钙源对微生物矿化胶结砂土材料均匀性的影响

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术可以改善砂土材料的力学性质,但MICP胶结砂土材料的均匀性问题是目前存在的重要问题,且严重影响了MICP技术的工程应用。进行小尺寸(直径3 cm、高度11 cm)和细长(直径5 cm、高度100 cm)砂柱试样的MICP一批次灌浆试验和溶液环境试验,探究氯化钙和乙酸钙两种钙源对MICP矿化反应过程和MICP胶结砂土材料均匀性的影响。MICP胶结砂土试样的碳酸钙含量和单轴抗压强度试验结果表明,与氯化钙作为钙源相比,乙酸钙作为钙源可以增加砂柱胶结长度,改善碳酸钙在灌浆方向的均匀性,减少MICP胶结砂土材料沿灌浆路径的强度差异;乙酸钙作为钙源可减缓MICP矿化反应过程,降低营养液中尿素的分解速率,进而提高营养液中未分解尿素和游离钙离子在MICP胶结砂土材料中的传输距离,有利于提高MICP胶结砂土材料的均匀性。

生物基磺酸盐固沙性能及其对种子萌发和出苗的影响

以不同用量梯度生物基磺酸盐喷施沙土表面,测定固结层厚度、硬度以及地表温度、表层土壤水分,研究其固沙性能及对植物种子发芽和出苗的影响。结果表明:固结层厚度和硬度均随生物基磺酸盐用量的增加而增加,生物基磺酸盐可显著提升沙土表层温度,沙土保水性能在用量50~100 g·m^(-2)时较好,在不同生物基磺酸盐用量情况下,固结层厚度为5.56~15.13 mm,硬度为0.24~1.69 kg·cm^(-2),存在极显著差异;生物基磺酸盐对种子发芽和出苗有抑制作用,当用量大于100 g·m^(-2)时出苗率显著下降,生物基磺酸盐在风沙土治理中的适宜用量为50~100 g·m^(-2),通过合适的稀释倍数可减轻其对种子萌发的抑制作用。

粉土中掺入不同比例砂粒对微生物胶结效果影响

土样的颗粒级配对微生物胶结效果存在影响,但目前的研究很不充分。通过向粉土中掺入砂粒来制备不同级配土样,砂粒占试样总质量的比重由0%增至40%。微生物选用巴氏芽孢杆菌,胶结液选用等比例的尿素和氯化钙溶液,加固方法采用两阶段注浆法。试验结果表明粉土中掺入砂土对于提高处理后的无侧限抗压强度有显著作用,碳酸钙生成量虽然有所减少但分布更均匀。密实度的提高有利于无侧限抗压强度的提升,但试样过于密实将对碳酸钙分布产生不利影响,碳酸钙相对集中在注浆口附近。当试样处于比较松散的状态下,粉土中掺入砂土越多(不超过40%),强度提升越多;密实状态下,粉土中掺入少量砂土(不超过20%)能有效提升强度。试样初始孔隙比越小,处理后的强度越高,但碳酸钙生成量有所下降。随着粉土中砂土掺入量增多、试样密实程度增加,碳酸钙晶体的尺寸有所减小,但数量显著增加。

基于生物启发算法的地震双极性变换拟声波测井约束反演方法应用——以塔河油田S9702井区石炭系超深薄砂层为例

塔河油田石炭系超深薄砂层地震响应复杂,声波时差、密度测井曲线对储层敏感性差,地震属性和现有反演方法对储层的预测精度不能满足油气藏精细开发的要求。提出基于生物启发算法的地震双极性变换拟声波测井约束反演方法,首先利用生物启发算法对不同相位地震资料进行双极性变换,使其具有双极性特征,提高了地震资料的视分辨率,绝大部分薄砂层有地震反射同相轴与其对应,改善了薄砂层与地震响应之间的关系;其次开展自然电位、自然伽马测井曲线拟声波重构,增强了反演参数的储层敏感性,因此反演过程仅需较低程度的测井约束,反演结果与地震资料相关性好,降低了多解性,提高了储层预测的可信度。利用该方法在塔河油田S9702井区可以识别埋深达5 000 m、厚度大于3 m的石炭系超深薄砂层,且误差较小,窄河道形态较清楚,砂体展布符合地质规律。

活性生物砂法测定可生物降解溶解性有机碳

以附着活性细菌的生物砂为接种物,通过静态培养的方式测定饮用水中可生物降解溶解性有机碳(BDOC)。结果表明,活性生物砂法测定BDOC的最优操作条件为:接种量为0.33g生物砂/mL水样,20℃下的恒温培养时间为10d。与传统的悬浮培养法相比,其对BDOC的降解速率快、能力强,可大幅缩短培养时间,提高BDOC测定的实用性和时效性。活性生物砂法测定中BDOC的降解基本符合一级反应动力学方程,但反应速率常数随水样的不同而有所差别。

循环水养殖旋转式生物流化床生物过滤功能

生物过滤是循环水养殖水处理的关键,生物过滤功能启动以及操作条件直接影响到生物过滤的效果。该文以实验室规模旋转式生物流化床为研究对象,采用自然挂膜法研究海水和淡水生物过滤功能的启动;设置了3个膨胀率50%、75%、100%和4个C/N0、0.5、1.0、2.0,研究其对旋转式生物流化床处理养殖污水效率的影响。结果表明:1)以氨氮和亚硝态氮浓度降低并稳定为判断标准,淡水和海水系统旋转式生物流化床生物过滤功能启动完成分别需要47和60 d;2)污水处理效率随膨胀率增大而提高,该研究膨胀率为100%时处理效率最高,总氨氮转换率高达881 g/(m3·d);3)C/N增大,抑制生物膜的硝化功能,污水处理效果变差,C/N大于2.0时污水处理效果显著变差。该研究可为旋转式生物流化床在应用过程中生物过滤功能的启动和日常操作管理提供技术指导。

生物砂滤池处理微污染原水的试验研究

生物砂滤池是在普通砂滤池的石英砂表面培养附着生物膜而形成的强化处理工艺。采用其处理微污染原水,并考察了出水水质,结果表明:生物砂滤池对CODMn的平均去除率由普通砂滤池的13%提高到31.5%左右,对NH+4-N的平均去除率由23.5%提高到88.3%左右,对亚硝酸盐氮的平均去除率由零提高到90%左右,出水浊度<1 NTU,色度<15度。该工艺在现有普通砂滤池基础上即可实现,是解决微污染水源水质的一条新途径。

生物慢滤技术用于农村饮水处理的研究

研究了适用于我国农村的小型分散式饮水处理技术——生物慢滤技术。用玉渊潭引水渠的微污染河水模拟研究了滤料粒径、滤料高度等因素对生物慢滤处理效果的影响 ,以及生物慢滤池对农村水环境中常见的污染物如重金属、有机物、氨氮、浊度、细菌等的去除。实验结果表明 :1 )在滤料表面形成稳定成熟的生物粘膜所需的时间与滤料粒径有关 ;2 )滤料表面一旦形成稳定成熟的生物粘膜 ,氨氮、有机物、浊度等的去除率与滤料粒径关系不大 ;但细菌的去除效果与滤料粒径有很大的关系 ,滤料粒径越小 ,对细菌的去除效果越好。 3)滤料高度对有机物、氨氮的处理效果有一定的影响 ,但慢滤池对这些污染物的去除主要发生在 50 cm高度内 ;4)生物慢滤对 TOC的去除率为 2 0 %～ 30 % ,对氨氮的去除率为 90 %以上 ,对 Cu2 + 、Cd2 + 、Fe2 + 、Zn2 + 、Mn2 + 和 Pb2 + 的去除率分别在 97%、95%、95%、88%、70 %和 60 %以上 ;5) III至 V类微污染水经生物慢滤处理后 ,不经消毒即可达到生活饮用水的卫生标准。

菌液注射方式对微生物固化砂土动力特性影响试验研究

微生物固化技术是近年来岩土工程领域兴起的一种新型环保地基处理技术,该技术通过向待固化土体内注入细菌,利用细菌水解尿素,并在引入钙源的条件下,诱导产生碳酸钙晶体以胶结松散土颗粒。在微生物固化过程中,碳酸钙晶体分布的均匀性是目前该技术研究的热点之一。文中尝试通过在纯菌液中引入0.05 mol/L氯化钙溶液(称为混合菌液)对细菌分布进行人为干预,并基于动三轴试验及扫描电镜测试,对比分析了纯/混菌液、混合菌液及传统纯菌液等注射方式对微生物固化砂土动力特性的影响。试验结果表明:纯/混菌液注射方式能有效提高微生物固化砂土中碳酸钙晶体分布的均匀性,从而获得碳酸钙含量较高、动弹性模量较大及耗能能力较强的微生物固化砂土。

砂土体微生物固结的微观及力学特性研究

渗漏和坡岸崩塌是水利工程中常见病害,直接威胁工程运行安全。通过对4种不同粒径砂柱进行生物固结试验表明,生物固结方法能快速大幅度降低多孔介质渗透性,粒径较大的砂柱内部具有良好的营养物质输送通道,渗透系数下降速率相对较高。剪切试验结果表明,经生物固结处理后砂柱的抗剪强度有了明显提升,但未发现强度变化与砂样粒径之间存在任何明显的内在联系。由此可见,砂样强度的提高与钙质沉积的个体差异有关,同时强度的提高不仅和钙质沉积量有关,也与砂粒之间的胶结形式相关。微观研究结果表明,小粒径砂柱与大粒径砂柱内部钙质沉积形式有着显著差异,相对小粒径砂柱而言,钙质沉积在大粒径砂柱表面的分布较为凌乱,并非均匀附着。EDS能谱仪分析结果表明,砂柱内部固结物质主要成分为碳酸钙,并附有少量其他杂质。

新型高效反应器组合系统处理奶牛养殖场废水试验研究

选择一种新型高效反应器系统对奶牛养殖场废水进行处理试验研究,这种反应器系统主要包括两级组合生物巢厌氧反应器和砂式沼液处理池。试验结果表明,该系统处理奶牛养殖废水速度快,两级组合生物巢厌氧反应器水力停留时间(HRT)仅为15h,处理效率高,砂式沼液处理池结构简单,对生物巢厌氧反应器出水处理效果好。该新型高效反应器组合系统对化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH3-N)和总固体悬浮物(TSS)的平均去除率分别为97.6%、98.2%、81.3%和98.1%,出水体积质量平均值分别为89.0、27.1、15.7mg·L-1和64.9mg·L-1,满足国家二级排放标准。

工厂化循环水养殖中生物流化床的流化特性研究

为将旋转式生物流化床应用到工厂化循环水养殖的污水处理中，采用理论计算与实验研究相结合的方法，针对生物流化床的流态、最小流化速度和膨胀率与流速的关系展开研究。研究表明，旋转式生物流化床运行时处于散式流态化状态，滤料均匀分布，形成平稳、清晰的分层。滤料粒径控制在一定范围内（0．1-0．7mm），Ergun方程可较好的预测旋转式生物流化床的最小流化速度。表观水流流速与床层膨胀率的关系不受静止高度的影响。滤料的大小、密度、强度是影响流态化特性的主要参数。膨胀率随表观流速的增大呈非线性增长；滤料粒径和密度越大，达到相同流化状态所需的流速越大，陶粒是一种具有很大开发潜力的滤料。本研究为旋转式生物流化床的设计和在养殖污水处理中的应用提供一定的理论基础。

生物慢滤技术脱氮性能试验研究

对生物慢滤技术脱氮性能和硝化反硝化过程进行了研究。当慢滤反应器表面形成稳定的生物黏膜后,分别进行氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮去除效果试验研究。通过投加重金属盐,进行脱氮效果影响研究。结果表明:①氨氮去除率与进水氨氮浓度关系不大,氨氮去除率稳定在90%以上。②生物慢滤反应器中硝化过程主要在滤料上部0.5m高度内完成,反硝化过程位于反应器下部。③生物慢滤反应器为维持较高的氨氮去除效果,滤速应小于0.6m/h;④当进水中铅、镉离子浓度超过国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅴ类水标准时,氨氮去除率下降50%。

生物慢滤技术在西北村镇集雨饮水处理中的应用

通过对传统慢滤技术改进,研发了家用自动生物慢滤水处理设备并在甘肃省会宁县进行了实际应用。结果表明,该装置对原水中的浊度、细菌、总大肠菌群均有较好的去除效果,为保障西部农村饮水安全提供了技术支撑。

生物慢滤技术中的微生物作用研究

为了探讨生物慢滤反应器中的微生物作用,本文对滤床不同深度的滤料取样进行扫描电镜分析,结果表明,表层生物黏膜中含有丰富的微生物种群,包括细菌、藻类、原生动物以及各种微生物分泌物,这些微生物形成了良性循环食物链。本文对滤床不同深度的滤料取样分析了细菌总数、SS、POC三个指标,结果表明,微生物主要集中在表层滤料2cm厚度内,滤床达到90cm高度即能保证出水水质,这为生物慢滤反应器设计和运行维护提供了参考数据。随后对生物慢滤反应器进行了避光试验,结果表明,生物慢滤反应器采取适当的遮挡避光措施既可以有效减少藻类生长,增加运行周期,又不会降低处理效果,对于我国福建、四川、湖北等地生物慢滤技术的实际应用具有指导意义。

微生物灌浆加固液化砂土地基的动力反应研究

饱和松砂地基在地震等周期性荷载作用下易发生液化,而松砂边坡在降雨或地下水位上升过程中易发生"静态"液化,这些都易造成路基沉陷、滑坡、地下管道及隧道的上浮等与液化相关的工程灾害。相对传统的地基加固技术,微生物灌浆加固技术是利用一项微生物成矿学的最新进展,即微生物诱导碳酸钙结晶技术,通过向松散砂土地基中低压传输微生物细胞以及营养盐,最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶,改善地基力学性能。微生物灌浆加固技术具有扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势,是目前地基加固研究的前沿问题。通过标准动三轴及振动台试验来检测微生物灌浆是否能够用于液化地基加固。首先,概要介绍了微生物灌浆加固技术的原理、方法以及国内外研究发展水平,给出了适用于液化砂土地基加固的微生物灌浆方法。其次,通过标准动三轴及小型振动台试验,研究了微生物灌浆加固液化砂土的抗液化性能,以及其它动力性能,并与传统的液化地基加固方式进行了对比分析。试验结果表明,微生物灌浆加固砂柱及模型地基的抗液化性能显著提高。可以说,微生物灌浆技术在液化砂土地基加固方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。

生物慢滤处理微污染窖水不同滤料挂膜对比实验

研究生物慢滤技术处理微污染窖水的过程中,石英砂、火山岩、麦饭石3种滤料挂膜成功的时间和对污染物的去除效果,探讨了滤料成分中Fe元素、Mg元素、Ca元素对生物膜中微生物的作用。结果表明,火山岩中Fe元素、Mg元素、Ca元素含量最多,麦饭石次之,石英砂最少,且石英砂、火山岩、麦饭石挂膜成功的时间分别为43、29、37 d。挂膜成功后,对浊度、氨氮、CODMn、UV254、菌落总数的平均去除率均为火山岩>麦饭石>石英砂。由此可知,Fe元素、Mg元素、Ca元素可在一定程度上促进微生物的生长、繁殖、聚集,使得火山岩挂膜成功的时间最短,对污染物的去除效果最好,麦饭石次之,石英砂最差。

流沙固定过程中土壤-植被系统演变对水环境的影响

横穿腾格里沙漠的防风固沙体系始建于 1 95 6年 ,确保了包兰铁路近半个世纪的畅通无阻。在几十年的土壤 -植被系统演变中 ,花棒 +柠条 +油蒿 -干旱砂质新成土的人工系统演变为油蒿 +雾冰藜 +小画眉草 -简育正常干旱土的半天然、天然系统 ;生物结皮发育、结皮层形成改变了降水的再分配过程 ;在 2 0～ 5 0 0cm深度的干旱层因灌木的排水作用而形成 ,低等植物也开始与草本和灌木竞争水分 ,深根系的灌木很难得到降水的补给 ,逐渐退出了防护体系 ;土壤 -植被系统趋于更薄的活动层。

颗粒级配对珊瑚砂微生物固化影响研究

对不同颗粒级配的珊瑚砂试样在相同条件下进行了微生物固化试验,研究颗粒对细菌的吸附性、固化体无侧限抗压强度与渗透系数、干密度增量的关系及内部碳酸钙的微观分布,分析颗粒级配及初始孔隙比对固化效果的影响。试验结果表明:低孔隙比试样对细菌的吸附性更好,适中的孔隙比能保证砂颗粒对细菌的吸附性与渗透性达到最优平衡;固化体无侧限抗压强度在1 MPa^3 MPa范围内,应力-应变曲线均为软化型,颗粒错动与薄弱结构面导致阶段性应力峰值的出现;抗压强度随干密度增量的增加而增大,随渗透性增大而减小,孔隙比约为1的级配不良试样固化效果最好;固化后孔隙比高的级配良好试样颗粒间碳酸钙黏结较少,孔隙比低的级配不良试样颗粒表面碳酸钙包裹覆盖更好,颗粒间碳酸钙分布更连续均匀。

土壤-植被系统演变对生物防沙工程的影响

包兰铁路横穿腾格里沙漠的沙坡头段 ,全长近 5 0km ,这里年降水量 186mm ,流动沙丘相对高度 2 0m以上 ,以 4m·a- 1 的速度向东南方向移动。无灌溉条件下、工程措施与生物措施相结合的防沙固沙工程体系始建于195 6年 ,近半个世纪以来该体系确保了包兰铁路的畅通无阻 ,累计经济效益逾百亿人民币。虽然当初的建设者充分考虑了耐旱的乡土树种、有效的工程固沙系统 ,但很难想到几十年后的土壤 -植被系统的演变会危及整个防护体系的稳定性。植被在从人工系统向自然系统的演变中经历了覆盖度从增加到减少的自疏过程、从灌木到半灌木到草本的变化 ,其降低风速和防风的功能减弱 ;土壤从流动风沙土发育成钙积旱成土 ,地表生物结皮发育 ,增加了表土的抗风蚀的能力 ;土壤 -植被系统的演变使得降水在生态系统中的再分配过程已经彻底改变 ,并由于防护林体系配置不完善 ,在 5 0～ 5 0 0cm的土层深度一个生物成因的干旱层逐渐形成 ,新的水分平衡格局明显威胁到现有的防风固沙体系。