鱼菜共生技术及其系统装备的研究现状与展望

中国淡水养殖产量稳居世界第一位,但过量投饲和养殖模式落后带来的水体富营养化、生产效率低下以及水产品质量无法得到保障等问题严重制约了水产养殖业的健康发展,因此发展鱼菜共生等生态种养模式是加快发展生态循环农业并最终实现农业绿色可持续发展的重要途径。鱼菜共生技术可实现氮素和水资源的高利用率,生产农产品的同时生态效益也很显著。鱼菜共生系统包含水产养殖、养殖尾水预处理、微生物降解转化、作物栽培等农艺环节,涉及多种农业生产过程和装备。本文总结了国内外现代鱼菜共生技术的发展现状,介绍了鱼菜共生系统的装备组成和模式特点,分析了鱼菜共生技术及其装备存在的问题和挑战,提出鱼菜共生技术未来发展趋势与建议。

聚羧酸减水剂对承德地区典型尾矿制备砂浆性能影响研究

为解决尾矿堆积对承德地区自然生态带来的问题,使用承德地区的钒钛磁铁矿尾矿、钼尾矿、磁铁矿尾矿和萤石尾矿替代天然砂,探讨不同掺量的聚羧酸减水剂对尾矿基砂浆性能的影响规律。试验结果表明:聚羧酸减水剂可以增加砂浆的表观密度;随着掺量的增加,4种尾矿基砂浆的保水率、抗折强度和抗压强度均先升后降;优化后的钒钛磁铁矿尾矿砂浆、钼尾矿砂浆、磁铁矿尾矿砂浆、萤石尾矿砂浆,掺加减水剂最佳质量比分别为0.4%、0.4%、0.3%、0.2%。

细粒含量对石墨尾矿液化特性的影响

尾矿坝是一种高势能危险源,在地震作用下易发生液化致使坝体失稳溃坝,影响尾矿坝的使用安全。采用动三轴试验方法,以黑龙江省鸡西市石墨尾矿为对象,研究三种循环应力比(CSR)下细粒含量(F_(c))对石墨尾矿液化特性的影响规律;应用Ishibashi孔压模型对孔压增长过程进行模拟;同时研究固结比、围压以及饱和度对石墨尾矿液化特性的影响规律。研究结果表明,随细粒含量的增加,石墨尾矿的抵抗变形能力提高,孔压增长速率减慢,抗液化能力增强;随着CSR的增大,石墨尾矿的抵抗变形能力降低,孔压增长速率加快,抗液化能力减弱;Ishibashi孔压模型可以很好地模拟石墨尾矿液化过程中孔压的发展,对于不同细粒含量下的石墨尾矿非常适用。结果还表明,随着固结比及围压的增加,石墨尾矿的液化将逐渐被抑制,使其抗液化能力增强;随着饱和度的增加,可促进石墨尾矿的液化,使其抗液化能力减弱;CSR越小,各种因素对液化特性的影响效果越明显。研究结果可为石墨尾矿坝的液化研究提供科学合理的理论依据。

尾矿库回水工艺优化应用实践

尾矿水与其它工业废水相比,数量大,有害物质含量通常不高,为减少新水的使用,降低选矿厂生产供水系统的基建经营费用,减少工业废水对下游的影响,尾矿水在选矿生产许可的条件下,尽可能多回收利用,少向下游排放。结合具体工程实例,浅谈尾矿库回水工艺。某尾矿库使用初期时采用坝下设置回水泵站回水,使用中后期在库区内增设浮台泵站和导流回水设施,通过对尾矿库不同使用期的回水工艺优化,降低选厂生产成本,有效调节控制库区水位,提高回水率。

包头某稀土尾矿库对周边环境的影响研究

为了解包头某稀土尾矿库对周边环境的污染状况,梳理总结了相关研究结果,并提出了相关污染防治建议。针对该尾矿库周边环境污染状况的检测和评价均表明:该尾矿库周边地表水、地下水及土壤存在不同程度的盐离子、重金属、稀土污染,越靠近尾矿库,污染状况越严重,环境生态风险越高;在做好该稀土尾矿有价元素及有益组分回收的同时,应尽量恢复尾矿库植被,固定尾矿干滩,减少扬尘,防止污染扩散;植被恢复的植物物种应在耐盐植物或盐生植物中进行筛选,以减轻尾矿基质改良成本,并应兼顾转移、容纳或转化、耐受稀土的植物,尤其是超积累植物,为该尾矿库的生态修复提供有益参考。

冷水鱼养殖尾水治理技术试验

为保护水域生态环境,实施环保养殖,加强养殖业自身环保建设,采用固液分离、沉淀吸收、氧化降解、微生物降解过滤净化和植物吸收等生态处理技术,开展冷流水养殖尾水综合处理技术研究,在处理系统为养殖面积40%的情况下,能有效降低尾水中的COD和氮磷,处理效果分别达到了100%、87.13%、75.56%。

铁尾矿废石免烧透水砖制备及性能研究

以铁尾矿废石、水泥和铁尾矿粉为原材料,静压成型制备铁尾矿废石免烧透水砖,研究了成型压力、保压时间、养护时间、水胶比、孔隙率对透水砖抗压强度、透水系数的影响,通过SEM分析样品的微观形貌。结果表明:配合比设计参数为设计孔隙率20%,水泥10%,铁尾矿粉10%,铁尾矿废石80%,水胶比0.4,减水剂掺量为1.5%;透水砖的最佳工艺条件为成型压力8 MPa,保压时间50 s,标准养护28 d,在此条件下制得的透水砖抗压强度为10.4 MPa,透水系数为2.24×10^(-2) cm/s。

焦化废水生化尾水特征及其深度处理技术进展

焦化废水污染负荷高、有机污染物组成复杂、生物毒性强,是一类非常难处理的煤化工废水。经传统的“物化+生化”工艺处理后,其生化尾水中仍残留部分难降解有机物与一定的生物毒性,COD难以达到《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB 16171—2012)的限值要求,需进一步处理。分析了焦化废水生化尾水中的残余有机物和生物毒性特征,归纳总结了混凝、吸附、膜过滤等分离技术,Fenton、催化臭氧氧化、电磁强化氧化、过硫酸盐氧化与电化学氧化等转化技术及分离转化协同工艺对生化尾水中难降解有机物的去除效能和不同有机组分及生物毒性的变化规律,指出在认识水质特征与生物毒性转化规律的基础上,兼顾有机物高效去除和处理出水的生物安全性,开发协同组合工艺与短流程技术是焦化废水生化尾水深度处理技术的发展方向。

排渗失效下尾矿库溃坝三维模型试验研究

针对尾矿库渗透破坏模式,为克服二维试验槽边壁效应对模型渗流走向及溃决位置的影响,本文以某尾矿库为原型,基于自主设计的三维尾矿库溃坝模型试验平台,进行了排渗设施失效诱发的尾矿库溃坝模型试验研究,揭示了该尾矿库的溃决模式及溃决机理。结果表明:(1)排渗失效导致的溃坝呈现局部流土破坏-坝体累计变形-深层滑动面发展贯通-整体突发失稳的渐进伴突发型溃决演化模式;(2)坝体孔隙水压力骤变是坝体发生滑动破坏的关键响应指标,预示着坝体将在短时间内由滑动体前后缘局部散浸软化、流土、塌陷转变为大范围溃决,可作为坝体溃决事故的前兆信息;(3)排渗失效导致的尾矿库溃坝过程具有渐进性和突发性的特点,发生散浸与流土破坏的过程时间较长,发生深层滑动和溃决的时间短暂,该特征可为尾矿库渗透破坏隐患治理及坝体溃决应急响应提供参考。研究结果对尾矿库溃坝的灾害预防具有重要的现实意义。

稻田-沟渠协同净化池塘养殖尾水效果

为了实现养殖尾水达标排放和循环利用,本研究构建了稻田-农沟-强化沟协同净化系统,考察了各净化单元对池塘养殖尾水中TN、TP、COD_(Mn)和TSS的处理效果,并采用水质标识指数法评价其去除特征和效果,通过浓度沿程衰减的模型拟合分析了相关水质指标沿流程变化规律。结果显示:净化系统出水中TN、TP、COD_(Mn)和TSS浓度平均值分别为1.33、0.19、6.61和12.00 mg/L,去除率分别为86.73%、89.26%、85.77%和93.68%。池塘养殖尾水经净化系统处理后综合水质得到明显改善,其中主要污染物TN得到了显著改善,相关水质达到《淡水池塘养殖水排放要求》(SC/T 9101—2007)一级排放要求;TN、TP和COD_(Mn)沿流程变化规律符合线性削减模型。结果表明稻田-沟渠系统可用于池塘养殖尾水的达标排放。

低温对含盐食品污水深度处理性能与微生物群落的影响

固体碳源被广泛应用于污水深度处理,但是低温条件下对含盐食品污水的处理性能还缺乏评估,微生物特性也需要揭示。以聚丁二酸丁二醇酯为固体碳源,考察了不同温度条件下的脱氮性能、微生物群落结构以及基因富集特征。结果表明:常温(25~28℃)条件下的固体碳源反应器出水可以满足《污水综合排放标准》一级标准。低温(5~9℃)对脱氮性能抑制显著,NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N去除率仅为30.17%、73.51%,并且运行初期存在出水有机物超标的风险。固体碳源体系中unclassified_Comamonadaceae、Acidovorax分别是主要的硝化、反硝化菌属,但容易受低温影响而丰度降低。此外,温度降低还会导致硝化基因(amoA、amoB、amoC)和反硝化基因(narG、narH、narI)丰度降低。

长江大保护试点城市某污水处理厂尾水湿地净化效果研究

为探寻污水处理厂配套尾水湿地净化效果,以长江大保护试点城市某污水处理厂尾水湿地为例,通过现场调查与采样,分析湿地出水水质特征,探讨影响湿地污染物去除效率因素。结果表明:尾水湿地出水COD、NH_(3)-N及TP浓度满足设计目标,潜流湿地对COD去除率较高,表流湿地对氨氮及磷的去除率较高,优于涵养塘;湿地实际运行水力负荷、水力停留时间和污染物负荷与设计值不符,影响污染物去除效果;据此提出湿地运行优化建议,促进湿地深度脱氮除磷,提升尾水湿地效能;运行优化可提高潜流湿地污染物去除率,同时污水处理厂减少碳排放94.74 gCO_(2)m^(3)。研究结果可为该尾水湿地运行管理及长江大保护试点城市系列污水处理厂配套尾水湿地设计与运维提供参考。

海水养殖尾水中NH_(4)^(+)-N去除技术的机理与工艺研究进展

总结了海水养殖尾水中NH_(4)^(+)-N的来源及特点,NH_(4)^(+)-N去除技术的机理与功能微生物、工艺应用及其微生物分布等,重点对海水养殖尾水中NH_(4)^(+)-N去除技术的机理与工艺应用进行了阐述。好氧氨氧化微生物主要包括氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)及全程硝化菌(comammox),厌氧氨氧化微生物主要包括厌氧氨氧化细菌(AnAOB)。基于好氧氨氧化微生物原理去除NH_(4)^(+)-N的主要工艺技术包括移动床生物膜反应器(MBBR)、曝气生物滤池(BAF)、人工湿地和生态塘等;基于厌氧氨氧化菌处理海水养殖尾水的主要工艺技术有厌氧流化床、厌氧固定床等。指出工艺应用与微生物种群结构之间关系的研究不足。富集氨氧化微生物从而实现经济高效脱氮是未来工艺研究的重点方向。

盾尾刷更换时液氮冻结温度场及冻结参数影响的数值模拟分析

为合理确定高水压下液氮冻结止水更换盾尾刷的冻结设计参数及掌握温度场变化规律,结合某过江通道长距离盾构掘进过程中盾尾刷更换时的液氮冻结止水工程,利用ADINA大型有限元分析软件建立液氮冻结止水及盾尾刷更换数值模型,模拟温度-时间变化曲线与现场实测数据对比,验证模型的合理性,并对土层、去路液氮温度、冻结管长度、冻结管间距、冻结方式进行敏感性因素分析。结果表明:1)冻结效果随土层的不同而发生改变,在卵石层、砾砂层、粉细砂层3种土层中,粉细砂层的冻结效果最差,卵石层最好;2)在有限的冻结时间内,去路液氮温度的不同,只影响土体从开始冻结至越过0℃完成相变这期间的降温速度,不影响完成冻结以后的土体降温速率;3)冻结管长度对土层冻结的影响较小,可以采用较短的冻结管,以降低施工成本和液氮消耗量,但不能过短,应保证其纵向有足够的支撑范围,经计算分析,当冻结管长度为1.52 m时,能在轴面处满足2.0 m的冻结壁厚度要求;4)冻结管间距对冻结效果影响大,冻结管越密,冻结速度越快,效果越好;5)在相同条件下,双环预埋冻结管液氮冻结效果优于管片上直接打孔液氮冻结。

硫自养反硝化系统处理化工园区尾水特征分析

采用硫自养反硝化装置对某农药化工园区水处理系统末端排水进行脱氮处理,系统成功启动且运行平稳后,在室温约16℃,HRT为22 h情况下,分别运行硝酸盐模拟废水和实际废水。试验结果表明,以NO3--N模拟废水运行25 d,NO_(3)^(-)-N平均去除率为87%,出水平均浓度为21 mg/L;以实际尾水运行20 d,TN平均去除率为88%,出水平均浓度为17mg/L,反硝化系统脱氮效果良好且运行稳定。对反应器内不同阶段的微生物进行高通量测序分析,在门水平上的结果表明Proteobacteria为占比最大的菌门,Campilobacterota由模拟废水过渡到实际废水运行阶段,丰富度显著增加。在属水平上Sulfurimonas和Thiobacillus为系统内存在的典型菌属,二者具有硫自养反硝化功能,反应后丰度均有较大提升。其中Thiobacillus表现在硫自养反硝化功能上表现出优势,在无机硫的氧化和硝酸盐的还原中发挥了重要作用。

接种两株有益菌的生物絮团净水性能及饲料化潜力

为强化新的絮团形成菌伪杜擀氏菌YN12(Pseudoduganella eburnea YN12,YN)利用养殖尾水生成生物絮团效果,并将絮团制成饲料,探讨在胡子鲶(Claris fuscus)饲养上的可行性。在生物絮团系统中,接种活性污泥(Activated sludge,AS)、伪杜擀氏菌YN12和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,BS)并配制成7组(AS、YN、BS、AS+YN、AS+BS、YN+BS和AS+YN+BS),分析絮团形态结构差异,评估出对模拟养殖尾水氮去除效果及微生物群落结构优势的最佳组合,最终收集最佳组合絮团烘干研磨成粉末添加到商业饲料制粒,分成对照组和絮团组两组,探讨对胡子鲶的生长性能、饲料利用率、肌肉营养成分及肝脏的消化酶和免疫酶活性的影响。结果表明:YN+BS组水质净化效果稳定,总氮去除效果(89.6%)良好,氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐积累低,具有良好的絮团生成量(9.0 ml/L)及占据优势(47.5%)的反硝化菌群(包括Hydrogenophaga、Flavobacterium、Pseudoxanthomonas、Burkholderiaceae、Comamonas、Acinetobacter等)。该组絮团粉以5%比例与商业饲料混合、研磨加工制粒后用于胡子鲶养殖,发现胡子鲶生长性能[包括存活率:(100±0.00)%>(95±0.00)%;增重:(2.81±0.35)g>(2.52±0.52)g;体长增加(1.68±0.36)cm>(1.51±0.34)cm]和饲料系数55±0.03>46±0.12均优于纯商业饲料的对照组,然而在淀粉酶等消化酶、免疫酶包括过氧化氢酶、总超氧化物歧化物、谷胱氨酸过氧化物酶等及肌肉营养成分包括谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和甘氨酸等鲜味氨基酸上均低于对照组。YN+BS组絮团饲料在生长性能占据优势,然而在消化能力、免疫活性及肌肉营养成分上并未表现出明显优势,需要进一步调整水平絮团添加水平以优化胡子鲶饲养效果。

PHBV-硫铁矿基人工湿地处理实际污水处理厂尾水混合营养反硝化研究

以河南省新乡市某大型污水处理厂尾水为研究对象,开展模拟人工湿地尾水深度脱氮除磷研究。选用聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)和硫铁矿作为湿地系统的主要功能填料,构建异养反硝化与自养反硝化相结合的混合营养反硝化系统。通过水质指标监测和高通量测序等手段,探究工艺运行效果与微生物群落结构机制。构建PHBV+硫铁矿组(实验组)和PHBV+陶粒组(对照组),反应器连续运行77天,结果表明,当水力停留时间(HRT)为2小时,进水水质为NO_(3)^(−)-N=8.39±1.72 mg/L,TN=10.41±1.58 mg/L,TP=0.37 mg/L,COD=15.7 mg/L时,平均出水TN浓度达到2.22 mg/L,TP浓度达到0.28 mg/L,COD浓度为32.7 mg/L,PHBV+硫铁矿组人工湿地脱氮效率(78.55%)明显优于PHBV+陶粒组(51.25%),基本上达到地表水环境质量标准(GB 3838—2002)V类。微生物群落结构分析表明,PHBV+硫铁矿组人工湿地中的优势菌属为自养菌Desulfobacter和异养菌unclassified_k__norank_d__Bacteria,丰度分别为23.98%和12.30%,通过自养与异养菌的协同,实现混合营养反硝化,其中与硫代谢相关Desulfobacter主导的自养反硝化在系统脱氮中可能起主要作用。研究结果可为PHBV+硫铁矿基人工湿地尾水生物脱氮除磷的工程实践提供参考。

河北省某钼尾矿土壤化改良及种植实验研究

以河北省某钼尾矿为研究对象,采用低成本添加剂与机械混合方法对钼尾矿进行土壤化改良。针对钼尾矿的保水性、酸碱性及阳离子交换能力,开展了单因素改良实验及复合改良实验。结果表明,利用农家肥、蒙脱土、聚丙烯酰胺及柠檬酸复合改良剂对钼尾矿进行改良,钼尾矿的饱和吸水率提高至61.1%,水分挥发速率和渗滤速率明显降低;阳离子交换能力达到了10.15 cmol/kg,pH值降低至8.08,达到了适宜种植的水平。此外,通过盆栽实验验证了复合改良后钼尾矿的植物生长效应,与原始钼尾矿相比,复合改良后钼尾矿中的小白菜生长状态良好,植株的高度和质量分别提高了77.4%和98.1%。经过15 d的小白菜种植后,改良钼尾矿的保水性、pH值及阳离子交换能力达到了正常土壤的水平,实现了钼尾矿向可种植土壤的转化。

工程化循环水养殖池塘的氮磷收支研究

为了探寻更清洁高效的养殖模式,研究将淡水池塘循环水养殖系统进行了改良,对5个月试验周期内池塘水体理化指标和氮磷收支情况进行了分析。结果显示,池塘水体的理化指标呈波动性变化,试验结束时总氮、总磷浓度分别为4.85和1.04 mg/L,总氮浓度符合淡水养殖尾水排放二级标准。饲料和底泥是池塘氮磷输入的主要来源,分别占池塘氮元素输入量的50.6%和43.7%,磷元素输入量的49.4%和46.9%;底泥积累是池塘氮磷输出的主要途径,分别占池塘氮磷元素输出量的53.3%和78.7%。试验池塘对氮磷的利用率分别为65.2%和16.6%,其中鲤对氮磷的利用率显著高于其他鱼类(P<0.05),鲢、鳙对磷的利用率无显著差异(P>0.05)。研究表明,改良后的池塘循环水养殖系统有效降低了营养负荷,提高了养殖生物的氮磷利用率,减轻了养殖尾水对周边环境的影响,兼顾生态与经济效益,是一种成本较低且可持续发展的池塘养殖模式。

一株嗜碱兼性好氧反硝化菌Marinobacter sp.B3的分离鉴定及脱氮性能研究

为获得反硝化脱氮效率较好的菌株,实验从海水螺旋藻培养体系中分离获得一株嗜碱兼性好氧反硝化菌,通过观察细菌形态以及16S rRNA基因序列的同源性分析,鉴定该菌株为海杆菌属,命名为Marinobacter sp.B3。为明确该海杆菌的反硝化性能及氮转化途径,研究开展了溶解氧(DO),碳氮摩尔比(C/N),pH和温度等不同单因素对反硝化性能影响实验和氮平衡实验。单因素影响实验结果表明,当硝酸钾(KN0_(3))作为唯一氮源,NO_(3)^(-)-N的初始浓度为100 mg/L,盐度32,振荡速度为150 r/min(初始DO质量浓度是5.6 mg/L),C/N=10,pH=8.0±0.2,温度为35℃时,可获得最大脱氮效果。氮平衡实验结果得出,在好氧环境下,有20.11%的NO_(3)^(-)-N转化为胞内氮,5.58 mg/L的NO_(3)^(-)-N转化为其他形态(NO_(2)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和有机氮),74.72%转化为N2释放;厌氧环境下,有26.65%的NO_(3)^(-)-N转化为胞内氮,72.86%的NO_(3)^(-)-N转化为气态产物释放。最终实验结果表明,Marinobacter sp.B3在好氧和厌氧条件下,48 h对NO_(3)^(-)-N的去除率分别为99.89%和93.80%,具有较好的反硝化脱氮能力,且在好氧条件下NO_(3)^(-)-N去除效率更高,在海水工厂化循环水养殖尾水处理方面具有良好的应用前景。