固体碳源填充床反应器反硝化性能的研究

为了优化固体碳源填充床反应器的运行条件,以PLA/PHBV颗粒为碳源和生物膜载体,研究了水力负荷与硝态氮负荷对反应器反硝化性能的影响,并用扫描电镜观察碳源表面生物膜的形态。结果表明,在进水硝态氮浓度为100 mg·L-1,水力负荷为1.71~8.39 m3·m-2·d-1时,反硝化速率呈现先增加后降低的趋势,最大值为40.53 mg·L-1·h-1;随着水力负荷的提高,出水硝态氮浓度逐渐增加,而COD浓度逐渐降低;维持水力负荷在3.54 m3·m-2·d-1以下,可保证反应器的出水满足我国饮用水标准对硝态氮与亚硝态氮浓度的要求;维持水力负荷为5.30 m3·m-2·d-1,反应器的反硝化速率与进水硝态氮负荷线性相关（R2=0.937）,而硝态氮负荷对出水的COD浓度未发生明显影响;维持进水硝态氮负荷不高于0.16 kg·m-2·d-1,可保证反应器出水的硝态氮与亚硝态氮浓度满足国家标准。通过扫描电镜照片可以看出,PLA/PHBV颗粒表面的生物膜以球菌和杆菌为主,成簇定植在碳源颗粒表面。     

生物法脱除好氧出水中的亚硝态氮

从溶解氧、温度、水力停留时间、pH值、C／N五个方面对一株好氧反硝化菌脱除生活污水处理过程中好氧出水中亚硝态氮的效果进行了研究讨论。从实验数据得出，当DO为2．5．温度为30℃，HRT为7h，pH为8，C／N比为6时，出水中亚硝态氮含量达到最低值。     

生物固体对土壤氮循环和硝态氮淋洗的影响

根据近２０余年有关生物固体对土壤中氮循环及硝态氮淋洗的献综述了有关的研究结果。从生物固体中氮的形态，矿化作用，氮被植物的摄取，氨的挥发，氮的固定与储存，硝化作用，反硝化作用及铵的淋洗介绍了氮的循环，从林地及农田的生物固体施用量，植被，季节及土壤的特征介绍了硝酸盐的淋洗状况，这对于生物固体合理的土地利用，发挥其正效应，以及保护环境可供参考与研究。     

以聚丁二酸丁二醇酯为碳源去除含盐水体硝酸盐及其动力学模型

以固体碳源反硝化工艺应用于闭合循环养殖废水的脱氮提供理论和技术参数为目的,研究了以一种非水溶性可生物降解多聚物材料（BDPs）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为反硝化碳源和生物膜载体的填料床反应器对含盐水体硝酸盐的去除效果及动力学特征。结果表明：水力停留时间对NO3--N去除效果影响较大,NO3--N去除率随水力停留时间延长而提高。在温度为(29±1)℃,进水NO3--N质量浓度为25～236 mg/L的条件下,进水NO3--N负荷低于0.32 kg/(m3·d)时,NO3--N体积去除负荷随进水NO3--N负荷的增加呈线性上升;进水NO3--N负荷为0.32 kg/(m3·d)时达到最大NO3--N体积去除负荷为0.21 kg/(m3·d);进一步提高进水NO3--N负荷则NO3--N体积去除负荷开始下降且出水中出现NO2--N积累。动力学研究结果表明以PBS为碳源和生物膜载体的反硝化速率遵循一级反应动力学。用Eckenfelder模型拟合,求出反应速度常数K值和常数n值且相关性良好。采用该动力学模型参数可以预测出水NO3--N浓度并用于实际闭合循环养殖系统的工程设计和优化运行。     

应重视硝态氮同化过程在降低土壤硝酸盐浓度中的作用

在保证生产力条件下,采取合理的氮肥管理措施降低土壤硝态氮浓度对降低氮污染至关重要。当前,应用硝化抑制剂能够有效延缓铵态氮的硝化速率,进而降低土壤硝态氮淋溶损失和氮氧化物排放,但是其缺点显而易见:促进氨挥发并引起硝化抑制剂污染。好氧条件下,土壤硝态氮净变化量取决于产生(硝化)和消耗(硝态氮同化)的量。但是,一直以来,受微生物优先利用铵态氮这一传统观点的影响,人们普遍认为农田土壤微生物较少利用硝态氮,很大程度上忽视了对硝态氮同化过程的研究。该过程独具优势,它将硝态氮转变为微生物生物量氮进行短期储存并发生再矿化,具有保氮功能且环境友好。加入特定的碳源可以提高硝态氮同化这已是不争的事实,未来应加强硝态氮同化降低土壤硝酸盐累积方面的研究:(1)外源碳影响硝态氮同化的微生物驱动机制是什么?(2)怎样才能操控硝态氮同化和再矿化过程,使得作物氮需求和土壤氮供应相匹配,进而降低氮损失?(3)在碳源充足的条件下,反硝化作用亦会增强,如何才能做到在提高硝态氮同化的同时避免反硝化氮损失?     

除氮生物反应器净化农田排水的研究及应用潜力分析

农田排水氮素输出是造成水环境污染的重要原因。近年来涌现的生物反应器除氮技术通过在排水末端增设固体碳源装置,将农田排水部分或全部导入后,使其中的硝态氮通过反硝化反应得到去除。该文回顾了国际上现有生物反应器净化农田排水的研究进展,并分析了农田生物反应器在中国南方湿润区应用的潜力。现有研究结果表明,除氮生物反应器可以有效净化排水水质,平均每年可降低23%～98%的氮素负荷;是一种占地面积少且水质净化效率高的农田控污措施。生物反应器的除氮效果与农田排水过程密切相关,并受到介质特性、入流、出流条件以及环境因子等的影响。中国南方平原作物生长及排水过程相对集中,气象等环境条件非常适于生物反应器的反硝化反应。如何因地制宜确定反应器安装位置与设计尺寸,筛选填料介质,并通过对排水过程的调控来优化生物反应器的除氮效果是需要进一步研究的问题。生物反应器系统后期管理与内部反应动态监测是保证系统正常运行的重要手段。利用生物反应器来净化农田排水具有良好的应用前景,该文可为推动生物反应器在中国的应用研究以及排水污染治理提供理论依据与技术支撑。     

太湖湖积物及黄海潮间海积物中氮的反硝化及硝态氮还原成铵的研究

Denitrification and nitrate reduction to ammonium in Taihu Lake and Yellow Sea inter-tidal marine sediments were studied.The sediment samples were made slurry containing 150g dry matter per liter.Various of glucose-C to nitrate-N.Acetylene inhibition technique was applied to measure denitrification in the slurres,All samples were incubated anaerobically under argon atmosphere,Data showed that Taihu Lake sediment produced more N2O than marine sediment,Denitrification potential was higher in Taihu Lake sediment than in marine one,Glucose added increase denitrification activity but not the denitrification potential of the sediments.Dissimilatory nitrate reduction to ammonium seemed to occur in marine sediment,but not in freshwater one.When the marine sediment was treated with 25mmol L^-1 glucose,its denitrification potentail,as indicated by maximum N2O production by acetylene blockage,was lower than that treated with no or 2.5mmol L^-1 glucose.Acetylene was suspected to have inhibitory effect on dissimilatory nitrate reduction to ammonium.     

不同因素交互作用对棕壤硝态氮累积及pH值的影响

本文采用室内恒温好气培养法,研究了温度（10℃和30℃）、水分（田间持水量的70%和100%）及尿素态氮用量（N 0、450、600、750）mg/kg 的交互作用对硝态氮累积和土壤酸化的影响。结果表明, 10℃下硝化作用进行缓慢,最大硝化率(K max)与施氮量呈极显著负相关（r=-0935**）,达到最大硝化率的时间(t0)与尿素态氮用量呈极显著正相关（r=0876**）。30 ℃下的硝化率随尿素态氮用量的增加而增加。低温环境延长了t0。10 ℃（70%和100%含水量）下,N 750 mg/kg 处理的t0分别相当于30 ℃下该处理的1.9 和 2.5 倍。所有处理土壤的硝态氮累积量均随培养热量的增加呈指数增长趋势, 且70%含水量下的累积量高于100% 含水量下的累积量, N 600 和 750 mg/kg 处理的累积量显著高于其他处理。培养结束后,30 ℃所有处理的pH值均显著低于初始土壤,其中N 600 和 750 mg/kg 处理的pH5.1, 酸化明显。通径分析结果表明, 尿素施用量和培养天数是影响硝化率进而影响pH值的重要因素,其次是培养温度和含水量。     

施氮量对白萝卜硝酸盐含量和土壤硝态氮淋溶的影响

在保护地栽培条件下,通过6个施氮水平的田间小区试验,结合土层原位渗滤装置,研究了施用氮肥对白萝卜（Raphanus sativus L.）产量和硝酸盐含量及土壤硝态氮淋溶的影响。结果表明,施氮处理白萝卜产量比不施氮处理仅增加6.04%～10.92%,当尿素氮施用量大于N 100 kg/hm2时,增产幅度开始下降。不同施氮处理白萝卜产量没有显著差异,说明在土壤基础肥力较高的情况下,增施氮肥不能明显提高白萝卜的产量;单施有机肥白萝卜体内硝酸盐含量为 196.86 mg/kg,比不施氮处理降低 5.08%。在此基础上加施尿素后,硝酸盐含量随氮肥施用量的增加显著升高（p0.05）;0—100cm土壤剖面硝态氮累积量随氮肥施用量的增加而增加,且与氮肥施用量显著正相关（r=0.993, r0.01=0.917）;白萝卜生长期间收集到的土壤淋溶液中硝态氮浓度较高,平均为32.88 mg/L,硝态氮的淋失量为 4.42～6.14 kg/hm2,不同施氮量处理之间没有显著差异。     

滴灌梯形迷宫滴头流道水力性能的响应曲面法优化

滴灌滴头水力性能优化是滴灌技术不断发展的需要。采用响应曲面法研究了梯形迷宫滴头流道的流道宽度、长度、深度、转角和流道单元数等5个关键参数对滴头水力性能（流态指数和流量系数）的影响与最佳水平。试验结果表明,所测试梯形迷宫滴头最优流道宽度、长度、深度、转角和流道单元数分别为1.55 mm、2.33 mm、1.55 mm、46.32°和20,优化后滴头的流态指数为0.4993、流量系数为0.4441,较优化前流态指数提高了5.624%,滴头水力性能得到了改善。     

微酸性电解水对污染轮胎表面的模拟消毒优化

为降低鸡场肠病原体疫病传播风险和兽药残留,通过响应面中和设计法,该试验评估了微酸性电解水(p H值5.85~6.53)对大肠杆菌和沙门氏菌混合污染轮胎的消毒效果,并探讨了清洗时间,消毒时间及有效氯浓度3个因素对微酸性电解水消毒效果的影响及相互作用规律,同时建立二次多项回归模型,并对消毒工艺进行优化。结果表明,3个因素皆对消毒效果有显著影响(p0.0001),且各因素影响大小为有效氯浓度消毒时间清洗时间;模型决定系数和调整决定系数分别为0.984和0.969,验证试验中,试验值与预测值的相关系数为0.97;消毒时间5 min、清洗时间4 min、有效氯浓度140 mg/L时,可以达到1.38 log10 cfu/cm2的杀菌数。该研究为微酸性电解水消毒提供了参考,并证明了微酸性电解水在畜牧业的应用潜力。     

考虑水迁移率动态变化改进土壤溶质地表流失模型

农田土壤溶质的地表径流流失是农业面源污染的重要组成部分,为了更加有效预测和控制农田土壤溶质的流失,该文将水迁移率考虑为随土壤侵蚀变化而变化的函数,并修改Hydrus-1D代码数值求解土壤溶质的地表径流浓度值。利用两组已经发表的试验数据对改进的模型进行校验,研究结果表明该文模拟值与观测数据的相关系数r≥0.81,残差绝对均值和均方根差与原模型的模拟值相比,分别平均减少了35.42和60.77 mg/L,该文改进的模型能更好地模拟土壤溶质的地表径流流失规律。该文的研究成果将为实际预防和控制农业面源污染提供参考。     

苹果中有机氯农药残留的超声波去除条件优化

中国是世界苹果第一生产大国,但中国苹果出口仅占世界贸易量的不足10%,其主要制约因素是安全性,其中农药残留是主要原因之一。论文采用响应曲面法对超声波去除苹果中有机氯农药残留的工艺条件（功率、时间、温度）及其交互作用进行了优化,并就超声波处理对苹果主要品质指标的影响进行了分析。结果表明：超声波去除苹果中有机氯农药残留的适宜工艺参数为：超声波功率为609.16 W,时间为70.46 min,温度为15.45℃,去除率可达到64.32%;超声波处理对苹果的硬度没有显著性影响;对苹果的总糖、总酸具有一定的显著性影响,但没有超出国家标准及主要出口国苹果标准的要求。超声波处理简单快速,能有效去除苹果中有机氯农药的残留,极大提高苹果的安全性,很容易和现有鲜果清洗、分级、打蜡生产线耦合链接,其产业化应用前景极为广阔。     

基于Hammerstein-Wiener模型的地埋管换热器出水温度预测

针对土壤源热泵系统节能运行的控制需求,该文提出一种面向系统运行控制的地埋管换热器Hammerstein-Wiener(H-W)模型。基于H-W模型结构特性和非线性特征,结合地埋管换热器168 h的实时进出、水温度数据,利用Levenberg-Marquardt寻优算法对H-W模型进行辨识,在此基础上,以48 h的逐时进水温度作为模型输入,模型预测值与相应数据的拟合度为99.44%,验证了H-W模型的预测结果。在连续1 000次的H-W模型辨识与验证测试中,拟合度高于90%的占83%。地埋管换热器H-W模型的辨识速度快、预测结果精度较高,并在持续的在线预测中显示了较强的稳定性,为土壤源热泵系统在线优化控制的实施提供了保障。     

Comparison of two quantitative soil organic carbon models with a conceptual model using data from an agricultural long‐term experiment

Quantitative soil organic carbon (SOC) models are required for a better understanding of C sequestration in soils and for prognoses at different scenarios. However, it is unclear whether the major C‐stabilization mechanisms are included adequately. Objectives were (1) to test the performance of the CIPS (Carbon turnover In Pore Space) model and the Rothamsted Carbon (RothC) Model for a prediction of the SOC dynamics at the long‐term experiments at Halle (Germany) and (2) to compare the model structures of the quantitative models and a conceptual model in order to identify shortcomings of the quantitative models. Both quantitative models had a similar prediction performance: the C dynamics was predicted satisfactorily for the Halle sites under continuous rye with NPK fertilization or without any fertilization (1878–1953), but larger deviations between modeled and measured C contents were observed for the continuous rye and maize in the entire period from 1878 to 1996. The comparison of the conceptual model with the quantitative models revealed that the neglect of the black C dynamics and the interactions of SOC with mineral surfaces are not included explicitly. Site‐specific calibrations are required where these processes have a significant impact on soil organic matter dynamics. Furthermore, the number of pools and mechanisms in the conceptual model is higher than in the quantitative models independent of their level of abstraction. Despite the neglect of some important mechanisms in the quantitative models, it has to be noted that they reproduce the SOC data generally well in agricultural surface soils. Moreover, they need only few inputs which are generally easily obtainable.     

响应曲面法建立超临界CO2萃取结晶穿心莲内酯工艺模型

以穿心莲内酯含量为30%的穿心莲浸膏为试验原料，采用响应曲面分析法(Response Surface Methodology，RSM)建立了超临界CO₂萃取结晶穿心莲内酯结晶率的二次多项数学模型，验证了数学模型的有效性，并探讨了萃取结晶压力、温度、时间对结晶率的作用规律。根据该模型进行了工艺参数的优选，以结晶率为指标，试验所得穿心莲内酯超临界CO₂萃取结晶优化工艺条件为：压力20.88 MPa，温度50.27℃，时间97.02 min，该条件下结晶率高达74.77%。