秸秆还田与沼液配施对盐渍化土壤养分及酶活性的影响

于2023年开展120 d的室内培养试验,设置棉秆全量还田(AS)、低量沼液单施(LB)、高量沼液单施(HB)、棉秆还田配施低量沼液(AS+LB)、棉秆还田配施高量沼液(AS+HB)共5个处理,分别于3、6、10、20、30、40、60、80、100、120 d进行破坏性采样,分析不同处理土壤主要理化指标和关键酶活性的变化,为南疆棉花秸秆在盐渍环境中的高效腐解和沼液合理利用提供参考。结果表明,棉秆还田配施沼液处理的土壤有机质变化呈现快速增加(0~10 d)和慢速积累(>10 d)两个阶段。与棉秆全量还田相比,高量沼液配施处理土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加25.15%、35.26%、79.25%和66.90%,土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性分别增加90.67%、66.54%和44.25%,土壤电导率也有所提升。冗余分析(RDA)揭示了有机质是土壤酶活性变化的主控因子,解释了方差变异的54.30%。因此,秸秆还田与沼液配施能够增加棉田盐渍化土壤有机质和全氮含量,促进酶活性增加,但沼液过量配施会增加土壤盐渍化风险。

竹炭/陶粒及组合填料BAF处理高氨氮沼液的挂膜启动效应

为研究竹炭/陶粒及组合填料曝气生物滤池(BAF)处理高氨氮沼液的启动特性,在水力停留时间为6 h,水温23.2~26.5℃,气水比5:1(DO 3~4 mg/L),进水NH_(4)^(+)-N浓度为33.1~222.3 mg/L,COD 42.5~242.3 mg/L的运行条件下,对比考察了竹炭BAF(Z-BAF)、陶粒BAF(T-BAF)和组合填料BAF(ZT-BAF)的生化特性、沿程变化和挂膜启动效应。结果表明,Z-BAF、T-BAF及ZT-BAF分别在26、18和13 d完成挂膜启动。挂膜期间,平均出水NH_(4)^(+)-N浓度分别为24.4、15.9及8.5 mg/L;平均出水COD分别为78.6、73.02和47.2 mg/L。通过检测不同运行天数BAF的沿程生化特性变化,发现挂膜24 d时,去除COD的异养菌主要集中在反应器下部,负责转化NH_(4)^(+)-N的自养菌主要集中在反应器中下部;在第24~40天,自养菌在与异养菌的竞争中逐步取得优势,逐步向反应器下部生长繁殖。电镜扫描分析确认了各反应器中的填料上附着生长良好的生物膜,且观察到相较于陶粒填料,竹炭填料表面具有更好生物膜生长特性。综上,ZT-BAF挂膜时间最短且对污染物去除效率最高,在高氨氮沼液负荷下,竹炭和陶粒作为组合填料更有利于提升BAF的挂膜启动性能。

塔里木河上游表层沉积物重金属污染特征与潜在生态风险评价

为了解塔里木河上游表层沉积物重金属的污染特征、来源及潜在生态风险,本研究采集并测定塔里木河上游阿拉尔—沙雅段0~10 cm表层沉积物重金属(As、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn)的含量,运用主成分分析(PCA)和Pearson相关性分析法进行溯源分析,采用潜在生态危害指数法和地质累积指数法对沉积物中重金属污染状况和潜在生态风险进行评价。结果表明,9种重金属之间均呈显著的正相关关系,塔河上游重金属主要来源于自然沉降,总体污染相对较小;重金属Pb、As和Cd为自然源、农业工业混合源以及交通活动复合源;地质累积指数法评价结果为0级,无污染;潜在生态危害系数法评价结果为各样点的R I均小于150,属于低污染,重金属Cd为中度潜在生态污染,其余重金属均为低度潜在生态污染。

APCS-MLR结合PMF模型的塔里木河上游沉积物重金属源解析与风险评估

为探究塔里木河上游沉积物中重金属的污染来源及潜在生态风险,选取上游阿拉尔—沙雅段表层沉积物为研究对象,测定Cu、Fe、Zn、Pb、As、Cr、Cd、Mn和Ni等9种重金属的含量,分析其污染及空间分布特征.结合相关性分析、聚类分析、绝对主成分-多元线性回归(APCS-MLR)和正定矩阵因子分析(PMF)等解析污染来源及其贡献,运用富集系数法、地质累积指数法、沉积物污染指数法和沉积物质量基准法(SQG)对重金属进行了风险评估.结果表明,除As外,Cu、Fe、Zn、Pb、Cr、Cd、Mn和Ni的平均含量均超过背景值;空间上重金属含量较高的采样点基本都出现在河流汇合处及人类活动的密集区.相关性分析、聚类分析和PCA/APCS分析表明,塔里木河上游沉积物的重金属来源主要有3类,第Ⅰ类中Cu、Fe、Zn、Pb、Mn和Ni可能代表禽类粪便和自然来源;第Ⅱ类中As、Cd和Ni可能代表农业活动源;第Ⅲ类中Pb和Cr可能代表交通活动源.APCS-MLR和PMF模型表明,源贡献率最高的是农业活动源,贡献率分别为63.20%和52.36%;养殖和自然来源、交通活动源是解析出的其他2个源,APCS-MLR和PMF解析得到的贡献率分别为10.80%、26.00%和36.09%、11.55%.风险评估方法均表明Cd和Ni处于轻度污染,偶尔会产生生物毒性效应;Zn无污染,生物毒性效应很少发生;塔里木河上游沉积物整体为自然-低风险水平,但样点TH1、TH4和TH7可能存在潜在生态风险.

游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(Ni AR)逐渐增加,硝态氮积累率(Na AR)逐渐减小,且Ni AR/Na AR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.

不同碳氮比(C/N)条件下驯化微生物的反硝化特性

为了研究不同C/N条件下驯化的微生物的反硝化特性,采用SBR反应器在4种C/N比(0、5、10、15)条件下对微生物进行驯化.在此基础上,通过批次试验分别考察以NO-2-N、NO-3-N及NO-3-N+NO-2-N作为电子受体时,驯化的微生物的反硝化特性.试验结果表明,对于4种C/N比条件下驯化后的微生物,NO-2-N和NO-3-N两种电子受体均可以被完全还原,但还原速率差异明显.当以NO-2-N为电子受体时,4种C/N条件下驯化的微生物的还原速率分别为:0.67、1.10、1.66、0.24 mgN·L-1·min-1.当以NO-3-N为电子受体时,随着C/N的增加,4种C/N条件下驯化的微生物的还原速率逐渐增大,分别为:0.31、0.61、0.82 mgN·L-1·min-1和1.01 mgN·L-1·min-1.然而以NO-3-N+NO-2-N为电子受体时,在C/N为0和5条件下驯化的微生物还原NO-2-N的速率高于还原NO-3-N的速率,而在C/N为10和15条件下却相反.此外,在初始NO-x-N浓度及pH值相同条件下,NO-2-N单独还原过程引起的pH增量高于NO-3-N单独还原过程,而较低C/N条件下驯化的微生物同步还原NO-3-N和NO-2-N时,系统内pH的增量较高.

脉冲式SBR处理垃圾渗滤液短程深度脱氮工艺特性

以城市垃圾渗滤液为研究对象,采用脉冲式SBR工艺进行短程深度脱氮试验研究.基于理论分析,建立了进水次数对脉冲式SBR法脱氮效率的影响公式,同时应用过程控制优化工艺运行.结果表明,脉冲式SBR工艺通过短程生物脱氮途径,NH4+-N和TN的去除率分别达到95.8%和90.0%以上,最终出水NH4+-N和TN分别低于5.0,15.0mg/L.精准的过程控制是脉冲式SBR工艺短程生物脱氮实现及稳定的主要因素.随着进水次数的增加,外碳源投加量明显减少.因此,采用脉冲式SBR处理垃圾渗滤液,可实现深度脱氮和节省运行费用双重目的.

新时期《水质工程学》实践教学模式改革探析

水质工程学是给水排水科学与工程专业的核心课程,其中实践教学主要包括课堂实验、课程设计、校外参观和生产实习。目前实践教学内容较为单一且流于形式,亟须对其教学模式进行改革。本文从教学内容、素材平台建立、实习工厂三个方面探讨了实践教学模式改革的可能性。为未来新时期专业人才素质的培养提供理论指导。

创新驱动下水质工程学实验课程体系的构建

《水质工程学》实验课程是培养给水排水工程高级专业技术人才必要的实践性教学环节及专业基本技能的重要基础,是培养学生分析能力、提出问题和解决问题能力的重要专业课程之一。本文从我校水质工程学实验课程开设的实际情况出发,重新构建实验课程教学体系,并借助计算机操作平台,构建虚拟仿真水处理系统,完成水处理系统全过程控制、运行管理等实验教学工作。通过实验教学体系构建,能够让学生在开放、包容的教学体系中自主开展实验,有利于提升学生的实践能力和创新创业能力。

污水处理厂工程设计教学改革研究

污水处理厂设计是培养给排水工程高级专业技术人才必要的实践性教学环节及专业基本技能的重要基础。将研讨式教学模式引入污水处理厂工艺工程设计,从设计题目的确定到最后评价指标体系的构建进行教学改革实践,既能实现学生工程设计能力的培养,又能增强学生的学习主动性。

新疆某高寒、高海拔矿区重金属分布特征及污染评价

为了探明新疆X湖高寒、高海拔采矿活动对该区环境中重金属的影响,采集不同点位土壤、水体和底泥沉积物进行系统评价。结果表明:该矿区土壤重金属平均含量均高于新疆土壤背景值,重金属在土壤中出现累积,采矿活动对土壤重金属的污染主要集中于As、Cd、Cu、Pb、Zn元素;总体上,随着海拔高度的升高,As和Cd浓度逐渐降低,而其他元素大致呈现逐渐升高的规律,各重金属元素在尾矿区出现明显累积。结合土壤重金属的正态分布、主成分分析/绝对主成分分数(PCA/APCS)受体模型、相关性分析和富集因子(EFs)分析可知,As、Cd和Cu的富集主要来源于采矿活动中产生的污染物,Pb和Zn的累积主要来源于尾矿的元素溶出和施工车辆尾气的排放污染。评价结果表明区域水体水质状况良好,未出现重金属元素超标情况;As、Pb、Cd未在沉积物中富集,而Zn、Cu、Ni、Cr均出现富集。沉积物重金属的潜在生态危害指数和地累积指数评价结果表明,尾矿区至采矿区部分点位为中度污染,且沉积物中重金属污染程度高于土壤。进一步开展高寒、高海拔矿区周边重金属元素的迁移转化规律及环境阈值研究,以及寻找适宜的生态恢复措施具有重要意义。

系统性“大工程”实践教学体系构建探究——以给排水科学与工程专业为例

为适应新时期国家和社会对工科专业人才的需求,提高学生在复杂工程背景下解决问题的能力,提升实践水平,以给排水科学与工程实践教学改革为例,提出建设系统性“大工程”实践教学平台。平台围绕“大工程”的设计特点,将核心理论课程的设计环节贯通,融合设计成果,形成设计模型,在锻炼学生动手能力、团结协作能力的同时,增强其系统性思维和工程观念,更好地达成给排水科学与工程专业的工科人才培养目标。

真空膜蒸馏技术淡化盐碱水试验研究

为探究真空膜蒸馏(VMD)技术淡化盐碱水工艺特性,为南疆盐碱水处理提供新思路,采用真空膜蒸馏小试,以农田排水为处理对象,考察不同温度(40℃、50℃、60℃)、不同冷侧真空度(0.025 MPa、0.052 MPa、0.070 MPa)和不同盐碱水浓度(5.30 g/L、7.00 g/L、9.60 g/L)对脱盐率与膜通量的影响。试验结果表明:各种不同操作条件下,VMD系统产水电导率均低于30μS/cm,脱盐率接近100%,说明操作条件对VMD系统脱盐率的影响不大;单因素试验结合多元线性拟合的结果发现,热侧温度、冷侧真空度与膜通量呈正相关,冷侧真空度的变化对膜通量的影响最大,温度次之,盐碱水浓度对膜通量的影响较小。

污泥堆肥工艺及其应用前景

城市污水处理厂会产生大量污泥,其有机质含量高,具有成为农用堆肥产品的潜力。利用污泥生产有机肥料,是污泥的处理处置方式之一,国内外主要的污泥堆肥工艺以好氧堆肥技术为主。该技术通过合理的控制供氧、通风、翻堆等条件控制,可以提高使堆肥产品的氮、磷、钾总养分和有机质含量,使污泥成为一种高效、优质、安全的有机肥料,非常适合于农业利用。

基于最小数据集的高寒高海拔矿区土壤质量评价

以新疆某高寒高海拔矿区为研究对象,选取18个土壤理化指标,通过主成分分析(PCA)建立最小数据集,对其土壤质量进行了评价。结果表明:各分区之间的总氮和总碳含量的变异系数分别为48.29%和50.96%,且受到采矿活动的影响,矿区土壤pH整体呈酸性,确定的最小数据集的评价指标是有机碳、Cr,Ca、总碳和生物量。土壤质量状况为生活区>冻融区>草甸区-2>草甸区-1>尾矿区>采矿区,说明采矿区的土壤污染最为严重,土壤质量最差。该研究结果可为高海拔矿区生态环境的保护和修复提供理论依据。

钛酸盐纳米材料对水中Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

以TiO2纳米粉和NaOH为原料,调节水热温度为100、150和180℃,制备钛酸盐纳米材料并研究其对Pb(Ⅱ)的吸附特性。结果表明:150℃条件下制备的钛酸盐纳米材料吸附性能最优,对Pb(Ⅱ)的去除能力能达到90%以上;动力学吸附在40 min以后达到动态平衡,吸附过程符合准二级动力学模型;TNs-150对Pb(Ⅱ)的吸附为放热过程,温度升高,TNs-150对Pb(Ⅱ)的吸附能力逐渐减小;Langmuir吸附等温模型很好地描述钛酸盐纳米材料对Pb(Ⅱ)的吸附,属单分子层吸附,饱和吸附量为227.27 mg·g^-1;TNs-150对Pb(Ⅱ)的吸附最佳pH为6.00,解吸率可达到80%以上。

游离氨对硝化菌活性的短期抑制影响试验研究

采用SBR反应器，在不同游离氨（FA）浓度梯度结合限时曝气条件下，考察了FA对全程硝化活性污泥（CNAS）和短程硝化活性污泥（PNAS）的抑制特性。结果表明，当3FA浓度介于2．5。197．2mg／L时，CNAS和PNAS系统内均可发生较好的硝化作用，氨氧化速率（AOR）均维持在较高水平，表明氨氧化茵（AOB）活性未受到抑制。但对于CNAS系统，当3FA浓度达到137．6～168．4mg／L时，亚硝酸盐氧化茵（NOB）活性受到完全抑制。此外，CNAS和PNAS的比氨氧化速率（SAOR）与FA浓度之间总体上呈现出指数增长关系，仅在反应的初始阶段，CNAS的SAOR表现出略微降低的适应过程。相对于CNAS，PNAS具有更强的抵抗FA抑制的能力。

游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸影响试验

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L^(-1)<FA<7.7mg·L^(-1)时,水中游离态氨(NH_3)和水分子(H_2O)结合,生成较稳定的NH_3·H_2O,几乎未发生氨逃逸.当FA浓度较高时(FA>687.1 mg·L^(-1)),氨氮未被氧化成氧化态氮[曝气结束时氧化态氮(NO_x^--N)浓度<0.1 mg·L^(-1)],但总氮(TN)损失量却达到了269.7 mg·L^(-1),因此,NH_3·H_2O通过挥发作用使得NH_3从水中逸出.在较高FA浓度条件下,氨根离子(NH_4^+)会以NH_3形式被吹脱,从而发生氨逃逸.在226.6 mg·L^(-1)≤FA≤711.8 mg·L^(-1)范围内,氨逃逸速率(FEV)随着FA浓度的增加而增加.

碳源类型对以NO_2^-为电子受体短程反硝化过程的长期和短期影响

短程生物脱氮是未来污水生物处理的主流技术,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤。碳源类型是NO-2还原过程的重要因素之一,为选择适于以NO-2为电子受体的反硝化碳源,采用序批式反应器(SBR),考察4种碳源(乙酸钠、甲醇、乙醇和生活污水)对NO-2为还原过程长期和短期影响。实验结果表明,微生物对不同碳源具有较强的适应性,经过一定时间的驯化,可明显提高微生物的反硝化能力,与未驯化时相比,还原速率分别提高3.1、2.1、1.7和2.4倍。培养初期,四种碳源条件下NO-2还原速率的大小关系为:r乙醇=1.3r乙酸钠=2.6r生活污水=3.8r甲醇。长期驯化稳定后,NO-2还原速率的大小关系为:r乙酸钠=1.4r乙醇=2.6r生活污水=4.3r甲醇。此外,经过驯化后,微生物可适应较高的p H值,增强抵抗p H波动的能力。当存在多种碳源时,微生物优先利用已驯化碳源。4种碳源中,乙酸钠最容易被微生物利用,还原速率为40.7 mg·(g·h)-1,而甲醇较难被微生物利用,其还原速率为26.2 mg·(g·h)-1。

以农田高盐排水为替代镁源回收养殖废水中的磷素

为解决新疆南疆地区养殖废水高浓度氮磷和农田排水中的高浓度盐分的协同污染问题,以农田高盐排水为镁源对模拟养殖废水中的磷进行了回收实验,对比了高盐排水和常规镁源的磷回收效率,探讨了影响其回收的主要因素,并通过正交试验获得了高盐排水回收磷的最优反应条件。与常规MgCl_(2)镁源的磷回收对比分析结果表明,pH=10时高盐排水回收磷的效率最高,比MgCl_(2)镁源达最大回收率所需的反应pH略高;利用L^(4)_(3)正交试验探究了pH(8、9、10、11)、Mg∶P摩尔比(1.0、1.5、2.0、2.5)、N∶P摩尔比(1.0、1.5、2.0、4.0)对高盐排水镁源回收磷的影响,并结合SPSS统计分析得到高盐排水回收磷的最优反应条件为pH=10、n(Mg)∶n(P)=2.5,n(N)∶n(P)=4;高盐排水中的HCO_(3)^(−)和SO_(4)^(2−)离子对磷回收有抑制作用,而Ca^(2+)离子对磷回收有促进作用;XRD和SEM-EDS分析表明,高盐排水回收磷的产物以鸟粪石为主,并夹杂着磷灰石和粘土矿物等杂质。整体上,以高盐排水作为替代镁源回收磷的效果较好,本研究为解决鸟粪石沉淀法的镁源问题提供了一种新思路。