砒砂岩坡面侵蚀产沙规律及多元回归估算模型研究

[目的]揭示砒砂岩坡面侵蚀产沙规律并初步建立侵蚀产沙估测模型,为创新砒砂岩区水土流失综合治理新措施提供参考。[方法]利用室内人工模拟降雨试验,依据18个工况的试验数据,定量研究了不同降雨强度、植被覆盖度和坡度3个因素对砒砂岩坡面降雨侵蚀产沙量的影响规律,并通过多元非线性回归方程建立了坡面侵蚀产沙预测模型。[结果](1)砒砂岩坡面产沙规律曲线均属于平缓型,每分钟产沙量随降雨历时呈现逐渐增大并直至稳定。(2)坡面产沙量受降雨强度的影响最为强烈,植被其次,坡度最小,且降雨强度对植被的减沙效益具有一定的影响,随着降雨强度的增加,低覆盖度的植被减沙效益降低。(3)产沙量同降雨强度呈幂函数关系,而同坡度和植被覆盖度在一定范围内呈线性关系。[结论]通过多元非线性回归方程所建立的侵蚀产沙估算方程的拟合相关系数(R^(2))可达到0.980,可以有效反映坡面侵蚀产沙量与各个影响因素的相互关系,具有较高的适用性。

改性玄武岩纤维生物巢技术在污水处理中的应用进展

改性玄武岩纤维(Modified Basalt Fiber, MBF)作为一种绿色环保的污水生物处理载体材料近年来受到重点关注,基于MBF构建的生物巢技术不仅可以强化水质净化效果,而且具有能耗低、污泥产量少等优点。从基本特性、生物相容性等方面对比常用载体材料并论述MBF的优势,梳理总结MBF生物巢技术的要点及其水质净化机理的基础上,重点介绍MBF在污水处理中的应用案例,并对MBF生物巢技术未来发展趋势和研究重点进行展望。

煤矸石制备NaX型分子筛及其对Cd^2+的吸附性能

以鄂尔多斯昶旭煤矿煤矸石为研究对象,采用碱熔法制备NaX型分子筛,利用FTIR、XRD、SEM、BET等方法对其进行了表征,并研究了分子筛投加量、废水初始pH值以及吸附温度对NaX型分子筛吸附废水中重金属Cd^2+性能的影响.结果表明,以煤矸石为主要材料合成的NaX型分子筛化学组成通用公式为3.5Na2O·Al2O3·2.9SiO2·150H2O,合成条件为陈化时间6 h、晶化温度和时间分别为100℃和12 h,结构为八面体晶体形状且具有较大的比表面积(406.7 m^2/g)和总孔体积(0.242 m^3/g).在分子筛投加量为2 g/L、废水初始pH=5、吸附温度为室温(25℃)的条件下吸附效果最好,对Cd^2+(100 mg/L)的去除率达到90%以上.采用Langmuir、Freundlich和Temkin三个等温吸附模型对吸附效果进行比较,NaX型分子筛吸附Cd^2+更加符合Langmuir等温吸附模型,其最大吸附容量达到100.11 mg/g.研究结果对利用煤矸石制备分子筛提供了一定的基础,并为其资源化应用提供了一种可能的途径.

W-OH材料对砒砂岩坡面土壤剥蚀率和微结构的影响

砒砂岩区是我国水土流失问题最严重的区域之一。为研究砒砂岩坡面土壤剥蚀率的影响因素及W-OH材料对其的改良效果,以内蒙古自治区准格尔旗地区砒砂岩为研究对象,采用模拟冲刷试验方法研究了冲刷流量(2,3,4 L/min)、坡度(5°,7.5°,10°)以及W-OH喷洒浓度(1%,2%,3%)对砒砂岩坡面土壤剥蚀率和微结构的影响。结果表明:(1)砒砂岩坡面剥蚀率沿坡面方向逐渐减小,且随着冲刷流量和坡度的增大而增大;(2)在流量、坡度固定条件下,随着W-OH溶液浓度的提高,砒砂岩坡面土壤剥蚀率改善效果越明显,坡面的抗蚀性能提升越高,当浓度超过2%时,对坡面固结效果较为明显;(3)SEM试验结果说明W-OH溶液可以对砒砂岩颗粒进行有效地包裹,从而防止水分侵蚀,提高坡面抗蚀性,这与溶液浓度和喷洒量关系密切,也与坡度和冲刷流量有一定相关性。研究结果将对W-OH用于砒砂岩坡面治理提供一定的理论支撑。

W-OH砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理

[目的]对W-OH砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理进行研究,为实现W-OH固结改良砒砂岩及其耐久性研究提供科学依据。[方法]采用W-OH(亲水性聚氨酯材料)对砒砂岩进行固结处理,基于无侧限抗压试验、三轴抗压试验,研究其在干湿循环条件下的力学性能,并结合SEM,EDS和称重法对其干湿循环后样品微观结构、元素和质量损失进行分析,以获得其破坏机理。[结果]W-OH砒砂岩固结体的无侧限抗压强度、弹性模量和黏聚力在1～3次干湿循环后升高;在3～9次干湿循环后,固结体的力学强度降低;9次之后,剩下高黏结力的W-OH胶结体包裹于砒砂岩颗粒表面,力学强度趋于稳定。内摩擦角在1～9次干湿循环后上下波动,9次干湿循环后趋于稳定。采用碳元素分析和质量损失分析相结合的方法对土样中W-OH流失特性进行评价,发现土样在1～9次干湿循环中W-OH胶结体逐渐降低,并在9次干湿循环后达到稳定,这与上述宏观力学变化的规律相似,验证了破坏机理,为判断其长期特性提供理论依据。[结论]研究表明可将9次干湿循环后达到稳定的W-OH砒砂岩固结体的力学性质作为土体的长期力学特性。

W-OH材料砂土固结体抗水流冲击性能

W-OH是一种以水为固化剂的亲水性聚氨酯改性复合材料,可广泛用于荒漠化防治和水土保持,具有优异的抗风蚀和水蚀性能。为研究W-OH与砂土的固结体抗水流冲击效果,采用模拟水流冲击试验,研究在W-OH质量分数(3%、4%、5%、6%和7%)、坡度(0°、15°、30°、45°和60°)和水流冲击速度(4、5、6、7、8、9和10 m/s)条件下,W-OH固结体抗水流冲击的性能。结果表明:基于W-OH的砂土固结体有很好的抗水流冲击能力,坡度越大抗水流冲击能力越强,坡度为60°时的抗水流冲击时间是垂直冲击的11.3倍;W-OH质量分数越大抵抗水流冲击性越强,60°坡度下,7%质量分数W-OH土壤固结层的抗水流冲击破坏时间是3%垂直冲击的219倍;水流冲击时间设定为5 min,固结层冲击破坏时间随水流速度增加而减小,说明W-OH浓度对砂土固结体抗水流冲击效果的影响显著,且与固结层水流冲击破坏的临界水流流速呈正线性相关。同时水流速度对固结层的冲击影响较大,但坡度的影响较小。该结果将为W-OH材料在砂土侵蚀防治应用提供一定的理论基础。

藏北退化高寒草原土壤细菌和真菌多样性分析

藏北高寒高原为西藏自治区主要牧区。在人类因素和自然因素双重作用下,目前藏北高寒草原退化程度比较高,严重影响当地社会?经济和环境健康与生态安全的可持续发展。草原退化的重要标志之一是土壤质量退化,特别是土壤微生物多样性明显下降,因此,探究藏北退化高寒草原土壤质量以及细菌和真菌多样性对评价其生态系统结构和功能具有重要作用。运用宏基因组学方法,基于高通量测序技术,对藏北退化高寒草原土壤细菌和真菌群落多样性进行分析。结果显示,藏北退化高寒草原土壤化学成分组成以SiO_2为主,占比为63.5%。土壤颗粒粒径分布介于10~0.1 mm之间,其中介于5~1 mm之间土壤颗粒占比为51%。细菌多样性、丰富度和相对丰度均显著高于真菌。放线菌门、变形菌门和酸杆菌门是藏北退化高寒草原土壤细菌群落的优势门类,占比分别为44.9%、16.4%和14.5%;而土壤真菌群落的优势门类主要为子囊菌门、其他类和担子菌门,占比分别为71.5%、14.3%和8.3%。通过对细菌和真菌多样性、丰富度和相对丰度进行计算,得出真菌/细菌比仅分别为0.725、0.260和0.258,表明藏北高寒草原土壤肥力已比较低下,且生态系统呈退化趋势。

砒砂岩改良风沙土物理和养分特征的大田试验

砒砂岩与沙土复配可以有效提升沙土的物理结构和养分特征,利用大田试验的方法,将不同体积比例(0、30%、50%、80%和100%)的砒砂岩添加到库布齐沙漠的风沙土中混合均匀,研究不同掺入比例条件下砒砂岩对风沙土的物理结构和养分特征的改良效果。结果表明:随着砒砂岩掺入比例的增加,黏粒含量、粉粒含量、毛管孔隙度、田间持水量、土壤团聚体、有机质、速效氮和有效磷含量逐渐增加,说明砒砂岩对风沙土具有明显的改良效果;在同一砒砂岩添加比例下,随着土层深度(0~30 cm)的增加,黏粒、粉粒、土壤有机质、速效氮和速效磷含量呈降低趋势,但土壤密度、毛管孔隙度及田间持水量的垂直变异特征较小,呈现明显表聚性,且50%的掺入比例可以作为改良的分界值;土壤颗粒及团聚体结构与土壤毛管孔隙度、有机质含量、田间持水量、速效氮含量及速效磷含量极显著正相关,说明砒砂岩与风沙土粒径的互补性较为明显。该研究成果将会为砒砂岩改良库布齐沙漠风沙土的大规模推广应用提供参考依据。

Erratum to： A new ecological control method for Pisha sandstone based on hydrophilic polyurethane

In this Erratum, we correct the family name of the first author that was spelled as “LINAG” in Journal of Arid Land and the correction is “LIANG”.

纳米Fe_(2)O_(3)强化MBF生物巢脱氮的机制

针对我国市政污水C/N比偏低的问题,本研究旨在探讨纳米氧化铁在MBF生物巢反应器中对低C/N比市政污水处理的强化脱氮效果及其机理。将纳米氧化铁添加到MBF生物巢反应器中,处理实际低C/N比市政污水,通过监测脱氮效率和碳源利用情况,结合微生物群落结构和功能基因表达量的分析,评价其处理效果。结果表明,纳米氧化铁的加入可显著提高反应器的脱氮效率,脱氮率提升了58%。微生物群落结构分析结果表明,纳米氧化铁影响了特定脱氮微生物的相对丰度。功能基因表达量分析结果表明,纳米氧化铁下调了微生物外膜上电子转移蛋白的表达,减少了种间电子传递,从而提高了胞内电子的有效利用率。以上结果表明,纳米氧化铁通过调节微生物群落结构和功能基因表达,可提高碳源的利用效率,进而实现对低C/N比市政污水的有效脱氮,可为市政污水处理提供技术途径参考。

MBF生物巢反应器对不同稀释比下高盐度工业垃圾渗滤液的处理效果

为高效处理高盐垃圾渗滤液,使用改性玄武岩纤维(MBF)填料构建新型生物接触氧化反应器,并全面评估形成的生物巢对高盐废水的处理效果。结果表明:MBF生物巢反应器对高盐垃圾渗滤原液中COD、NH^(+)_(4)-N、TN和TP的平均去除率分别达到(26.3±12.4)%、(29.4±8.8)%、(27.6±7.6)%和(16.5±10.4)%,对经1∶16稀释的渗透液中相应污染物的去除率则最高提升至(43.7±11.6)%、(59.5±21.4)%、(57.1±12.2)%和(26±8.2)%。废水经处理后,可生化性(B/C)从0.08最高提升至0.36(稀释条件为5∶16)。此外,高盐废水还能促使微生物分泌更多的胞外聚合物(EPS),其含量在原水条件下为417.5 mg/g(VSS),而在稀释后(稀释比1∶16时)下降至231.6 mg/g(VSS)。微生物种群结构分析显示,Halomonas作为一种好氧硝化-异样反硝化菌属在低稀释比的反应器中相对丰度较高,且随着盐度的降低而降低。对功能基因进行注释发现,盐度主要对生物的氨氧化过程产生抑制,在R-1、R-2和R-3号反应器中未检测出amoABC和hao表达,而反硝化功能酶的表达量也较种泥有所减少。该研究成果显示了MBF生物巢有对高盐水质的抗胁迫能力,为其在高盐垃圾渗滤液生物处理的推广应用提供依据。