料平衡,建立了内循环颗粒污泥床短程硝化反应器的过程动力学模型,测得稳态运行时的模型参数:氨氮最大比去除速率vmax=8.13mg NH4+-N.(g MLSS)-1·h-1、饱和常数Ks=1.73 mg NH4+-N·L-1,动力学模型的计算值与试验值吻合良好,两者的平均相对误差为12.8%.     

猪粪堆肥过程中氮素物质转化规律研究

猪粪、稻草、菌荆混合堆肥与单纯猪粪堆肥对比试验,定量化研究了堆肥过程中不同阶段各种形态氮素转化和氮素损失途径。结果表明,在猪粪中添加稻草和菌剂堆肥,全氮损失减少,损失量为38％,其中氨态氮损失占氮总损失量80％,有机氮损失占氮总损失量21％;而单纯猪粪堆肥其氮素损失78％,其中氨态氮损失占氮总损失量38％,有机氮损失占氮总损失量59％。堆肥过程中主要是氨态氮和有机氮的变化,硝态氮变化较小。     

氮形态对水稻植株氮损失的影响

在溶液培养条件下,利用15N示踪法研究了不同形态氮对水稻植株氮损失的影响,并分析了影响氮损失的因素.水稻幼苗先在以15N为氮源的营养液中生长2周,然后转入供给不同氮形态的营养液中培养10 d.结果表明:供给NH4+-N的水稻长势最好,收获时地上部和根部生物量均高于其他氮形态处理,但其氮损失量也最大,损失率达到17.06%;供给复合氮源NH4NO3的水稻生物量和供给NH4+-N的相差不大,然而其氮损失率却显著下降,仅为9.96%,说明供给复合氮源可在不影响水稻生长的条件下,降低植株氮损失,提高其氮肥利用率.此外,供给NH4+-N的水稻叶片中NH4+含量、谷草转氨酶活性及叶片组织pH值均高于其他氮形态处理,表明植物体内NH4+浓度增加而引起的氨挥发可能是导致植物氮损失的原因之一.     

四川盆地稻田氨挥发通量及影响因素

氨挥发是稻田氮损失的重要途径,越来越受到高度重视。本文采用密闭室法对四川盆地稻田的氨挥发量及影响因素进行了研究。结果表明,稻田NH3挥发损失的氮素达22~63 kg·hm-2,占施氮量的比例为14%~19%,是稻田氮损失的重要途径。稻田NH3挥发总量随施氮量的增加而增加,二者呈极显著的相关关系。稻田氨挥发量与田面水温度和p H显著正相关,可以通过控制田面水温度等措施控制氨挥发。稻田NH3挥发主要发生在10:00-18:00之间,超过全天挥发量的2/3。8:00-10:00与18:00-20:00 2个时间段的氨挥发通量平均值和全天氨挥发通量平均值很一致,是测定氨挥发的最佳时间。     

加压汽提塔侧线三级氨分凝操作分析与优化

对用于煤气化废水预处理加压汽提塔的侧线三级氨分凝操作建立了三级氨分凝数学模型,模拟分析了各级操作温度和压力对氨产量和浓度的影响.建立了以产品氨产量最大化为目标的优化模型,对操作温度和压力参数进行了优化,摸拟结果表明,优化后氨产量提高了5.6%.     

加压汽提塔侧线三级氨分凝操作分析与优化

对用于煤气化废水预处理加压汽提塔的侧线三级氨分凝操作建立了三级氨分凝数学模型,模拟分析了各级操作温度和压力对氨产量和浓度的影响.建立了以产品氨产量最大化为目标的优化模型,对操作温度和压力参数进行了优化,摸拟结果表明,优化后氨产量提高了5.6%.     

厌氧氨氧化反应器载体生物膜细菌多样性的研究

采用细菌16SrRNA通用引物1055F／1392R-GC获得的PCR产物进行变性梯度凝胶电泳（DGGE）,分析了两个厌氧氨氧化反应器在不同运行时间其载体生物膜上的细菌多样性。结果表明,两个反应器在不同运行时间其细菌种群多样性有一定差异。DGGE优势条带序列系统发育分析结果表明,反应器载体生物膜上的细菌类群主要是陶厄氏菌属Thauera、鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas,外硫红螺旋菌科Ectothiorho．dospiraceae、酸杆菌门Chloroflexi、绿弯菌门Acidobacteria及不可培养细菌。当反应器运行208d时,水体中氨氮和亚硝态氮的去除率维持较高水平,两者去除率之比为1．1,表明反应器内发生了厌氧氨氧化反应。针对厌氧氨氧化细菌16SrRNA基因引物Pla46F／Amx368R—GC获得的PCR产物,采用DGGE技术对载体生物膜上的厌氧氨氧化细菌进行了检测。DGGE优势条带序列分析结果表明,在反应器中富集得到的厌氧氨氧化细菌分别与PlanctomyceteKSU-1、CandidatusJetteniaasiatica的相似性均为96％,可以认为它们是反应器内起厌氧氨氧化作用的主要细菌。     

鸡粪和羊粪混合发酵对堆肥优势细菌演替和碳氮损失的影响

【目的】通过探讨不同原料组合如何影响堆肥过程中优势细菌演替进而影响堆肥碳氮损失,为优化堆肥配方、降低堆肥碳氮损失提供理论依据。【方法】以鸡粪、羊粪和玉米秸秆为原料,以鸡粪、羊粪不同比例混合进行堆肥试验,研究了不同配比堆肥对腐熟度特性、养分含量及碳氮损失的影响,并对优势细菌与碳氮损失进行冗余分析。【结果】鸡粪堆肥中的碳氮损失远高于羊粪堆肥;相对于鸡粪堆肥,鸡粪和羊粪混合堆肥可以显著降低堆肥过程的碳氮损失,以鸡粪∶羊粪=1∶3处理效果最好,碳氮损失分别降低了15.63%、57.88%;优势微生物菌群与碳氮损失的冗余分析表明,鸡粪∶羊粪=1∶3处理显著促进了木质纤维素降解和具有固氮功能的细菌丰度,抑制了氨化与反硝化功能的细菌丰度。【结论】鸡粪堆肥过程中加入一定量羊粪,可以改善微生物菌群,降低鸡粪堆肥过程的碳氮损失,提高堆肥质量。     

鸡粪施入农田土壤的氨挥发研究

在北京海淀区东北旺乡利用风洞法氨挥发测定系统,研究了不同施肥方式、施肥量和添加剂对鸡粪在农田施用过程中氨挥发的影响.结果表明,施肥方式显著影响鸡炎氨挥发,试验期间在田间裸地24000 kg·hm-2施肥量下,表施的累积氨挥发氮损失为19.8%,而表施后立即深翻5～9 cm,氨挥发损失为3.3%;不州施肥量下,24 000 kg·hm-2比12 000 kg·hm-2和8 000 kg·hm-2的氨挥发损失分别减少2.1%和4.9%,但统计差异不显著;锯末对鸡粪氨挥发没有起到抑制作用,未添加锯末处理的氨挥发损失为19.5%,而添加锯末处理的氨挥发损失为21.1%;过磷酸钙对鸡粪氨挥发抑制效果显著,未添加过磷酸钙处理的氨挥发损失为31.8%,而添加过磷酸钙处理的氨挥发损失为21.9%,比未添加降低了31.1%.     

牧场施用牛、猪、家禽粪便氨的损失

在荷兰进行了四个田间试验,使用小风洞去直接测定牧草地表面施用不同类型粪肥的挥发性氨。在施用后6天内,损失的氨态氮常常超过施用铵态氮的40％。施用禽粪浆氨态氮损失的百分率为最高(达83％),风干的禽粪便损失的百分率最小(达21％)。施用猪粪浆所损失的氨态氮(36—78％)通常要比牛粪浆(41％)的大。大多数情况下,在施用后48小时之内,总氨态氮损失达80％或更多些。     

畜禽粪便高温堆肥过程中氨挥发的机理及控制

总结了畜禽粪便高温堆肥过程中氮素损失的机理和主要影响因素,介绍了国内外抑制氮素损失常用的方法。     

利用亚硝化生物膜加速启动厌氧氨氧化反应器的特性研究

[目的]培养高活性的亚硝化生物膜,再将其作为接种微生物启动ANAMMOX反应器。[方法]试验通过监测进出水中NH4^＋-N和NO2--N的变化情况判定反应器工作环境是否由亚硝化为主逐步转变为以厌氧氨氧化为主,继而判定厌氧氨氧化反应器的启动是否完成。[结果]反应器在第185～201天运行稳定,亚硝氮与氨氯的平均去除比例分别为0．65和0．62,而厌氧状态下氨氮和亚硝氮以一定的比例被同时去除是厌氧氨氧化反应器成功运行的特征之一。[结论]亚硝化微生物作为ANAMMOX反应器的接种微生物是可行的。     

沼液与有机肥配施条件下氮损失风险的研究

本研究旨在探索沼液、有机肥配施等氮量替代化肥的模式,期望能够在保持产量稳定的前提下,降低稻田氮素损失的风险。本试验以太湖水稻土为研究对象进行盆栽试验,设置了空白对照(CK)、常规化肥(NPK)、100%沼液、75%沼液+25%猪粪有机肥、50%沼液+50%猪粪有机肥和100%猪粪有机肥六个处理,采用密闭室间歇通气法研究了不同生育时期的稻田氨挥发特性,同期测定稻田田面水氮含量,以及全施肥期径流流失量。试验结果显示,在等施氮量条件下,常规化肥处理水稻产量达12 752.70 kg·hm~(-2),其农田氨挥发总量为76.99 kg·hm~(-2),径流氮损失量39.11 kg·hm~(-2);100%沼液施用处理和75%沼液+25%猪粪有机肥配施处理氨挥发量较高,分别为120.66、88.01 kg·hm~(-2);而50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理氨挥发总量和径流氮流失量均低于常规化肥处理,分别为58.03、22.00 kg·hm~(-2),其产量与常规化肥处理相比无显著性差异;100%猪粪有机肥施用处理尽管氨挥发总量和径流氮流失量表现最低,但其产量低于50%沼液+50%猪粪有机肥配施处理。综合比较而言,50%沼液+50%猪粪有机肥配合施用处理在保持一定产量的基础上又能减少氨挥发及氮流失风险,是一种比较适宜的施肥模式。     

常温下UASB反应器厌氧氨氧化生物脱氮试验

[目的]研究常温下厌氧氨氧化反应器的脱氮效果。[方法]以人工配水为进水,接种某城市污水处理厂氧化沟活性污泥,在常温(22~29℃)下进行了一套容积为3.2 L的UASB反应器厌氧氨氧化生物脱氮试验。[结果]反应器在运行75 d后,氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率分别达93.5%和86.1%,去除的氨氮、去除的亚硝酸盐氮和生成的硝酸盐氮比例为1.00∶1.30∶0.31,成功实现厌氧氨氧化途径生物脱氮。反应器停运近3个月后,在常温(17~25℃)再次启动时,只需16 d反应器就可以恢复高效厌氧氨氧化生物脱氮,氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率分别达96.6%和90.1%。[结论]常温下可以实现厌氧氨氧化反应器的启动,并且可以实现高效脱氮。     

碱度及Do对亚硝化反应的影响

[目的】研究碱度和DO浓度对亚硝酸盐积累及半硝化的影响。[方法】采用自制的立方形SBR反应器,反应器温度控制在28～33℃,进水氨氮浓度控制在80～110mg／L,研究碱度和DO2个因素对亚硝酸盐积累的影响。[结果]水体中适当的碱度有益于亚硝酸盐的形成。低DO有利于亚硝酸盐的积累,但不利于氨氮的转化。当DO〈0．5mg／L时,氨氮去除率不高,仅50％左右,适合于半硝化反应,但亚硝酸盐积累率很高,最高可达99％;当DO〉1．5mg／L时,亚硝酸盐的积累率逐渐降低;DO在0．5～1．5mg／L时,氨氮的去除率和亚硝酸盐积累率都很高,适合于进行亚硝化反应。[结论]在温度为28～33℃和进水氨氮浓度一定的情况下,控制碱度和DO能使亚硝酸盐在反应器内得到很好的积累。     

臭氧-生物活性炭纤维去除氮的试验研究

通过小试试验探讨了臭氧－生物活性炭纤维去除微污染源水中氮的变化规律。结果表明,当反应器进水氨氮浓度较低时,会出现氨氮累积现象,BACF柱适应环境的能力较BAC柱强;臭氧化工艺对亚硝酸盐氮有较强的去除能力;当反应器中亚硝化杆菌和硝化杆菌生长成熟后,炭滤柱出水中均未检出亚硝酸盐氟;2种工艺对总氯的去除率均在10％以内,但O3-BACF工艺去除氮的效率稍高于O3-BAC工艺。     

长期不同施肥措施冬小麦-夏玉米轮作体系周年氨挥发损失的差异

目的 基于定位试验平台,比较长期不同施肥处理下小麦-玉米轮作体系周年土壤氮素氨挥发损失的差异,为降低氨挥发损失、提高氮肥利用率提供理论依据。方法 2019—2021年,依托山东农业大学黄淮海玉米技术创新中心定位试验平台,以冬小麦品种石麦15和夏玉米品种郑单958为试验材料,以不施氮肥为对照（CK）,采用有机肥（腐熟牛粪M）和无机氮肥（U）两种氮肥类型,设置两个施氮量分别为380 kg N·hm^-2（M1、U1、U2M2）和190 kg N·hm^-2（U2、M2）,试验共计6个处理,其中氮肥在两季作物间的分配是小麦47.4%、玉米52.6%。采用通气法比较各处理土壤氨挥发速率、累积损失量、籽粒产量及氮肥利用效率的差异。结果 两个种植周期内不同施肥处理均显著影响土壤氨挥发。各处理施肥后氨挥发损失速率变化趋势基本一致,小麦和玉米两季的土壤氨挥发均主要发生在施肥后0—7 d,之后处理间的差异逐渐变小。小麦玉米轮作体系周年氨挥发损失量可达8.6—79.4 kg N·hm^-2,以U1处理最高,达到79.4 kg N·hm^-2,其氨挥发损失量较U2、U2M2、M1、M2和CK分别增加18.5%、111.7%、162.3%、20.5%和825.7%,表明高施氮量增加土壤氨挥发损失量,无机氮肥较有机肥增加氨挥发损失量。U2M2、M1和M2处理的氨挥发损失率比U1处理降低80.9%、61.3%、24.8%,表明有机氮肥与无机氮肥配施或单施有机氮肥可显著降低氨挥发损失。周年籽粒产量以U2M2处理最高,达到24 621.8 kg·hm^-2,较U1、U2、M1、M2分别增产10.1%、24.7%、11.7%和32.7%。U2M2处理周年氮肥利用率达52.6%,较U1、U2、M1和M2处理分别提高11.3%、4.1%、13.4%和10.7%。U2M2处理降低了氨挥发损失、同步提高了产量和氮肥利用率,是冬小麦玉米周年轮作的理想施肥策略。结论 施用有机肥可以显著降低小麦玉米轮作体系的周年氨挥发损失量,提高周年籽粒产量和氮肥利用效率。考虑到有机肥源及施用便捷性可将有机无机配施作为当前小麦玉米轮作生产体系降低氨挥发损失、提高氮肥利用效率的主要施肥方式。     

人粪便生态厕所好氧降解过程氮的迁移转化研究（Ⅰ）——高温堆肥

[目的]研究人粪便生态厕所高温好氧堆肥氮的迁移转化。[方法]利用密闭式好氧高温堆肥反应器,以新鲜锯末为空白载体,对高温堆肥条件下氮的迁移转化及堆肥产物的保氮特性进行了研究。[结果]在高温60℃、含水率60%以及连续强制供气条件下,经过为期2周的堆肥,粪便中有机物去除率达到70%以上,而总氮Ntot的损失仅有17%。氮的损失主要发生在堆肥反应的第1天,由无机氮Nino的迅速减少造成,而有机氮Norg几乎不变。占Nino90%以上的NH4-N在堆肥反应第1天迅速降低,此后缓慢减少至几乎消失。通过物料的平衡发现,在堆肥反应第1天NH4-N的减少量与堆肥反应的前24 h连续吸收的NH3-N的总量一致,说明NH4-N转化为NH3-N是高温好氧堆肥过程粪便中氮损失的主要原因和控制的关键。[结论]高温堆肥可成为一种能使堆肥产物中保持高含量的氮从而使其更好地作为有机肥的有效方法。     

施肥深度、灌水条件和氨挥发监测方法对氮肥氨挥发特征的影响

[目的]研究施肥深度、灌水条件和氨挥发监测方法对土壤氮肥氨挥发损失特征的影响,为评估田间原位监测试验结果提供依据.[方法]通过微区试验模拟大田基肥和追肥氨挥发条件.[结果](1)在轻度盐演化土壤上,氨挥发速率和损失累积量随着施肥深度的增加而降低,氮肥深施土壤10cm氨挥发降低到施氮量2;以下,可有效控制氮肥氨挥发损失;氨挥发持续时间随着施肥深度的增加而缩短.(2)施肥后延迟灌水情况下,初始含水量高的土壤比含水量低的土壤氨挥发损失大;在同等条件下,延迟灌水会增加氮肥氨挥发损失;随着灌水量的增加,氨挥发损失降低;(3)3种氨气吸收方法比较结果显示,密闭法检测值远低于抽气法和通气法;在试验区域和试验条件下,抽气法和通气法监测结果较为接近.[结论]施肥深度和灌水条件是否与当地大田操作一致,是氨挥发测定值能否反映田间真实值的关键;三种监测方法对氨挥发田间原位监测是系统影响,密闭法结果偏低,抽气法是否反映田间真实值与抽气速率相关;通气法不需动力,可适用于田间多处理试验.