寒冷地区太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统设计与试验

针对目前反渗透(reverse osmosis,RO)浓水的零排放以及膜蒸馏产生的蒸汽冷凝及相变热回收问题,该文设计了一套适用于寒冷地区的太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统。系统主要由太阳能集热器、膜蒸馏组件、冷凝装置及真空泵等部分组成。该系统在宁夏银川市贺兰县的苦咸水地区进行了试验,对太阳能的集热效果、减压膜蒸馏的RO浓水淡化效果、冷凝装置的冷凝效果及对温室作物的加热效果进行了测试分析。试验表明:所选的太阳能集热器面积基本可以满足全年的膜蒸馏用热,在反渗透淡水池中设计的不锈钢散热盘管长度可以满足蒸汽冷凝要求,在地表以下30~40cm处铺设地热盘管可以满足蒸汽冷凝要求和温室加热需求。在浓水进水温度为80℃、渗透侧真空压力为-0.080MPa时,减压膜蒸馏系统产水量可以达到37.62L/h,但随着膜蒸馏系统运行时间的加长,膜污染加重,产水量逐渐降低,在系统运行了近240h以后,对膜组件进行清洗,清洗后的系统产水量比清洗前提高了近1.5倍。通过试验验证,该系统基本能够满足寒冷地区温室的使用要求。该研究对降低膜蒸馏系统能耗、解决膜蒸馏的蒸汽冷凝及相变热回收、实现RO浓水零排放、减少浓水对环境污染具有重要意义。     

太阳能膜蒸馏淡化水系统运行优化

该文旨在优化太阳能膜蒸馏淡化水系统运行过程。采用试验手段确定了该系统的最佳运行工况,测试了最佳工况下该系统的运行效果,说明了系统运行过程的电力平衡情况。测试结果表明:呼和浩特地区该系统光热部分最佳循环流量为150 L/h;光伏光热系统以连续跟踪方式运行;热工质加热过程控制方法为,当辐照度低于500 W/m~2时仅开启光伏发电系统加热热工质,当辐照度介于500~700 W/m~2时采用光伏光热互补方式加热热工质,当辐照度大于700 W/m~2时仅开启光热系统加热热工质;该系统于最佳工况运行时平均膜通量为14.92 kg/(m~2·h),且系统可维持电力平衡;该系统于优化工况下运行时7组膜组件串联即可满足1个4口之家的饮水需求。系统于优化工况下运行,单位产水量所需的膜面积为0.067 m~2。该研究可为膜蒸馏淡化水系统应用研究提供一定参考。     

直接接触式膜蒸馏结晶回收沼液氨氮性能

为解决现有沼液氨氮膜回收技术中氮肥浓度低和副产物价值低的问题,该研究提出采用膜蒸馏结晶技术实现沼液中氨氮的结晶回收。研究中,通过提升近饱和接收液的温度来平衡膜两侧的水蒸气分压,在保证氨氮传质通量的情况下最小化水分传质。操作结束后接收液中铵盐达到超饱和状态,冷却至常温即可回收铵盐晶体。结果表明,当进料侧沼液温度为40℃时,近饱和磷酸二氢铵温度需提高至47℃,而使用硫酸为吸收剂时,近饱和硫酸铵溶液温度需提高至65℃。酸液温度升高对氨通量也有促进作用,氨通量由40℃时的10.70 g/(m²·h)小幅提升至70℃时的14.90 g/(m²·h)。进料侧氨氮质量浓度的提升可显著增加氨氮回收通量。磷酸二氢铵为吸收剂时,试验6 h后晶体中的氨氮回收率为77.60%,采用硫酸为吸收剂时可提高至92.20%。继续延长处理时间,晶体中的氨氮回收率甚至超过100%。显然,采用膜蒸馏结晶技术回收沼液氨氮具一定的可行性,研究结果可为沼液氨氮的高价值回收提供一定参考。     

农村户用厕污堆肥反应器设计与试验

针对农村户用厕所环境条件差、厕污处理困难等问题,该研究研制了一种具有负压抽吸进料-螺旋盘管曝气-膜辅助加热功能的110 L农村户用厕污堆肥反应器。根据工程热力学和生物学原理,设计了厕污负压抽吸进料机构、螺旋盘管曝气系统和膜辅助加热机构等关键部件,集成反应器控制单元,并开展反应器性能试验。试验结果表明:堆肥高温期(50℃)维持5d,连续发酵15d后,蛔虫卵死亡率达到100%,大肠菌值检测为46个/g(≤100个/g),种子发芽指数为88.4%,满足《粪便无害化卫生标准》要求。该研究可为农村户用厕污无害化处理及肥料化利用提供装备支撑。     

温室采用多层内覆盖保温节能效果研究

采用减小直接加热空间的温室节能措施，设计建造了试验温室，以乙烯-醋酸乙烯(EVA)膜作为水平内覆盖材料，以针织毡保温被作为温室侧墙内垂直保温覆盖材料，夜间在水源热泵加温条件下，研究了温室内增加1层水平保温覆盖、增加2层水平保温覆盖、四周侧墙内增加垂直保温覆盖对温室夜温变化的影响，以温室内外平均温差、相对节能率为指标，比较了温室不同保温措施的保温节能效果，结果表明：增加第1层水平保温覆盖可使温室内外温差提高1.9℃;增加2层水平保温覆盖可使温室内外温差再提高1.6℃；再在温室四周侧墙内增加针织毡保温被，还可使温室内外温差再提高1.7℃，与未采取附加覆盖的温室(对照)相比，3种保温措施的相对节能率分别为20.34%、31.78%、40.53%，温室3种内覆盖新增投资的静态投资收益率远高于现代农业的基准收益率。     

残膜对土壤水分入渗和蒸发的影响及不确定性分析

为探究残膜对土壤水分入渗和蒸发过程的影响规律,通过室内土柱试验,设置6个残膜量水平(0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2),研究了残膜对湿润锋运移、土壤水分分布、累积入渗量和累积蒸发量及其不确定性的影响。结果表明:随残膜量增加,湿润锋垂直运移速率和累积入渗量逐渐减小;残膜量80 kg/hm2时,湿润锋运移速率大幅下降;累积蒸发量随残膜量增加而递减而蒸发系数呈递增趋势,土壤保水能力减弱;随残膜量增加,0~10和20~45 cm含水率呈降低趋势,而土壤水分的变异系数呈增加趋势,残膜加剧了土壤水分垂直分布的变异性,残膜量320 kg/hm2的处理会出现表土层"板结"现象;基于Gibbs抽样算法分析表明,Kostiakov入渗模型和Rose蒸发模型各参数的95%后验置信区间上下限的差值和标准差均随残膜量增加而增大,累积入渗量和累积蒸发量的95%后验置信区间面积呈增大趋势,土壤累积入渗量和累积蒸发量的不确定性随残膜增多而增强。该研究可探明残膜污染区的土壤水分运动规律,并为提高Kostiakov模型、Rose模型的模拟效率和模拟精度提供参考。     

膜下滴灌水盐运移影响因素研究

通过室内盐碱土入渗模拟试验 ,探求了膜下滴灌滴头流量、灌水量、土壤初始含水量、土壤初始含盐量等因素对土壤水盐运移的影响。研究结果表明 :滴头流量的增加 ,地表积水范围增大 ,湿润体垂直距离减小 ,滴头附近的含水量增加 ,不利于作物正常生长的淡化区的形成 ;灌水量的增加使得湿润体的范围增加 ,同时有利于作物正常生长的淡化区的形成 ;土壤初始含水量增加 ,湿润体范围增大 ,滴头附近的含水量增加 ,但不利于作物正常生长的淡化区的形成和超过作物耐盐度的淡化区的发展 ;土壤初始含盐量的增加使得达标脱盐系数减小。这对合理利用膜下滴灌技术体系开发盐碱地提供一定的指导 ,有利于为滴灌系统的设计提供更合理的技术参数和进行膜下滴灌条件下的盐分管理。     

残膜量对膜孔灌土壤水氮运移特性的影响

为探究土壤残膜量对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响,通过室内土箱模拟试验设置0,90,180,360,720 kg/hm~2的5个残膜量水平,分析不同残膜量下膜孔灌肥液入渗累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体特征和水氮分布规律。结果表明:残膜对膜孔灌肥液入渗具有阻渗作用,残膜土累积入渗量较无残膜土减少10.63%～30.77%,Kostiakov模型对残膜土单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间有较好地拟合效果;入渗前30 min,不同残膜量的垂直湿润锋运移距离差异不显著,随着入渗时间推进,残膜量与湿润锋运移距离、湿润体体积呈负相关关系。入渗结束时,含残膜土湿润体体积减小18.09%～41.96%。垂直湿润锋距离、湿润体体积与入渗时间均呈显著的幂函数关系,R~2均0.98;除膜孔中心处,相同位置含残膜的土壤含水率低于无残膜,30%高含水率区域减小。湿润体内同一深度土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量随残膜量增加而减小,减小幅度为4.20%～16.27%。研究结果可为残膜土下膜孔灌技术提供理论参考。     

改善土壤理化性质和作物出苗率的最佳生物炭施用量

确定改善土壤理化性质和作物出苗率的最佳生物炭施用量，可为田间管理提供依据。以新疆盐碱土为研究对象，在生物炭施用量分别为0、10、50及100 t?hm-2条件下，开展了膜下滴灌田间小区试验，对比了生物炭施用量对土壤容重、温度、有机碳等理化性质和作物出苗率的影响，并进一步分析了作物出苗率与土壤理化性质的关系。结果表明，生物炭施用量增加显著降低了0~30 cm土层的容重，棉花和甜菜的土壤容重分别降低0~0.32和0.04~0.25 g?cm-3。与不施用处理比较，100 t?hm-2的生物炭施用量显著增加了棉花和甜菜不同生育期的5 cm地温，但10和50 t?hm-2的施用量只显著增加了棉花蕾期和铃期的5 cm地温。施用生物炭增加了棉花和甜菜的土壤有机碳含量，不区分年份和生育期增幅相应为0.98~13.2和0.66~12.1 g?kg-1；苗期和收获期（不区分年份和作物）增幅分别为1.20~7.43和0.66~13.2 g?kg-1，苗期各施用量下有机碳均显著增加，部分施用量下收获期的有机碳显著增加。随生物炭施用量增加，棉花和甜菜的出苗率先增加后减小。出苗率大致随容重增加而增加，随土壤温度增加先增加后减小，最适宜作物出苗的温度为22~26℃；出苗率随土壤有机碳增加先增加后减小，但高生物炭施用量导致的土壤有机碳增加过高抑制了作物出苗。当生物炭施用量为10 t?hm-2时，棉花和甜菜的出苗率大于0.7，高于其他3种生物炭处理，因此推荐10 t?hm-2作为最优生物炭施用量。     

点源供水条件下残膜对土壤水分运移的影响

通过室内模拟试验,研究残留地膜对土壤水分运移的影响,阐明不同残膜污染水平下土壤水分入渗过程。试验共设置6个残膜梯度,采用马氏瓶恒压供水175 min,根据时间间隔记录马氏瓶读数和湿润面积,分析不同残膜污染水平下土壤水分入渗过程的差异。研究结果表明,残膜会阻碍土壤湿润锋的运移,残膜量在0~360 kg/hm2区间时,当湿润锋经过0~10 cm土层,湿润锋横向距离随着残膜量的增加呈现先减小后增加的变化,当湿润锋经过10~20 cm土层,横向距离随着残膜量的增加而逐渐降低。残膜对湿润锋的垂向运移有显著的阻碍作用,但残膜量的多少对湿润锋垂向距离变化没有显著影响。残膜的存在会提高土壤湿润比和稳定入渗率,残膜区土壤湿润体变小,水分滞留在湿润体内,影响水分在土壤中正常运移与分布。当残膜量达到720 kg/hm2时,残膜区土壤大孔隙比例增加,导致土壤优势流明显,与其他残膜处理相比,湿润锋的运移加快,湿润比和稳定入渗率降低。该研究从土壤水分运移角度阐明了残膜污染危害的过程和机理,为残膜污染的防治提供了理论的依据。     

热结合Nisin处理对枯草杆菌芽孢的杀灭效果

芽孢是最难被杀灭的微生物,会造成食品腐败和食物中毒。食品工业上常采用100 ℃以上的高温来杀灭食品中的芽孢,但高温热处理会大大影响食品的营养和感官品质。为找到在较低温度下杀灭芽孢的方法,该研究采用5个不同处理的芽孢悬浮液（单独80 ℃热处理、100 mg/L Nisin处理、500 mg/L Nisin处理、80 ℃结合100 mg/L Nisin处理、80 ℃结合500 mg/L Nisin处理）对芽孢的杀灭效果,研究并探讨了杀菌机理。采用平板计数法、荧光偏振法、分光光度法和流式细胞术对Nisin协同较低温度的热处理后枯草芽孢杆菌芽孢的存活率、内膜流动性、吸光度值及内膜通透性进行了研究。研究发现：单独80 ℃热处理和单独使用Nisin均无法杀灭芽孢,但是80 ℃热处理与Nisin结合时能够对芽孢产生杀灭作用。80 ℃结合500 mg/L Nisin处理20 min后,芽孢存活浓度下降约1.4 Lg（CFU/mL）。80 ℃结合500 mg/L Nisin处理20 min后,芽孢悬浮液荧光偏振度显著降低（P< 0.05）,表明芽孢内膜流动性大幅增加;在此处理条件下芽孢的内容物释放程度最大,直观表现为吸光度值显著降低（P< 0.05）。80 ℃结合Nisin处理后,芽孢内膜通透性显著增加（P< 0.05）,并且Nisin浓度越高,芽孢内膜通透性越强。试验结果表明：80 ℃结合不同浓度Nisin处理能提高芽孢内膜流动性和通透性,能有效杀灭细菌芽孢。Nisin能降低细菌芽孢耐热性,有利于减少热杀菌处理对食品的负面影响。     

多孔不锈钢基体上多孔SiO2陶瓷膜的制备

为了研究SiO2陶瓷在孔径1μm的多孔不锈钢基体上的成膜性能,利用正硅酸乙酯通过胶溶法制得SiO2溶胶,对其制备过程中氨水的添加量、胶溶温度和胶溶时间以及SiO2陶瓷膜层制备过程中溶胶的陈化时间、黏合剂种类、制膜液浓度和烧结温度进行了探讨.结果表明,溶胶制备时氨水的添加量为2.1mol/mol,胶溶温度50℃,胶溶时间12h;SiO2陶瓷膜层制备时溶胶的陈化时间为24h,黏合剂为聚乙烯醇1750(PVA 1750),制膜液浓度为0.047mol/L,烧结温度为850℃;该条件下可以制得连续的颗粒状斜方相SiO2晶体陶瓷膜.     

多孔不锈钢基体上多孔SiO2陶瓷膜的制备

为了研究SiO₂陶瓷在孔径1 μm的多孔不锈钢基体上的成膜性能,利用正硅酸乙酯通过胶溶法制得SiO₂溶胶,对其制备过程中氨水的添加量、胶溶温度和胶溶时间以及SiO₂陶瓷膜层制备过程中溶胶的陈化时间、黏合剂种类、制膜液浓度和烧结温度进行了探讨。结果表明,溶胶制备时氨水的添加量为2.1 mol/mol,胶溶温度50℃,胶溶时间12 h;SiO₂陶瓷膜层制备时溶胶的陈化时间为24 h,黏合剂为聚乙烯醇1750（PVA 1750）,制膜液浓度为0.047 mol/L,烧结温度为850℃;该条件下可以制得连续的颗粒状斜方相SiO₂晶体陶瓷膜。     

不锈钢基体上TiO2陶瓷膜的制备

作者对不锈钢基体上TiO₂陶瓷膜的制备技术进行了探索。试验以304不锈钢片为基体，采用溶胶－凝胶法在其表面制备TiO₂陶瓷膜层，探讨了溶胶的浓度、pH值、黏合剂和烧结温度对TiO₂膜层形貌的影响，并利用X射线衍射技术(XRD)研究了膜层的物相结构。结果表明，添加1%的聚乙烯醇(PVA1750)黏合剂于浓度0.07M、pH2.0的溶胶中制得涂膜液，用该涂膜液浸涂304不锈钢片，干燥后于600℃烧结，可以得到均匀的片状结构TiO₂陶瓷膜，经XRD分析，该膜层以金红石相为主，另含少量锐钛矿相；添加0.3%的甲基纤维素(MC)黏合剂于浓度0.07M的溶胶中，用该溶胶浸涂304不锈钢片，干燥后于700℃烧结，得到纯金红石相的颗粒状TiO₂陶瓷膜层。添加两种不同黏合剂的溶胶均可在不锈钢表面形成连续的TiO₂陶瓷膜层，但两者的添加量不同，需要的烧结温度也不同，所得的物相结构及形貌亦不同。两种不同形貌的片状及颗粒结构之间分别形成较为均匀的孔隙，可以作为过滤时的截留孔。     

户用型可再生能源发电系统在苏尼特右旗应用的调查分析

中国西部地区风力资源和太阳能资源都非常丰富,利用当地资源和能源通过发展户用可再生能源发电系统(独立风能、独立太阳能和风光互补发电系统的统称)来解决牧民的用电问题.该文通过对内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗牧区户用型可再生能源发电系统的使用情况、牧民经济条件进行调查,分析了当地风能和太阳能等地区资源,推广户用型可再生能发电系统过程中所存在的问题及原因.通过调查发现,支付能力低和技术维护的非专业性是阻碍户用型可再生能源发电系统可持续发展的主要障碍.在现有条件下,通过优化系统配置可以有效的降低系统成本、提高系统使用的可靠性.     

镉对水稻幼苗根系细胞膜电位和膜透性的影响

镉（Cd）对膜透性、跨膜电势差等膜性质所产生的直接影响是造成Cd胁迫下植物对营养元素吸收异常的重要原因。以对Cd2＋敏感性不同的两个水稻品种（淮稻11号和扬稻6号）作为试验材料,采用玻璃微电极技术原位考察了水稻幼苗根细胞膜电位对Cd2＋胁迫的响应,同时分析了Cd2＋对水稻根系细胞膜透性的影响。结果表明,Cd2＋可使根表皮细胞膜电位在短时间内发生明显的去极化,去极化程度随Cd2＋浓度提高而增加;相同浓度Cd2＋所诱导的膜电位去极化程度与水稻品种有关,扬稻6号幼苗根系膜电位的去极化程度明显高于淮稻11号;在迅速的去极化之后,随后的30 min内是否发生复极化与水稻品种和Cd2＋浓度有关;就更长时间（0-12 h）来看,膜电位在经过了去极化阶段后仍有缓慢的恢复,淮稻11号在1.0 mmo1·L-1 Cd2＋处理6 h后已接近初始的膜电位值,而扬稻6号在处理12 h后仍不能恢复到处理前的水平;Cd2＋处理增大了水稻根细胞膜透性,且扬稻6号比淮稻11号膜透性增加的程度要大。     

社会主义新农村建设过程中的能源供应问题

党的十六届五中全会提出了建设社会主义新农村的重大历史任务。中国具有丰富的可再生能源资源,发展可再生能源是建设社会主义新农村的有力支撑。本文在分析了中国农村能源利用现状基础上,分析了制约中国可再生能源资源发展的主要因素,提出了完善政策法规体系、消除市场障碍、完善资金投入机制和加大宣传力度等建议。     

絮凝预处理对奶牛场膜生物反应器膜污染影响的中试试验

为探讨经济实用的高浓度奶牛场污水预处理方法,该研究开展了絮凝预处理对膜生物反应器（Membrane Bioreactor,MBR）膜污染的影响试验,试验采用高浓度奶牛场污水原水和絮凝出水作为MBR进水依次运行,对比分析了不同进水的膜污染规律及其原因。结果表明,絮凝出水作为MBR进水时膜污染速率较污水原水降低47%且膜组件的维护性清洗时间间隔由10 d延长至16 d;MBR处理污水原水的膜池混合液中胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）和溶解性微生物产物（Soluble Microbial Products,SMP）浓度分别为4.76和3.94 g/L,而处理絮凝出水时的EPS和SMP浓度值分别为3.97和2.23 g/L。两阶段MBR膜池混合液各粒径值总体上均呈现先增大后减小的趋势,第1和第2阶段的最大粒径体积百分比分别出现在第16天和第23天,第1阶段EPS浓度和SMP浓度均随着颗粒粒径的增大而减小,第2阶段EPS浓度随着颗粒粒径的增大而增大但SMP浓度与颗粒物粒径之间无变化规律;MBR处理污水原水的膜池混合液颗粒粒径的峰值较分散,且16 d后峰值向小粒径方向移动,而处理絮凝出水的峰值粒径相对稳定,且峰值粒径对应的最大体积百分比从3.57%增加至5.95%。MBR对2种进水的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）去除率均可达90%以上,氨氮（Ammonia Nitrogen,NH3-N）去除率均接近90%,对絮凝出水的总磷（Total Phosphorus,TP）处理效果高于污水原水。絮凝预处理使膜池混合液的EPS和SMP浓度降低且SMP蛋白质浓度显著降低（P<0.05）、膜池混合液颗粒粒径显著增加（P<0.05）,有效减缓了MBR的膜污染,絮凝预处理与MBR组合可望为高浓度奶牛场污水处理提供可靠的技术途径。     

膜生物反应器在猪场污水处理中的应用及技术现状

叙述了猪场污水的特点及膜生物反应器(MBR)处理猪场污水工艺的国内外应用及技术现状,对MBR用于猪场污水处理的几种典型工艺及应用实例、处理效果、操作条件的研究及膜污染和清洗方法等进行了讨论,并展望了MBR用于猪场污水处理的发展前景和今后的研究方向。