“挑战杯”申报表ok

序号： 编码： 第七届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 城市污水人工土快滤系统堵塞机理研究 学校全称： 华南农业大学 申报者姓名 （集体名称）：杜中典 高婷 刘雯 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 第七届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛组委会制二00二年九月说 明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4序号、编码由各高校根据作品种类填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，学术论文及有关材料在8000字以内，社会调查报告在15000字以内（文章版面尺寸14.522cm左右）。6各高校的作品（数量参照“作品数额分配方案”）各一式四份分别按规定的时间用特快专递寄至省竞赛组委会办公室。7作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一寄送。8其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。9寄送地址：广州市东山区寺贝通津一号大院团省委学校部“挑战杯”竞赛组委会。联 系 人：唐 锐、黄廉东联系电话：（020）87778918、87185614传 真：（020）87778918、87185613邮政编码：510080A1申报者情况（个人项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写 个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）； 2本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。姓 名杜中典性别男出生年月1977年4月申报者情况学校全称华南农业大学现学历硕士研究生专业环境工程年级三年级学制三年入学时间2000年9月作品全称城市污水人工土快滤系统堵塞机理研究毕业论文题目城市污水人工土快滤系统有机质积累规律和堵塞机理研究通讯地址华南农业大学环境科学与工程系邮政编码510642单位电话85280296常住地通讯地址华南农业大学黑山区12栋301室邮政编码510642住宅电话38675254合作者情况姓 名性别年龄学历所在单位高婷女25硕士华南农业大学环境科学与工程系刘雯女26硕士华南农业大学环境科学与工程系资 格 认 定学校学籍管理部门意见 是否为2002年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的各类高等院校中国学生（含专科生、本科生和研究生）。是 否若是，其学号为：00208001 （部门盖章） 2002 年11月9日院系负责人或导师意见 本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果 是 否 负责人签名：崔理华 2002年11月9日B1申报作品情况（自然科学类学术论文）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3作品分类请按作品的学术方向或所涉及的主要学科领域填写；4硕士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全称城市污水人工土快滤系统堵塞机理研究作品分类（E ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品撰写的目的和基本思路针对城市污水人工土快滤系统在实际推广应用中出现的问题进行了研究。主要是研究系统堵塞的机理，对系统寿命的延长和管理有一定的参考价值。作品的科学性、先进性及独特之处首次对系统堵塞的机理进行了初步研究，为系统的管理运行提供了可靠的参数，对该技术的推广有一定的促进作用。作品的实际应用价值和现实意义城市污水人工土快滤系统是国家“七五攻关项目”，该技术达到国际水平。八五期间在成都进行了推广应用，经鉴定达到国内先进水平。该作品对该技术在推广应用中出现的问题进行了研究，具有实际的使用价值和现实意义。学术论文文摘城市污水人工土快滤系统在较高的水力负荷下运行10个月后，通过研究不同阶段的渗透速率的变化、含水率和有机质随深度的变化以及腐殖质组成随深度的变化，发现：系统堵塞仅仅发生在表面0-10cm间，且堵塞过程分成三个阶段；系统中积累腐殖酸中的富啡酸所占比例较大，其随污水向下迁移的效果比较明显；除了系统恢复时间外，污水中的悬浮物和所种植物对系统堵塞将产生明显的影响。 作品在何时、何地、何种机构举行的会议上或报刊上发表及所获奖励发表的和该作品相关的文章：1、 杜中典.崔理华.肖乡.朱夕珍.污水人工湿地系统中有机质积累规律与堵塞机制的研究进展.农业环境保护，2002，21（5）：474-476.2、 杜中典.城市污水人工土快滤系统有机质积累规律和堵塞机理研究.广州高校第二届环境科学学术研讨会论文集：环境科学技术研究：107-108.中山大学出版社，2002.该研究简报被推荐在第二届广州高校环境科学学术研讨会上作大会分组报告.3、 杜中典.崔理华.高婷.朱夕珍.有机废水SBR反应器研究.环境污染治理技术与设备.2002，3（9）91-94.4、 杜中典.崔理华.高婷.朱夕珍.城市污水人工土快滤系统土壤堵塞机理研究.土壤通报，2002.已接受。鉴定结果请提供对于理解、审查、评价所申报作品具有参考价值的现有技术及技术文献的检索目录申报材料清单（申报论文一篇，相关资料名称及数量）科研管理部门签章 情况属实 2002年11月9日C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。 随着中国的经济的快速发展，环境也在不断的恶化。环境问题已成为制约经济发展和人民生活水平提高的制约因素，尤其是缺水和水体严重污染问题越来越引起人们的关注。污水土地处理是投资低、处理效果好的处理方法，但是由于占地面积大、受自然条件限制等因素的影响，在中国发展缓慢。国家七五重点科技攻关项目“城市污水人工土快滤处理系统研究”（75-59-02-05）是采用人工土代替原由的自然土壤的污水土地处理技术，该技术取得了良好的处理效果，受自然条件的限制小，而且大大减少了原系统的占地面积。该项目已通过国家环保局主持的专家坚定，达到国际先进水平，并已获得国家发明专利（CN-1056258A）。八五期间，该项目在成都等地进行了应用推广，并通过成都环保局主持的坚定，达到国内领先水平，取得良好的社会效益和经济效益。但随着日益增多的污水量和污水中难降解的有机物、重金属等有毒物的出现，使得该技术面临新的挑战。本研究课题对影响城市污水人工土快滤系统有机质积累和堵塞的各种因素进行了研究，力图弄清楚有机质积累规律和堵塞机理，从而为系统的管理运行提供可靠的参数，延缓系统的的堵塞，并近一步通过数学模型预测系统的使用寿命和解决堵塞的方法。D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写； 2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）； 3推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名崔理华性别男年龄39职称副教授工作单位华南农业大学环境科学与工程系通讯地址华南农业大学资环学院邮政编码510642单位电宅电话85283073推荐者所在单位签章崔理华是我院副教授 （签章） 2002年11月7日请对申报者申报情况的真实性作出阐述该同学学习刻苦认真，科研能力和创新能力较强。在读期间在发表论文四篇，其中三篇发表在国内中文核心期刊上。其申报情况属实，特此推荐。 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价城市污水人工土快滤系统是一种投资低、处理效果好和管理方便的生化污水处理技术，尤其适合于中小城市和农村，但系统的堵塞制约了该技术的推广。该论文初步研究了系统堵塞的机理，为该系统运行时间的延长和防止系统堵塞提供了依据。其它说明推荐者情况姓 名莫测辉性别男年龄39职称教授、博导工作单位华南农业大学环境科学与工程系通讯地址华南农业大学资环学院邮编510642单位电话85280296住宅电话85283330推荐者所在单位签章莫测辉是我院教授 签章日期 2002年11月7日 请对申报者申报情况的真实性作出阐述该同学科研态度端正，实验能力强，并且有一定的创新精神。其情况属实，特此推荐该生参加挑战杯。 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价水污染问题已成为制约经济发展的一个重要因素，城市污水人工土快滤系统在治理中小城市污水方面具有其他处理方法不可比拟的优势，该技术在成都等地进行了推广应用。该同学的论文对该技术出现的问题进行了研究，有一定的使用价值和指导意义。其它说明 学校组织协调机构确认并盖章以上情况属实 （团委代章） 2002年11月9日 校主管领导或校主管部门确认盖章同意上报 2002年11月9日 校评审委员会初评意见 评委签名： 2002年11月9日 校组织协调委员会审定意见 （签章） 年 月 日E全省组织委员会秘书处资格和形式审查意见组委会秘书处资格审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处形式审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处审查结果合格 不合格 负责人（签名） 年 月 日F参赛作品打印处城市污水人工土快滤处理系统土壤堵塞机理研究*杜中典 高婷 刘雯 （华南农业大学资源环境学院，广州 510642）摘要：城市污水人工土快滤系统在较高的水力负荷下运行10个月后，通过研究不同阶段的渗透速率变化、含水率和有机质随深度的变化以及腐殖质组成随深度的变化，发现：系统堵塞仅仅发生在表面010cm间，且堵塞过程分成三个阶段；系统中积累腐殖酸中的富啡酸所占比例较大，其随污水向下迁移的效果比较明显；除了系统恢复时间外，污水中的悬浮物和所种植物对系统堵塞将产生明显的影响。关键词：人工土快滤系统；土壤堵塞；渗透速率；富啡酸。Studies on the mechanisms of soil clogging in the artificial soil rapid infiltration system for treating municipal sewage. DU Zhong-dian GAO ting LIU wen. (College of Natural Resources & Environment, South China Agricultural University, Guangzhou, 510642)Abstract: After the artificial soil rapid infiltration system of sewage being operated at the high hydraulic loading rate for 10 months , the conclusions can be drawn by studying variation of infiltration rate in different stage, the rate of water content、the content of organic matter and the composition of humic substances in different depth as follows: System clogging occurred only at 010cm of the surface and the process of clogging consisted of three stages; fulvic acid owned considerable high proportion in whole humic substances of rapid infiltration system, and moved toward the bottom with the sewage obviously; besides the time for system recovering, suspend solid in sewage and planted vegetation in constructed wetlands also have a significant effect on the system clogging.Key words: artificial soil rapid infiltration system; soil clogging; infiltration rate; fulvic acid *基金项目：广东省自然科学基金项目（990721）1 概述人工土快滤处理技术是采用人工土作为多孔介质代替原有的自然土壤的污水土地处理技术。它不仅能取得良好的处理效果，受自然条件的限制小，而且大大减少了原系统的占地面积。随着日益增多的城市污水量以及污水中多种难降解的有机物、重金属等有毒物的出现，使得土地处理系统又面临新的挑战。人工土快滤系统也对其进水的有机负荷有一定的要求。田光明1等（1992）对人工土快滤系统的运行效果进行了实验，证明当污水以1：8的湿干比配水周期为3天，人工土快滤系统中截留的有机物有85%被完全分解，但由于微生物活性受温度、湿度以及水力负荷等多种条件的影响，当进水的有机物浓度不断增大或水力负荷增大时，必然会加重处理系统的有机负荷，一旦有机负荷超过了人工土快滤系统的处理能力，有机物便会在系统中积累，直至导致系统过滤介质的堵塞。系统堵塞造成了污水的表面径流、短路和散发出难闻的气味。为此对城市污水人工土快滤系统堵塞的机理进行了初步研究，以便为城市污水人工快滤系统的功能恢复和使用寿命的延长提供科学依据。2 实验材料和方法2.1供试土柱和污水供试土柱：内装由草炭、砂和耕层土以18：1：1的比例混合成的人工土，采取分层装柱的方法，将人工土装进直径6英寸，长100cm的4根PVC管中，分别为系统中种植水葫芦的D1和不种植物的CK1,通过阀门控制其进水速率，进水时间10h，每天的进水总量为27L。系统中种植风车草的D2和不种植物的CK2，通过阀门控制其进水速率，进水时间8h，每天的进水总量为20L。土柱的土层厚度为80cm，底部为10cm的垫层（由砾石和豆石铺垫），在PVC管的一侧分5个点（5、10、30、50、70cm），钻取直径约为1cm的孔。将土柱竖直放入铁架中固定，定期用工具从孔中取出一定量的土样进行项目分析。实验装置和人工土的主要性质如图1和表1所示。图1 实验整体装置示意图 调节水箱 实 验 土 水泵 柱 集水 塑料桶表1 人工土的主要性质物理性质 化学性质pH 6.77.1 阳离子交换量meq/g土 0.0226比重g/cm3 2.65 有机质g/kg 5.01含水率% 1.08 全氮g/kg 0.143 全磷g/kg 0.114供试污水：取自华南农业大学5号楼的化粪池出水，其水质主要特征见表2：表2 供试污水水质状况（mg/L）CODcr BOD5 NH4+-N SS T-N T-P pH116597 54155 52157 5093 70166 625 672.2 分析项目及测定方法腐殖酸的提取、分离及纯化参照国际腐殖质学会的标准方法进行。称取相当于干重10g的新鲜土样用0.1MNa4P2O7按固液比1：10振荡（150r/min）浸提16h，经过12000r/min离心20min后，过0.45um纤维树脂滤膜，收集滤液。重复上述提取步骤三次，合并滤液。一部分滤液洗入透析袋（截留分子量=1,000D）并在水中透析至直到检测不出Cl-为止，即为腐殖质溶液组分，取少量腐殖质溶液用测定腐殖质碳，其余冰冻干燥后备用。另一部分滤液用将p调节到.，在室温中静置后，高速离心mi并过.纤维树脂滤膜，得上清夜及沉淀，上清夜提纯后即为富啡酸溶液组分，取少量用测定富啡酸碳。E4/E6比率的测定2，在毫升.碳酸氢钠溶液中，加入毫克腐殖质。使最终接近。在参比电池中使用.碳酸氢钠溶液。在和波长测定吸光度，两个吸光度的比值即为E4/E6比率。土样经风干磨碎过60目筛后测定。有机质用重铬酸钾外加热滴定法，土壤中总氮用混合催化剂硫酸消化蒸馏法，土壤中总磷用硫酸消化钼锑抗比色法，含水量用重量法。3、结果分析与讨论3.系统渗透速率随时间的变化Chris C.Tanner,James3用Br追踪法研究了人工湿地的水力学特征，发现系统堵塞的过程就是污水停留时间增加和水力传导速率下降的过程。图1和图2是系统运行10个月后，渗透速率随时间的变化关系。我们从中可以看出系统堵塞过程可以分为下面三个阶段。第一个阶段（系统运行的第一个月内）是系统的渗透速率接近系统开始运行时的渗透速率，但呈现逐渐下降趋势；接着是一个实质性的平稳下降阶段；最后是间歇的系统堵塞阶段直至持续堵塞发生。这和Jones, J.H. 和 Taylor4得出的人工湿地系统堵塞渗透速率变化趋势是一致的。系统运行10个月后，D1、CK1、D2和CK2有机质含量分别为23.74g/kg、17.67g/kg、15.08g/kg和14.21g/kg。虽然各个系统中积累的有机质含量不同，但D1和D2与其对照CK1和CK2在渗透速率随时间的变化趋势上并没有大的差别，表明有机质的积累量和渗透速率没有直接的关系，说明其它因素，比如积累的有机质的体积密度、空间分布模式、植物根系的生长以及无机物质的积累量都对人工土快滤系统渗透速率产生一定的影响。11/01 12/01 01/02 02/02 03/02 04/02 05/02 06/02 07/02 08/02图2 系统D1和CK1的渗透速率随时间的变化 11/01 12/01 01/02 02/02 03/02 04/02 05/02 06/02 07/02 08/02图3 系统D2和CK2的渗透速率随时间的变化当人工土快滤系统发生堵塞时，系统的进水速率大大降低，污水在系统中的停留时间增加，使得系统对CODcr和BOD5的去除效率有所提高。本来系统的干化期就短，再加上系统的堵塞，使得硝化效果降低，因而造成出水中的NH4-N较堵塞前有所提高。至于处理效果随运行时间的变化将在另一篇论文中作详细讨论。3.2 不同层次含水率的变化表3为运行10个月后系统堵塞时测定的不同层次基质含水率。从该表可以清楚地看到，当系统堵塞时，5cm以上的基质含水量处于饱和状态，510cm之间的基质含水量则介于饱和与非饱和状态，而10cm以下三个层次的基质含水量基本相同，接近于最小孔隙水含量。表明城市污水人工土快滤系统堵塞仅仅发生在10cm以上的基层中因此人工土快滤系统的堵塞也就是10cm以上基质的堵塞。由于植物根系对水分有一定的涵养功能，水葫芦是浅根植物，其根系深度不超过10cm，所以其表层含水率高于其对照；风车草虽然根系发达，其根系长度可达1m，但大部分根系还是分布在表面10cm以上，加上产生大量的枯枝败叶积累在系统表面有待降解，所以造成其表层含水率也明显高于其对照。表3 运行10个月后系统发生堵塞时不同层次基质的含水率编号 5cm 10cm 30cm 50cm 70cmD1 31.3% 16.5% 12.6% 12.0% 12.1%CK1 27.2% 17.0% 14.3% 14.0% 14.4%D2 41.7% 13.5% 12.9% 11.5% 11.8%CK2 19.3% 13.0% 10.8% 10.8% 10.0%3.3 不同层次积累的OM、TN和TP的变化 从人工土快滤系统中可以观察到表层5cm积累的是像污泥一样的有机物质。由表2可以看出，系统5cm以上的基质中有机质、总氮和总磷和下面四个层次的含量相比有显著差别（P0.05），其最高含量与最低含量比值分别为2.89、4.85和2.38，由此可以得出系统有机质、总氮和总磷的积累主要发生在系统的表层，因此系统最容易发生堵塞的部位是系统的表层。由于悬浮物中的有机质的含量高达27.84%5，再加上悬浮物中不可生化的无机物质，因此可以认为污水中的悬浮物是造成人工快滤系统堵塞的重要因素之一。系统D2种植了风车草，由于其是一种生物量较大的植物，对系统中有机质和氮有较强的吸收能力，所以系统中积累的有机质和全氮相对较少，但系统却过早发生了堵塞，究其原因大概是由于风车草的分蘖，在系统表面形成了一个厚厚的植物垫层再加上积累在表面有待分解的枯枝败叶，造成了系统发生堵塞。可见植物对人工土快滤系统的堵塞也是一个重要的影响因素。 D1 CK1 D2 CK2 D1 CK1 D2 CK2 D1 CK1 D2 CK2图3 系统运行10个月后不同层次积累的有机质、总氮和总磷的分布规律2.4 D1 CK1 D2 CK2 D1 CK1 D2 CK2 D1 CK1 D2 CK2图4 系统运行10个月后测定的不同层次的OM、TN和TP含量随深度的变化3.4 不同层次积累的腐殖质成分变化腐殖质是有机质的主要组分，Schnitzer2（1978）年估计，在大部分土壤中的6575%的有机质是由腐殖物质组成。这就是胡敏酸（HA）、富啡酸（FA）和胡敏素。其余的成分是多糖和类蛋白质（Flaig等，1975）。Thomas,R.E.和Schwartz,W.A6等人认为沉积在湿地表面的有机物形成了一层黑色黏膜，包括厌氧分解产物，比如淹水条件下形成的腐殖酸类物质、多糖类物质和聚尿类物质以及由于受低温限制而没有发生化学变化的有机化合物，导致了系统孔隙的外部堵塞，沉积在孔隙内的有机物导致了孔隙内部的堵塞。笔者对运行10个月后的系统CK2三个层次的腐殖质组成进行了提取和可见光谱分析，结果见表4：表4 系统CK2不同层次腐殖质组成和可见光谱分析土层 HS(g/kg) FA(g/kg) HA(g/kg) HA/FA E4 E6 E4/E6 5cm 3.034 1.733 1.301 0.75 0.133 0.0157 7.5310cm 2.660 1.941 0.718 0.37 0.083 0.0080 10.350cm 0.977 0.703 0.274 0.39 0.101 0.0033 33.7E4/E6比值通常可用于腐殖质的鉴定，当比率小于5时，