水葫芦厌氧发酵特性研究

采用批次发酵方法,研究了不同生长状态水葫芦产气潜力、酸化特征.结果表明:处于不同生长状态的水葫芦产气潜力相差较大,正值分蘖期的水葫芦产气潜力达到336 ml/g (总固体,TS)和517 ml/g(挥发性固体,VS),而处于越冬缓慢生长期的水葫芦产气潜力仅为231 ml/g(TS)和266 ml/g(VS),前者的VS降解率是后者的1.48倍;水葫芦厌氧发酵过程中,甲烷最高含量可达75%;水葫芦酸化过程较快,pH经暂短下降后,迅速恢复到7.0左右,产生的有机酸主要是乙酸和丙酸,在有机酸含量最高时分别占总有机酸的46.70%、46.45%.     

水葫芦挤压渣的厌氧发酵特性

为了研究固液分离对水葫芦厌氧发酵的影响,本试验以经过固液分离的水葫芦挤压渣为原料,采用批式反应,进行了厌氧发酵产甲烷特性的研究,并进行了中试验证.研究结果表明,在室内中温(35℃),发酵料液总固体(TS)8％的条件下,水葫芦挤压渣发酵启动速度快,其干物质产气率可达398ml/g,甲烷含量可达59％.中试运行结果表明,在常温条件下(21～29℃),采用渗滤液回流方式,水葫芦挤压渣干物质产气率达0.33m3/kg,最高容积产气量达0.60m3/(m3·d),平均容积产气率为0.27m3/(m3·d).以上研究结果表明,经固液分离后,水葫芦挤压渣仍是良好的厌氧发酵原料.     

水葫芦厌氧发酵产沼气技术研究进展

水葫芦是中国十大入侵生物之一,但由于它生长繁殖快、水体净化能力强,如果加以合理利用,可以变害为宝.本文综述了水葫芦能源化利用的研究进展,同时,指明了进一步研究方向与重点.     

水葫芦与蓝藻厌氧发酵产沼气研究

在室内进行了以水葫芦以及水葫芦添加蓝藻为底料的厌氧发酵产沼气对比试验,试验结果表明:水葫芦是一种良好的沼气发酵原料,产气高峰期主要集中在发酵前期的30 d,单一使用水葫芦为物料产气速度稍快于添加蓝藻的处理;新鲜水葫芦的产气潜力为0.34 L/g TS;主要发酵阶段所产沼气中CH4含量达60%,添加蓝藻处理所产沼气的CH4含量最高可达70%以上。     

水葫芦厌氧发酵制沼气的正交实验

水葫芦是一种很好的厌氧发酵制沼气原料,选取水葫芦厌氧发酵过程中的进料量、初始pH值、温度、C/N进行四因素三水平的正交实验研究,以探究4个主要控制因素对水葫芦厌氧发酵过程的影响.结果表明:水葫芦厌氧发酵属于中温发酵过程,高温对发酵系统不利;弱碱性的初始pH值有利于提高产气率:不同的C/N对产气规律的影响不明显.     

水葫芦对氮磷营养的需求及分布规律初探

分析、研究了水葫芦植株不同生长时期、不同部位的全氮和全磷含量,并与常见的经济作物进行比较。结果表明:供试水葫芦植株各部位的水分含量较皆高于90%;不同生长部位和生长阶段的氮与磷素营养含量不同,幼叶对氮和磷素的需求皆高于老叶;与主要作物相比,水葫芦对氮与磷素营养的吸收能力较强。     

水葫芦根系脱落物的氮磷含量分析

为了探讨水葫芦净化富营养化水体过程中根系脱落物的氮磷释放对于水质的影响,在滇池草海水域,利用围栏控制性种养水葫芦,于2013年5-11月,每隔30 d监测单元框内水葫芦生物量(鲜重)与干重,采集水葫芦样品测定植株氮磷含量;收集单元框内根系脱落物,并监测鲜重与干重及其氮磷含量。结果显示:(1)5-9月(旺盛生长期)和10-11月(逐渐枯萎期)的水葫芦植株干物质氮磷含量无显著差异(P>0.05),但是旺盛生长期内水葫芦的生长速率明显高于逐渐枯萎期(P<0.05),使得旺盛生长期内水葫芦对水体氮磷的净化效果明显优于逐渐枯萎期。(2)根系脱落物的鲜重仅占水葫芦鲜重增加值的7.72%;根系脱落物的干重仅占水葫芦干重增加值的2.10%,根系脱落物含氮量仅占水葫芦植株含氮量增加值的2.50%;根系脱落物含磷量仅占水葫芦植株含磷量增加值的3.05%。分析认为,与水葫芦植株从水体带走的氮磷量相比,随着根系脱落物降解释放而返回水体的氮磷量极少,不会对湖泊水质造成负面影响。     

水葫芦和香蒲对富营养化水体及其底泥养分的吸收

为探明水葫芦、香蒲改善富营养化水体水质的效果及其对底泥养分释放的影响,以其为试材,采用人工模拟试验方法,分析其对不同富营养化水体及其底泥养分吸收的情况。结果显示:水葫芦比香蒲有更好的适应性,在不同浓度的水体中生物量快速增加,而香蒲则需要较长的适应期;在总氮、总磷浓度分别为3.2～14.2 mg/L和0.2～1.0 mg/L的富营养化水体中,水葫芦、香蒲均可有效地消减上覆水中总氮和总磷。处理3个月后,水葫芦净化系统的总氮、总磷浓度分别降至0.84～0.86 mg/L、0.035～0.044 mg/L,对水体总氮、总磷的去除量分别为72.0%～94.0%、82.5%～98.1%,总氮、总磷的负荷去除量分别为18.4～105.8 mg/(m2.d)、1.3～7.6mg/(m2.d);香蒲净化系统的总氮、总磷的浓度分别降至0.96～1.09 mg/L、0.030～0.062 mg/L,对总氮、总磷的去除率分别为66.0%～92.8%、77.0%～93.8%,总氮、总磷的负荷去除量分别为8.4～52.3 mg/(m2.d)、0.6～3.7 mg/(m2.d)。表明水生植物水葫芦和香蒲可有效消减富营养化湖泊水体氮、磷等内源污染物,对富营养化水体水质具有良好的改善效果。     

水葫芦去除不同富营养化水体中氮、磷能力的比较

采用人工模拟试验方法,在2007年11月至2008年10月期间比较研究了水葫芦(Eichhornia crassipes)对4种不同程度富营养化水体氮、磷的净化效果和去除能力.结果显示,水葫芦在4种富营养化水体中均可正常生长,全年的平均生物量增长率为0.096～0.262 kg/(m2·d),且明显受温度的影响.经过21 d的净化,水葫芦对4种富营养化水体氮、磷均表现出良好的净化效果.4种富营养化水体的TN(总氮)、NH+4-N(铵态氨)、IP(总磷)平均浓度分别由初始的206～20.08 mg/L、Q 27～10.98 mg/L和Q 14～1.43 mg/L降至0.27～8.87 mg/L、0.06～0.71 mg/L和0.03～0.47 mg/L.水葫芦对TN的平均去除率随初始TN浓度的增加而降低,对TP的去除率则相反;水葫芦对4种不同程度富营养化水体的TN、NH+4 -N、TP的平均去除率分别为55.82%～86.55%、78.15%～93.54%和76.01%～92.53%.水葫芦对TN、NH+4 -N、TP的单位面积负荷去除速率则均随水体初始氮、磷浓度的增加而升高,平均分别为84.69～533.70 mg/(m2·d)、12.94～478.70 mg(m2·d)和5.01～63.06 mg/(m2·d).     

添加水葫芦对牛粪厌氧产沼气的影响

在中温(35℃)条件下,采用批量发酵方式,研究了不同添加比例的水葫芦对牛粪厌氧发酵产气特性的影响.试验没置了水葫芦添加馈分别为牛粪鲜重的5%、10%、15%、20%和25%等5个处理.研究结果表明:水葫芦的添加对系统产气有明显促进作用,其中以15%添加量产气效果最好,在90 d的试验过程中,总产气量较对照高出177%.但是水葫芦的添加量并非越多越好,添加量与产气率的关系为先升后降的一条抛物线,说明在水葫芦添加比例为15%时,牛粪中的产甲烷菌具有最伟活性.     

水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的可行性研究

阐述了太湖流域水体氮磷污染现状,分析了水葫芦治理水体氮磷污染的潜力与风险,提出了水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的关键措施。并且还根据水葫芦处理水体氮磷污染成本分析,提出了确保水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的新机制:全经济补贴机制、有效监管机制和政策保障机制。     

三峡库区典型农业小流域水体氮磷浓度动态变化

在三峡库区涪陵段选择以玉米/水稻—榨菜轮作为主的王家沟农业小流域,对流域内不同水体(包括沟渠径流 水和浅层地下水—井水)的氮、磷浓度进行了3年的连续监测,以了解农业生产活动对流域水体质量的影响.研究发 现,每季作物播种初期,由于施肥活动的影响,水体的总氮和总磷浓度明显上升,但在成熟收获期则趋于下降.沟渠 径流水与井水总氮在监测期间的平均浓度分别为6.28和12.0mg/L,总磷平均浓度分别为0.15和0.16mg/L.井水 总氮浓度显著高于沟渠径流水的浓度,但总磷浓度则没有明显差异.两种水体的总氮和总磷浓度间存在极显著的相关 性(p<0.001).硝态氮是水体中氮素的主要存在形态,其对水体总氮浓度的贡献率高达67%~89%.值得一提的是, 有一半以上(55%)的井水样品中硝态氮浓度超过生活饮用水卫生标准限值(10mg/L).流域内下部(末端)集中分布着 较多水田的子集水区的径流氮素浓度比水田零星分布的子集水区更低,这表明土地利用空间分布格局对流域氮素的 迁移和净化有重要影响.     

氮磷浓度对条斑紫菜细胞培养的影响

氮和磷对紫菜的细胞生长和发育有很大的影响，本文讨论了不同氮源、不同氮和磷的浓度和不同细胞密度笃条斑紫菜细胞培养的存活率和细胞生长的影响。试验结果显示，对于细胞生长用ＮＯ３－Ｎ作为氮源估于用ＮＨ４－Ｎ的。前３天培养的细胞对Ｎ／Ｐ浓度的变化有一些忍耐性，３天后Ｎ／Ｐ的浓度对细胞存活率有影响，当Ｎ／Ｐ浓度为１８－２０／１．８－２．０ｍｇｌ＾－１时细胞存活率最高，第６天时，可达到７７－８０％，细胞分裂速度     

氮磷浓度对条斑紫菜细胞培养的影响

氮和磷对紫菜的细胞生长和发育有很大的影响，本文讨论了不同氮源、不同氮和磷的浓度和不同细胞密度笃条斑紫菜细胞培养的存活率和细胞生长的影响。试验结果显示，对于细胞生长用ＮＯ３－Ｎ作为氮源估于用ＮＨ４－Ｎ的。前３天培养的细胞对Ｎ／Ｐ浓度的变化有一些忍耐性，３天后Ｎ／Ｐ的浓度对细胞存活率有影响，当Ｎ／Ｐ浓度为１８－２０／１．８－２．０ｍｇｌ＾－１时细胞存活率最高，第６天时，可达到７７－８０％，细胞分裂速度     

水葫芦生态工程措施对太湖竺山湖水环境修复效果的研究

采取以水葫芦(Eichhornia crassipes Solms)等为代表的生态工程措施净化污染水体,成为污染水体治理的发展趋势。在太湖流域,虽然已有多年的工程措施经验,但尚无针对该种生态工程措施实施过程中对水质改善影响的系统性研究,为此对2011年太湖竺山湖种养66.7 hm2水葫芦期间水体营养盐吸收和水质净化效果进行了调查研究,结果表明:受风浪扰动等水文气象条件的影响,工程区内外水体交换强烈,水体透明度、p H等基本理化指标变化不明显,水葫芦种养区内未出现厌氧现象,水葫芦工程措施对颗粒物及蓝藻具有滞留效果,使得水葫芦种养区水体TN、TP含量较高,其变化幅度分别为1.13~3.30、0.085~0.165 mg·L-1,低于外围水体中TN、TP含量;受气温及水流等影响,水体中蓝藻密度在8月份达到高峰,放养区内叶绿素含量为77.97 mg·m-3,同期边缘和外围含量分别为84.40、86.84 mg·m-3,植物根部叶绿素含量较高,表明水葫芦根须对蓝藻细胞具有较强的拦截作用。全年收获20000 t水葫芦,从水体中共带出N、P、K的量分别为19.8、2.4、44.5 t,表明规模化种养以水葫芦等为代表的生态工程措施具有较好的水体净化功能,为扩大利用水葫芦等速生漂浮植物建立的"移动湿地式"生态工程措施治理较大面积富营养化水体提供了依据。     

小球藻对水体氮磷的去除效率

在小球藻液中分别添加不同含量的氮磷溶液,研究小球藻净化氮磷的能力.结果表明,氮磷组合含量不同对小球藻吸收氮磷有一定影响,小球藻对氮磷的吸收随着培养时间的延长而逐渐升高.氮的去除率在70%左右,磷的去除率在60%以上;对NO3-的最大去除量为1.10 g.L-1,最大去除率为87.6%;对PO34-的最大去除量为0.28 g.L-1,最大去除率为100%.     

几种除草剂水体残留对水葫芦生长的影响

采用模拟除草剂水体残留的方法研究了稻田3种常用除草剂二甲四氯钠、苄嘧磺隆、丁草胺水体残留对水葫芦生长的影响。结果显示:水体中不同浓度的3种除草剂对水葫芦生长均有影响,其中3.36 mg/L二甲四氯钠处理的水葫芦植株的药害症状最为明显,0.10 mg/L苄嘧磺隆处理的次之,4.25 mg/L丁草胺处理的最小。3种除草剂不同浓度处理下水葫芦干物质产量、分株数均随除草剂浓度的增加而降低。     

不同沉水植物对水体氮磷的净化效果

通过6种沉水植物金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、苦草（Vallisneria natans）、大苦草（Vallisneria gigantea Graebner）、黑藻（Hydrilla verticillata）、矮慈姑（Sagittaria pygmaea）、皇冠草（Echinodorus amazonicus）在模拟污水中的培养试验,研究其对模拟污水中氮、磷的净化效果,从中筛选出适用于治理城市污水的沉水植物。试验结果表明,随着培养时间的延长6种沉水植物对水体氮的净化率降低,除金鱼藻外,其他5种沉水植物对水体磷的净化率增加。苦草的氮净化效果最好（12.16%）;黑藻和苦草对磷的净化率高,分别为96.69%和92.98%。随着处理时间的增加,氨氮比例降低、硝态氮比例增高。苦草对氮磷均有较好的净化效果,是较好的沉水植物。     

水葫芦能源利用的生命周期环境影响评价

水葫芦厌氧发酵能源化利用已成为水葫芦处理与资源化利用的一个重要途径,以汀苏省农业科学院水葫芦中试基地与常州市武进区水葫芦综合利用示范上程为案例,利用生命周期评价的方法建立水葫芦厌氧发酵产沼气工程污染物排放的清单,并对系统生命周期环境影响进行评价,以水葫芦能源利用产生1 MWh电能为功能单位,评价其对环境产生的影响.研究过程将整个生命周期分成3个阶段:水葫芦厌氧发酵预处理、水葫芦厌氧发酵产沼气发电和沼液沼渣农田应用,重点考虑了3种环境影响类型:全球变暖、环境酸化和富营养化.评价结果为:各类型环境影响指数分别为2.1×10-3、4.89×10-2和1.98×10-1,与能源作物发电及传统火力发电相比较,水葫芦厌氧发酵能源化利用中的CO2、SOx、NOx等污染物排放量均较低,对环境的负面影响最小,但水葫芦能源利用的生命周期效率仅为0.09,低于能源作物热电联用的技术途径(0.119).降低水葫芦厌氧发酵能源化利用中的石化能源消耗、控制堆肥及沼液沼渣有机肥施用过程中氨挥发损失,对于提高水葫芦能源转化效率与降低环境影响指数至关重要.     

不同覆盖度水葫芦对水体环境的影响

通过设置不同覆盖度放养水葫芦的处理试验,分析其综合的环境效应,结果显示:在水面固定的情况下,水葫芦生物净产量和水体水分蒸腾量随放养覆盖度的增加而显著增加,但单位生物净产量随放养覆盖度的增加显著减少;水体沉积物、pH值、溶解氧及叶绿素含量均随放养覆盖度的增加而降低;综合考虑各因素水葫芦放养以水面的1/3覆盖度较为合理.