生物活性水技术机理及应用研究

论文摘要

本论文研究的是一种畜禽粪便废水资源化利用技术，该技术处理畜禽粪便废水的出水具有“生物活性”，应用在种植业可以促进农作物生长，并可抑制病虫害，从而减少甚至避免了农药的施用，不仅减少了环境污染，还能在区域内形成循环型农业，促进农业可持续发展。首先，研究了生物活性水对水稻、小麦在种子萌发阶段的影响，结果表明，生物活性水能显著提高水稻、小麦种子发芽率、发芽势以及幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量。通过大田试验探索生物活性水应用于有机水稻的种植方法。多次重复试验验证生物活性水浸种处理能有效的促进了种子萌发，稀释100倍生物活性水（浸种12小时条件下）效果最好，可以作为实际水稻种植的参考依据。在育秧期生物活性水有壮秧作用。移栽后，不同种植密度条件下生物活性水都能增加叶龄，而且对纹枯病有一定抑制作用，但对叶面积指数、平均每株绿叶数呈现负面影响。虽然生物活性水处理对产量增加不是很明显，但增加了大米食味值。为了解释生物活性水的机理，研究了工艺过程中主要有机物的降解，并用凝胶色谱分析了工艺过程中有机物数均分子量Mn、重均分子量Mw和分子量分布。工艺过程中Mn和Mw呈增加趋势，而分子量分布系数Mw／Mn比值却从223．2降到6．1。进一步研究表明，工艺过程中胡敏酸HA、富里酸FA含量呈逐步增加趋势，HA／TOC与FA／TOC分别从最初的34．80％和15．22％增加到52．12％和26．89％。对腐殖化指标和主要易降解有机物含量进行了相关性分析，发现多糖含量与各腐殖化指标（HS／TOC、HA／TOC、FA／TOC）没有相关性（P<0．05），但蛋白质、油脂、单糖、氨基酸含量与HS／TOC、HA／TOC、FA／TOC存在强负相关性（P<0．01），氨基酸与HA／HS存在相关性（P<0．05），与FA／HS存在负相关性（P<0．05）。利用紫外一可见光谱和荧光光谱分析了工艺各段分离的HA、FA样品，测定了E4／E6、EET／EBZ、Zsolnay指数、Kalbitz指数、Milori指数等指标。通过高效反向液相色谱分析，发现生物活性水中含有生物胺（腐胺、精胺、亚精胺），可能是其“活性”的原因之一。轻石作为工艺中填料起了重要作用，通过场发射环境扫描电子显微镜SEM观察发现，轻石在使用过程中“坑蚀”现象显著，而且X射线粉末多晶衍射XRD分析表明轻石相结构发生了变化、表观结晶度降低，这与SEM观察结果一致，都表明轻石在损耗，有矿物质营养溶出。SEM—EDS表明，轻石含Fe、Na、Mg、Al、Si、K等元素，这些元素当中Mg、K是植物必需矿物质营养。轻石比表面积大、多孔，是微生物吸附栖息的场所；同时轻石释放出矿物质可以刺激微生物生长，并提供了矿物质营养，特别是植物需要的必需元素和有益元素，这可能是生物活性水“活性”的另外一个原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 生物活性水技术概述
• 1.2.1 生物活性水应用领域
• 1.2.2 生物活性水工艺描述
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 畜禽粪便处理理念的转变
• 1.3.2 腐殖物质生物活性研究进展
• 1.4 研究内容
• 1.5 研究目的和意义
• 1.6 主要创新点
• 1.7 技术路线
• 第2章 试验装置
• 2.1 试验安排
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 实验室小试装置
• 2.2.2 小试试验材料及设备
• 2.2.3 现场实际规模装置
• 第3章 生物活性水对小麦、水稻种子萌发的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 试验用水
• 3.2.2 处理方法
• 3.2.3 测试方法
• 3.3 结果和分析
• 3.3.1 生物活性水对小麦、水稻种子萌发的影响
• 3.3.2 生物活性水对小麦、水稻种子萌发生理活动的影响
• 3.3.3 小麦、水稻种子萌发过程中各参数相关性分析
• 3.3.4 生物活性水对小麦、水稻幼苗叶片叶绿素含量的影响
• 3.3.5 生物活性水对小麦、水稻幼苗生长情况的影响
• 3.4 本章结论
• 第4章 生物活性水对有机水稻种植过程的影响
• 4.1 前言
• 4.2 生物活性水浸种对水稻种子萌发的影响
• 4.2.1 材料和方法
• 4.2.2 初步确定最佳浸种浓度
• 4.2.3 最佳浸种浓度的重现性验证
• 4.2.4 小结
• 4.3 育秧期生物活性水对秧苗生长的影响
• 4.3.1 材料和方法
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.3.3 小结
• 4.4 生物活性水对秧苗移栽后生长的影响
• 4.4.1 材料和方法
• 4.4.2 对叶龄的影响
• 4.4.3 对叶面积指数的影响
• 4.4.4 对植株性状的影响
• 4.4.5 水稻纹枯病调查
• 4.4.6 小结
• 4.5 生物活性水对有机水稻产量的影响
• 4.5.1 材料和方法
• 4.5.2 生物活性水对产量构成要素的影响
• 4.5.3 生物活性水对产量的影响
• 4.5.4 小结
• 4.6 生物活性水对有机水稻品质的影响
• 4.6.1 材料和方法
• 4.6.2 结果与讨论
• 4.6.3 小结
• 4.7 本章结论
• 第5章 生物活性水工艺中有机物降解过程研究
• 5.1 引言
• 5.2 分析方法
• 5.2.1 蛋白质的测试方法
• 5.2.2 可溶性总糖的测试方法
• 5.2.3 脂肪的测试方法
• 5.2.4 氨基酸的测试方法
• 5.2.5 单糖的测试方法
• 5.2.6 凝胶色谱测试方法
• 5.2.7 其他测试项目及方法
• 5.3 有机物降解过程
• 5'>5.3.1 COD、SCOD、BOD₅
• 5.3.2 油脂降解
• 5.3.3 溶解性碳水化合物降解
• 5.3.4 蛋白质降解
• 5.3.5 小分子量有机物变化趋势
• 5.4 工艺过程中安全性指标的变化
• 5.5 工艺过程中有机物分子尺寸的分布变化
• 5.5.1 工艺过程各反应阶段溶解性有机物分子量分布
• 5.5.2 工艺过程中溶解态有机物分子量分布变化分析
• 5.6 本章结论
• 第6章 生物活性水工艺中腐殖化过程研究
• 6.1 引言
• 6.2 分析方法
• 6.2.1 胡敏酸和富里酸的定量测定
• 6.2.2 胡敏酸和富里酸样品的制备
• 6.2.3 荧光光谱分析
• 6.2.4 紫外光谱分析
• 6.3 生物活性水工艺过程中腐殖化指标变化研究
• 6.4 有机物降解过程与腐殖质化过程相关性研究
• 6.5 生物活性水工艺过程中腐殖物质光谱分析
• 6.6 本章结论
• 第7章 生物活性水中活性物质的定性定量研究
• 7.1 引言
• 7.2 HPLC分析生物胺测试方法
• 7.2.1 仪器与试剂
• 7.2.2 色谱条件
• 7.2.3 衍生化
• 7.2.4 分析方法的优化
• 7.3 HPLC分析植物激素测试方法
• 7.3.1 原理
• 7.3.2 仪器与试剂
• 7.3.3 色谱条件
• 7.3.4 试样制备
• 7.3.5 测试结果
• 7.4 生物活性水中生物胺的定性分析
• 7.5 生物活性水中生物胺定量分析
• 7.6 本章结论
• 第8章 生物活性水工艺过程中轻石作用研究
• 8.1 引言
• 8.2 材料和方法
• 8.2.1 SEM-EDS分析
• 8.2.2 XRD分析
• 8.2.3 吸附有机物测定方法
• 8.3 轻石吸附有机物分析
• 8.4 轻石表面微结构变化
• 8.5 轻石表观结晶度的变化
• 8.6 轻石表面微区元素组成变化
• 8.7 轻石提供矿物质营养的作用
• 8.7.1 轻石溶出矿物质试验
• 8.7.2 工艺中各阶段矿物质元素含量
• 8.8 轻石调节pH、EC的作用
• 8.9 本章结论
• 第9章 生物活性水技术综合效益分析
• 9.1 前言
• 9.2 运营成本
• 9.3 效益分析
• 9.4 本章结论
• 第10章 结论与建议
• 10.1 结论
• 10.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果