基于响应面法的微咸水反渗透脱盐工艺优化

为应对淡水资源短缺,提高微咸水反渗透工艺的处理效果,设计了一种单级多通道低压反渗透(RO)中试装置,采用Box-Behnken响应面分析法(RSM)建立了微咸水RO淡化过程的模拟和优化模型.在不同的进料浓度,进水流量和浓淡水比例等工艺参数条件下,考察了系统的盐截留率和膜通量,分析和计算了系统的评价系数和单位能耗(SEC).结果表明,进料浓度和浓淡水比例是影响盐截留率的显著因素.低进料浓度、较高进水流量并不能显著提高盐截留率,反而会增加设备的单位能耗.在5000mg/L进料浓度的条件下,控制进水流量258.02L/h,浓淡水比例1.39时,脱盐效果最佳,评价系数达到10.58L/(m^(2)·h),单位能耗相对最低为5.15(kW·h)/m^(3).所建的RSM模型能够较好地模拟微咸水反渗透脱盐的过程,SEC预测精度良好,R^(2)值达到0.9925,盐截留率模型误差RMSE仅为0.36.RSM模型可以用于优化不同进料浓度下的操作条件,指导反渗透脱盐工艺的长期高效运行.

掺砂对土壤水分入渗和蒸发影响的室内试验

通过掺砂调控农田土壤水分入渗和蒸发,对新疆干旱绿洲农田抑盐、保水及合理的掺砂制度制定具有重要意义。该研究以不同的掺砂率为影响因子进行土柱模拟试验,设置了4个掺砂率水平,分别是0(对照)、25%、50%、75%。结果表明:不同掺砂率条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著地乘幂关系,影响顺序为75%>50%>25%>0,且在掺砂率≥25%影响幅度较大;不同掺砂处理对土壤水分蒸发过程同样也有显著地影响,随着掺砂率的增加,土壤蒸发显著减弱,随着掺砂率的增加,抑制土壤蒸发越强,且在掺砂率≥75%时有较大幅度影响。土壤在连续20d蒸发过程中,各个处理的土壤累积蒸发量随时间的关系和Rose经验公式拟合度高;不同掺砂处理能显著提高土壤掺砂层以下的土壤含水率,随着掺砂率的增加而增加,其中掺砂75%时最高。

覆砂对土壤入渗、蒸发和盐分迁移的影响

探讨覆砂厚度对土壤水分入渗、蒸发、盐分迁移的影响,对新疆干旱区农田抑盐、保水及合理的覆砂制度制定具有重要意义。本文采用定水头法入渗和模拟稳定蒸发条件,研究覆砂厚度对土壤水分入渗、蒸发过程以及盐分迁移的影响。以覆砂厚度为影响因子,在土壤表层设置4个厚度,分别是0(对照)、1.7、3.6、5.7 cm。研究结果表明:(1)覆砂抑制了土壤水分净入渗能力,这一抑制作用随着覆砂厚度增加而减弱;(2)覆砂可以显著抑制土壤蒸发,随着覆砂厚度的增加抑制力增大。在20天蒸发过程中,覆砂处理蒸发呈稳定态势,且累积蒸发量符合线性方程,而对照符合Rose经验公式;(3)覆砂可以改变土壤盐分在剖面中的运移,尤其减弱了盐分的表聚。总之,覆砂显著地抑制了土壤蒸发和盐分表聚,即在覆砂厚1.7 cm上就可达显著效果,但对土壤的净入渗能力具有抑制作用。

绿洲农田表层掺砂、覆砂对土壤水分入渗的影响

为认识绿洲农田表层掺砂和覆砂后层状土的入渗规律及农业生产实践提供依据,通过模拟试验研究了绿洲农田表层掺砂、覆砂对土壤水分入渗的影响。试验以不同掺砂量和覆砂厚度为影响因子,设置0%(对照)、25%、50%、75%、100%(纯砂)5个掺砂量处理,折合为覆砂厚度分别是0、1.7、3.6、5.7、8cm。结果表明:表层掺砂(除100%)能显著提高土壤入渗能力,并随着掺砂量(除100%)的增加而增加,且提高了掺砂层下部含水量;覆砂抑制了土壤入渗能力,且随着覆砂厚度增加抑制减弱;经Philip和Kostiakov入渗模型参数拟合和I200验证得出:Philip和Kostiakov入渗模型均有较高的实用性,其中Kostiakov入渗模型更佳。

微咸水化学沉淀脱盐效能的影响因素及最佳投加量研究

针对高矿化度的岱海水质,开展了系统的化学沉淀法脱盐净水技术研究。首先,通过投加NaOH+Na_(2)CO_(3)以及Ca(OH)_(2)去除Ca^(2+)和Mg^(2+),降低原水硬度;其次,加入BaCl_(2)去除SO_(4)^(2-)。通过对比不同反应时间、搅拌强度、反应温度以及加药量条件下Ca^(2+)、Mg^(2+)和SO_(4)^(2-)的去除率,确定最佳工艺条件。针对岱海典型总溶解性固体含量及组成,反应时间30 min、搅拌强度大于400 r/min、温度高于30℃、NaOH投加量为80 mg/L时,对Ca^(2+)的去除效果最理想。去除Mg 2+的最佳条件为反应时间40 min、搅拌强度大于200 r/min、温度高于30℃、Na_(2)CO_(3)投加量略超过100 mg/L。去除SO_(4)^(2-)的最佳条件为反应时间30 min、搅拌强度600 r/min、温度高于30℃、BaCl_(2)投加量略超过400 mg/L。通过设置最佳工艺条件,可经济有效协同去除水中相关离子含量,促进岱海水域高质量发展。

微咸湖泊反渗透脱盐无机结垢风险评价及静态阻垢技术研究

针对微咸水湖泊水体反渗透(RO)脱盐过程中的膜表面无机钙垢问题,采用陶氏Rosa软件与海德能的IMSDesign膜设计软件,分析了不同工艺条件下RO膜的无机结垢风险。以岱海原水为研究对象,模拟研究了RO系统在回收率20%~70%、温度5℃~35℃、pH6.5~9.5和矿化度3~15 g/L等条件下运行效能,随着回收率、温度、pH增加,RO设备运行时膜的无机结垢风险逐渐增加,尤其是在回收率、温度和矿化度分别高于28.0%、6.80℃和3 g/L时,需要投加一定浓度的阻垢剂。研究以应用广泛的聚天冬氨酸(PASP)作为阻垢剂,采用CaCl 2溶液进行阻垢预试验,确定了适宜的PASP投加率为0.002 mg PASP/mg Ca^(2+)。采用岱海典型原水进行静态阻垢试验,受其他阳离子的影响,适宜的PASP投加率为0.04 mg PASP/mg Ca^(2+),阻垢率可达78.97%以上。

岱海水质及水生物状况分析

岱海是国家级重要湿地,也是内蒙古自治区级湖泊湿地自然保护区,近年来,岱海湖面萎缩、水质恶化等问题较为突出。该文分析了20世纪以来岱海水质状况、水生物状况、环境演变与水质现状,并根据研究结论建议从控制外源污染、加大生态补水和建设生态环境修复工程三方面遏制岱海水环境持续恶化,可为岱海流域制定合理有效的水环境解决方案提供参考。

PE浮球覆盖下水面蒸发抑制率及水质影响研究

针对我国北方干旱地区湖面和水库无效蒸发量过大问题,采用物理覆盖法,通过使用不同直径、不同颜色PE浮球对水面进行覆盖,研究其蒸发抑制率和对水质产生的影响。结果表明,PE浮球对水面蒸发抑制效果较好,不同直径浮球间蒸发抑制率有所差异,直径为100 mm、80 mm、60 mm的浮球蒸发抑制率分别为70.79%、75.91%、75.35%。浮球覆盖也可以一定程度降低水体中盐分和TDS的上升速率,试验中PE球覆盖蒸发池的盐度、TDS、电导率较无覆盖蒸发池的上升速率分别降低了18.5%、17.5%、18.4%。PE浮球物理覆盖法具有较好的抑制蒸发和降低水体部分溶质浓度上升速率的效果。

PAM和保水剂对苹果园土壤水分含量及苹果生长的影响

在陕北黄土丘陵沟壑区以不施PAM、保水剂为对照,分期监测了施用PAM和BJ2101-L、沃特保水剂对坡地苹果园0~300 cm土层土壤水分及苹果树体生长的影响。结果表明,在干旱期PAM和BJ2101-L、沃特保水剂对土壤水分无显著影响;在雨季0~50 cm土层土壤水分则分别提高了10.11%、6.38%和5.24%;雨季末期提高了9.69%、16.70%和5.91%;翌年春季提高了11.97%、13.96%和7.62%。PAM和保水剂主要影响坡地果园0~50 cm土层土壤水分,对50 cm以下土层土壤水分基本无影响。施用PAM和BJ2101-L、沃特保水剂苹果产量分别提高了14.47%、16.61%和12.99%。黄土丘陵沟壑区坡地果园应在雨季前或土壤水分含量较高时施用PAM和保水剂。

基于不同湿润速度下PAM水解过程对砂壤土入渗的影响

为揭示土壤结构改良剂聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)在不同湿润速度下对土壤入渗的影响机制,通过土槽入渗试验,研究混施干粉PAM(0、22.5、45 kg·hm-2)的砂壤土在不同湿润速度(2.5 mm·min-1和6.25 mm·min-1)下土壤入渗参数的变化,通过测定非毛管孔隙率、导气率和团聚体含量来描述土壤结构特征。结果表明:湿润速度显著影响土壤累计入渗量和稳定入渗率,高速湿润条件下的累计入渗量和稳定入渗率比低速度湿润条件分别降低了23.75%和26.70%。在同一湿润速度下,PAM在不同阶段对土壤入渗的影响截然相反:湿润阶段,在PAM作用下土壤累计入渗量、土壤非毛管孔隙率和导气率等均有不同程度降低,且PAM用量越大降低幅度越大,此时正处在逐渐水解过程中的PAM分子长链堵塞了土壤孔隙,抑制了土壤水流运动;连续流阶段,PAM能够提高土壤稳定入渗率、土壤非毛管孔隙率和导气率,且PAM用量越大提高幅度越大,此时PAM分子已经完全水解,发挥了稳定土壤结构的作用,增加了土壤结构中水稳性团聚体含量,从而促进水流入渗。研究不同湿润速度下PAM水解过程对砂壤土入渗性能的影响,可以为PAM在改良土壤结构方面更广泛的应用提供理论依据。

化控复配对盐碱地向日葵生长影响的初步研究

针对内蒙古河套灌区干旱少雨、蒸发强烈、土壤盐碱化严重等突出问题,开展了保水剂(SAP)、聚丙烯酰胺(PAM)与粉煤灰复配对盐碱地向日葵生长影响的试验研究。初步结果表明:施用SAP+粉煤灰(30、45、60 kg/hm^2+15 t/hm^2)和PAM+粉煤灰(15、30、45 kg/hm^2+15 t/hm^2)均能提高向日葵茎、叶、花盘、籽粒的生物量,向日葵产量分别提高8.77%、16.67%、20.49%、16.03%、22.51%、26.46%,水分生产率分别提高4.96%、12.07%、13.54%、13.26%、16.80%、18.04%。在不考虑投入成本等因素的前提下,就提高产量和水分生产率而言,45 kg/hm^2的PAM与15 t/hm^2的粉煤灰复配效果最佳。

干粉PAM溶解时间对土壤饱和导水率的动态影响

本试验选取两种质地土壤(黏壤土和砂壤土),采用3种干粉PAM施用水平(0、22.5 kg/hm^2和45 kg/hm^2),测定土样在10.25 mm/h入渗速度下的土壤饱和导水率(KS),然后根据土样团聚体含量和稳定性及团聚结构的微观图片,分析干粉PAM影响下土壤结构的变化特征,进而说明干粉PAM溶解时间对KS的影响机理。结果表明:施用PAM后,KS随干粉PAM在水中溶解时间的延长而逐渐减小,最终趋于稳定;干粉PAM溶解时间较短时,PAM处理的KS高于对照,其中PAM施用水平45 kg/hm^2时砂壤土KS提高幅度最大,较对照提高26.87%,但不同PAM施用量处理间的KS差异不显著。干粉PAM溶解时间足够长时,PAM处理的KS均显著低于对照,其中PAM施用水平45 kg/hm^2时黏壤土KS降低幅度最大,较对照降低10.86%,但是不同施用量处理间KS差异不显著。从影响机理上分析,PAM主要是通过增加土壤团聚体含量及稳定性来提高KS;而干粉PAM溶解时间足够长时,由于PAM易吸附土壤颗粒,水解后的PAM分子链不断伸张延长,堵塞了土壤孔隙,加上PAM本身的黏滞特性,从而降低了KS。研究干粉PAM溶解时间对KS的动态影响,可以为PAM在改善土壤导水能力方面的应用提供理论依据。

湿润速度对土壤饱和导水率的影响机理

为了揭示不同湿润速度对土壤饱和导水率（Ks）的影响机理,针对2种类型土壤（粘壤土和砂壤土）,设置8个湿润速度（2.25 mm/h,4.25 mm/h,6.25 mm/h,8.25 mm/h,10.25 mm/h,12.25 mm/h,14.25 mm/h和16.25 mm/h）,以无湿润速度（0mm/h）的环刀浸泡饱和为对照（CK）,共9个处理,进行室内Ks的测定,最后通过分析团聚体指标和试验后土体微观结构照片验证结论.结果表明：湿润速度显著影响Ks,湿润速度越大,Ks越小.2种土壤Ks与湿润速度呈线性负相关,相关系数R2均达到0.96以上.湿润速度从0 mm/h增加到16.25 mm/h,粘壤土Ks由2.94 cm/h变化至2.01 cm/h,降低31.50％,而砂壤土则在3.97～2.86cm/h之间变化,降低27.79％.粘壤土的Ks受湿润速度影响非常明显,而砂壤土的Ks只有在高速湿润下才表现出显著差异.对于不同类型土壤,同一湿润速度下Ks也不相同,且差异显著,这与2种土壤的团聚体指标密切相关.湿润速度对Ks影响机理主要是土体中水流运动产生的剪切力破坏了土壤结构,湿润速度越大,产生的剪切力也越大,土壤结构破坏越完全,从而导致土壤导水能力显著下降.

陕北丘陵沟壑区“山地苹果”园保水剂应用技术

保水剂是继农药、化肥、地膜之后最易被广大农业生产者接受的第四个农用化学合成产品。保水剂在土壤中能够吸收、保存几百倍甚至上千倍的水分,且吸收、保存的水分可缓慢释放于土壤中,供作物吸收利用。保水剂无毒、无残留、无污染[1-12],在果树生产中可拌土育苗,提高出苗率;可蘸根保湿,减少苗木运输中的水分散失;也可施于定值穴,提高苗木移栽成活率。

内蒙古砂壤土浅层掺粘对土壤蒸发影响的研究

通过室内模拟试验,研究了砂壤土浅层添加不同粘量对土壤蒸发速率、累积蒸发量、土壤剖面含水率的影响,并分析了土壤中粘粒质量分数对砂壤土水分蒸发过程的影响和机制。结果表明,土壤表层掺粘量越多,第一蒸发阶段维持时间越久;蒸发第二阶段,0%、2%、5%、10%、20%掺粘处理下绝对日蒸发量均随着掺粘量的增加而增加。相对蒸发速率转折时间与绝对蒸发速率一致。第一蒸发阶段,掺粘量越大,相对蒸发速率越小;蒸发第二阶段,掺粘量越大,蒸发趋势越大。蒸发第一阶段,各掺粘处理绝对累积蒸发量差异不大;第二蒸发阶段,绝对累积蒸发量均随着掺粘量的增加而增加。不同掺粘处理下绝对累积蒸发量与蒸发时间呈对数函数关系。相对累积蒸发量随着掺粘量的增加而减小。不同掺粘处理下相对累积蒸发量与时间呈一元二次函数关系。蒸发结束后,掺粘处理土壤剖面含水率均高于对照,剖面含水率随着掺粘量的增加而增加,且在砂壤土和掺粘层有一个转折点。

PAM·SAP及其复配对地温和小麦生长的影响

[目的]为干旱、半干旱区农田施用PAM和SAP用量和方法提供理论依据。[方法]通过温室盆栽方法,分析聚丙烯酰胺(PAM)、保水剂(SAP)以及复配对作物根区土壤温度和生长过程的影响。[结果]在0～5 cm层深的土壤中添加PAM和SAP,可以改善根系周边土壤温度,与对照相比,土壤温度最大降幅达2～3℃,但对于添加PAM和SAP后15～20 cm层深的土壤,受阳光辐射强度弱、土壤含水率高且水分堵塞土壤空隙的影响,土壤温度比对照的有所提高,而且由于PAM空间锁水比SAP点状锁水效果更好,PAM的恒温作用要强于SAP。在作物生长初期,PAM和SAP对植物水分的补给作用尤为明显,有效增加作物鲜重和地下干物质积累,地上鲜重、地下鲜重与对照相比高出1～3倍,地下干重与对照相比提高1～2倍。[结论]将PAM和SAP应用在利用地下部分的经济作物和地上部分水分含量较高的作物增产效果会更加明显。

干播湿出对向日葵生长发育及苗期地温的影响

为了探索河套灌区向日葵干播湿出技术,通过田间试验,研究了免冬春灌干播湿出和春灌+膜下滴灌对向日葵株高、茎粗、生物量的影响,同时在田间定位监测了不同土层土壤温度。结果表明,干播湿出可促进向日葵根系生长,提高地下部生物量;苗期,干播湿出较春灌+膜下滴灌不同土层(5、10、20和40cm)土壤日平均温度分别增加了0.74、0.66、0.46和0.44℃;而且干播湿出较春灌+滴灌节水600m^3/hm^2。可见干播湿出膜下滴灌具有节水和提高土壤温度的作用。

内蒙古扎赉特旗水稻节水灌溉试验研究

为了探索内蒙古东北寒地水稻节水控制灌溉技术适宜性,开展了田间试验,研究当地水稻常规淹灌、"浅晒浅湿"和"浅晒湿干"3种灌溉方式对水稻生理指标以及产量构成因子的影响。试验结果表明:"浅晒浅湿"和"浅晒湿干"2种节水控制灌溉技术均可促进水稻分蘖,增加水稻茎秆单壁厚度;2种节水控制灌溉技术水稻的穗数、产量均比常规灌溉高,单位面积穗数分别提高了16.9穗和23.3穗;产量比对照分别高出3.7%和5.9%。2种节水控制灌溉技术具有一定的节水增产效益,为推广寒地水稻节水控制灌溉技术提供了一定的理论支撑。

覆膜滴灌对玉米生长及苗期土壤温度的试验研究

为了探索河套灌区玉米不覆膜滴灌对其产量及土壤理化性质的影响,2015年在内蒙古河套灌区中游开展了玉米不覆膜滴灌试验研究。定株测试玉米不同生育期的株高、茎粗和产量对比分析,得出：在苗期和拔节期,覆膜滴灌玉米株高和茎粗显著优于不覆膜处理,抽雄期后对玉米植株生长性状影响差异不显著,但不覆膜处理玉米产量较覆膜处理下降了15.87%;在玉米苗期,0~40cm耕层土壤,覆膜处理较不覆膜处理土壤温度平均增加了5.62℃。土壤耕层温度的提高为玉米生长提高良好的土壤环境。

玉米地下滴灌适宜的毛管铺设参数及灌水定额研究

通过土箱试验,研究不同土壤质地条件下毛管铺设参数(滴头流量、埋深)和灌水定额对地下滴灌湿润半径(滴头到最远湿润边缘的距离)的影响规律,结合内蒙古中部地区玉米常见的种植行距,分析在不同土壤条件下玉米地下滴灌适宜的毛管铺设参数和灌水定额。结果表明:按显著性水平0.05检验,土壤质地和灌水定额均对土壤湿润半径影响显著,而滴头流量和埋深对湿润半径影响不显著。玉米地下滴灌适宜的毛管埋深为25~35 cm,宜采用少量多次的灌溉方式,黏壤土和壤土适宜的灌水定额约为22.5 mm,毛管铺设间距黏壤土为90~100 cm、壤土为90~110 cm;沙壤土适宜的灌水定额15.0~22.5 mm,毛管铺设间距90 cm左右。