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福建沿海山地气候高温多雨,土壤淋溶性强,土壤肥力多数不高,特别是在林果激烈争地的情况下,林地多分布于立地条件较差的地段,加上森林植被破坏大,水土流失严重,生态环境较为恶化。尤其是一些立地条件极差的山地,传统营造的马尾松(PinunsMassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)等单纯林成活率低或成活而生长缓慢不能成林,严重地制约了林地生产力的发挥和山地综合开发利用。因此,利用自然力,选择适生的树种并采用合适的营林技术措施是恢复和重建该类林地的森林植被和改善其生态环境的关键性问题,急需解决。针对这种情况,福建省晋江市林业局,根据立地、环境及经营水平等条件,从1980年开始,陆续引种了湿地松(PinuselliottiiEngelm)人工林,实践证明,湿地松生长迅速,能适应当地的气候和土壤条件。为提高湿地松人工林的经营水平、改善沿海贫瘠山地的生态环境和森林景观,改变森林资源面貌,以耐贫瘠且具有改土作用的台湾相思(AcaciarichiiA.Gray)为伴生树种,营建了多种湿地松台湾相思混交林,本文对湿地松台湾相思不同混交模式的造林效果及营造技术进行总结探讨,为闽南沿海贫瘠丘陵山地的植被恢复和改善生态环境提供参考。
1.试验地概况
试验地位于哪里(地名),地处东经l19°30′,北纬25°41′,地域上属闽南沿海地区。年均气温20.1℃,最高气温39℃,1月均温12.4℃,最低温度-6℃,年均降水量1550mm,相对湿度78%,全年无霜期约340d,属南亚热带季风型气候。试验样地原为杂灌林地,海拔高约150m,常年风大,坡度18°,林地土壤为花岗岩发育的粗骨性红壤,石砾含量多,土层厚度约0.60m,土壤无明显腐殖质层,较为板结瘠薄,属Ⅲ类以下立地级,为典型的沿海贫瘠丘陵山地。
作者简历:施荣达(1979.11~),男,汉族,福建晋江市人,现为晋江市农业局助理工程师,从事林业技术推广、森林培育等工作。电话:,邮箱:499737801@qq.com
通信地址:福建泉州晋阳街道新华路177号.晋江市农业局
2.材料与方法
试验设4种混交造林模式(均以湿地松为主林木),限于立地差,为促进提早郁闭,造林密度设置较大,具体见表1。试验林于1996年春造林,林地经炼山后,采用块状整地,植穴规格50cm×40cm×40cm,用一年生裸根苗上山造林。造林后头三年,每年抚育锄草1-2次,无间伐。因结合生产性造林,没有具体设置重复,而是依造林地自然地势情况安排试验处理,每种混交模式(处理)及其对应的纯湿地松(栽植密度、管理措施等同相应的混交模式试验林)试验林的面积大小不一,在35~50亩之间,每相邻试验小区栽植2~3行木荷作为界限,各处理的立地条件基本一致。共营造湿地松台湾相思混交林及湿地松纯林约200亩。
表1混交造林模式试验处理
处理
代号
混交方式
混交比例
混交密度
A
星状式混交
3湿地松7台湾相思
5330株.hm
(湿地松1600株.hm +台湾相思3730株.hm )
B
星状式混交
4湿地松6台湾相思
4000株.hm
(湿地松1600株.hm +台湾相思2400株.hm )
C.
行状混交
1湿地松2台湾相思
4800株.hm
(湿地松1600株.hm +台湾相思3200株.hm )
D
行状混交
中图分类号:S-3 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2011)-03-0076-1
植物的内源激素与植物生长发育的基本规律和代谢过程的调节控制都密切相关[1]。果树的许多生命活动过程都与激素息息相关,对激素的定性、定量研究是调控果树生长发育、开花结实的一种十分重要的途径和手段[2],但是植物激素的含量很少,用传统的方法无法实现精确的研究,随着现代仪器的快速发展使我们对植物激素含量的定性、定量研究成为现实,尤其是色谱仪器的快速发展,几乎成为植物激素测定的必备设备,这为我们从宏观上用植物生长调节物质进行调控植物花芽分化、生长发育、开花结果、落叶休眠奠定了重要的基础[3]。
使用高效液相色谱法测定植物内源激素比较准确,在植物痕量测定方面起着重要作用[4]。用高效液相色谱法测定植物内源激素,提取方法和色谱条件是关键,通过反复实验,获得测定板栗(Castanea mollissima Bl.)枝条顶芽内源激素合适的实验条件、纯化方法和色谱条件。
1 采样方法
采用完全随机区组试验设计,三次重复,每株采八个不同方位枝条上的顶芽,每次50个,包入锡箔纸中,进行标记,放入液氮罐中,带回试验室,放入-60℃超低温冰箱中备用。
2 液相仪器分析条件
2.1 主要仪器和试剂
主要仪器:Agilent 1100型高效液相色谱仪。
主要试剂:色谱用甲醇、高纯水、0.1M冰醋酸和其他化学分析试剂。
2.2 色谱条件
色谱柱:Waters C18 3.9×150mm,4.5um;
流动相:甲醇:水:冰醋酸=46.0:53.5:0.5;
柱温:36℃;进样量:15uL;流速1.0mL/min;
标样:ZR、IAA、GA3、ABA均为Fluka产品。
采用外标峰面积定量方法,梯度洗脱,洗脱条件如表1:
表1IAA、GA3、ABA和ZR梯度洗脱条件
3 板栗顶芽内源激素提取纯化方法
首先,从超低温冰箱中取出样品,用精确度为0.1mg的化学分析天平迅速准确称取0.5g样品,在研钵中加入冰醋酸研磨直至成为浆状,研磨好的浆状物倒入准备好的小烧杯中,用甲醇冲洗研钵数遍,保证浆状物全部洗入烧杯中。研磨时注意避光,需要在研钵中加入少量抗氧化剂,用锡箔纸封住烧杯口,放入恒定3℃冰箱中浸提过夜。
其次,从冰箱中取出烧杯,加入不溶PVP(聚乙烯聚吡咯烷酮),进行搅拌,大约8min左右,进行抽提、弃残渣、过滤,将过滤液倒入浓缩瓶中,加入几滴氨水,用旋转蒸发仪器进行浓缩(温度不要超过40℃,然后用试管定容在5ml,放入冰箱中冷冻过夜(温度在-18℃以下)。
再次,取出样品,放入离心机中进行离心,离心前用水配平,转速在4500转以上,离心15min左右,离心后取出试管,倒出上清液于烧杯中,调ph值大约为2.8左右,定容至10ml试管中,用等体积的乙酸乙酯萃取三次,取出上清液倒入浓缩瓶中,在38-40℃温度下用旋转蒸发仪浓缩至干。
第四,浓缩后的浓缩瓶用流动相溶液溶解,然后定容到1ml青霉素管中,放入高效液相仪器中测定样品中激素含量。
4 实验结果与讨论
在上述色谱条件和样品提取纯化方法下,样品中IAA、GA3、ABA、ZR激素可以获得比较好的分离效果,从图1中可以看出,基线比较平直,峰型好,拖尾少,能够获得比较好的色谱图;从图2中可以看出标样中GA3、IAA、ZR和ABA激素的峰高、峰型和保留时间,同图1中样品混合液中峰1、峰2、峰3和峰4比较符合,说明样品混合液中峰1、峰2、峰3和峰4分别是IAA、GA3、ABA和ZR,因此,本实验采用的色谱分离条件和样品提取纯化方法适用于板栗顶芽内源激素定量和定性测定。
注:1-GA3(赤霉素);2-IAA(生长素);3-ZR(玉米素);4-ABA(脱落酸)。
参考文献
[1] 王沙生,高荣孚,吴贯明.植物生理学[M].北京:中国林业出版社,1991.
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[3] 张立民.板栗花芽分化规律及其调控研究.北京林业大学硕士论文.2007,10-11.
中图分类号:S718.5 文献标识码:A
0 引言
气候变化的趋势为全球气温的升高,降水分配格局的变化,以及灾害性天气的增加,在20世纪,全球平均气温升高约0.74℃,21世纪末全球平均气温预计将升高1.1~6.4℃ (IPCC,2007)。大兴安岭地区气温也有明显上升的趋势(唐国利等,2005),大兴安岭是我国地带性多年冻土的主要分布区,且位于欧亚大陆地带性多年冻土的南缘,多年冻土对气候变化的响应也十分敏感,已出现退化现象(金会军等,2006),这些变化必将对大兴安岭北部森林生态系统带来影响。
森林生态系统作为陆地生态系统的主要组成部分,其对气候变化的响应对于维持生态系统的平衡有十分重要的作用。气候变化与森林生态系统之间关系密切,气候变化将不可避免的对森林生态系统产生一定的影响(刘国华和傅伯杰,2001)。大兴安岭地区是我国典型的寒温带针叶林区,树种组成以兴安落叶松(Larix gmelini)和樟子松(pinus sylvestris var.mongolica)为主,阔叶树种有白桦(betula platyphlla)和山杨(populus davidiana),其山地地貌和植被共同影响大兴安岭的气候特征。
1 大兴安岭北部林区气候变化特征
大兴安岭地区气候变化特征与全球和我国的趋势一致,具有变暖的特征,气温增加幅度是我国最大的地区(唐国利等,2005)。近30a来,大兴安岭冬季增温更明显,降水总体变化不大,而多年冻土融深具有增加的趋势(吕淼等,2005)。对于大兴安岭北部漠河地区,近30a来气温增加了大约3℃,而年降水变化趋势不明显,但冬季降水具有增加的趋势(赵玉柱等,2012)。总之,大兴安岭北部气候趋于变暖,冬季降水有所增加。但由于大兴安岭为山区,气候具有垂直地带性特点,气候变化也具有山地气候的特征。
2 气候变化对大兴安岭北部森林生态系统带来的影响
2.1 温度和降水对大兴安岭北部森林生态系统的影响
气温升高可直接影响森林的生理过程(Prenticeet等,1992),在冬季和早春温度升高下,一些植被物种会提早开花或放叶,这会改变森林生态系统的结构和物种组成。当温度增加1℃,大兴安岭北部落叶松及针叶松林面积将缩小,当温度继续升高约3℃,阔叶林可完全代替落叶针叶林(钟秀丽和林而达,2000),有的研究也认为气候变暖会使北方森林带北移,大兴安岭会出现蒙古栎和椴树等阔叶树种(程肖侠和延晓冬,2007)。另外,温度增加也会影响森林生态系统的物质循环,使土壤有机碳的矿化能力增加,从而对气候变化产生反馈效应(Pastor和 Post,1988)。由于降水的年季变化较大,降水变化对森林生态系统的研究还相对有限,如果降水增加,则大兴安岭北部的森林中将出现红松树种(程肖侠和延晓冬,2007)。当平均气温增加4℃和降水量增10%时,大兴安岭的针叶林甚至可能会完全北移出我国,取而代之的是针阔混交林或中温性的草原(谭俊和李秀华,1995)。
2.2 多年冻土退化对大兴安岭北部森林生态系统的影响
在气候变化下,大兴安岭多年冻土退化显著(金会军等,2006),这也会对森林生态系统带来影响。在大兴安岭根河地区,多年冻土退化导致落叶松林倾倒,并且造成大面积的兴安落叶松死亡,倾倒林木蓄积量约为6 000 m3。而在漠河的育英林场,气候变暖下缓坡多年冻土湿地退化出现白桦入侵现象,白桦可作为入侵的先锋树种,随着白桦林的增长发育,兴安落叶松也会相继入侵,逐渐代替白桦。
2.3 气候变化对大兴安岭北部森林火灾的影响
林火是森林生态系统演替的一个重要环境因子,而大兴安岭地区森林火灾比较频繁。气候变化对森林生态系统带来的变化也会影响森林火灾的发生。大兴安岭北部是我国增温幅度最大的地区之一,气候变化可加快可燃物的失水,加强其燃烧性。另外,遭受过火灾及其它强烈干扰的森林对干早更加敏感,进而会导致林火有增加的趋势。
3 结语
大兴安岭北部已出现气候变暖和多年冻土退化的现象,这些变化会对森林生态系统产生多方面的影响,其可以改变森林生态系统的物种组成,群落结构、影响森林演替方向及对森林的物质循环带来影响,森林生态系统的这些变化也会对气候变化产生反馈效应。
参考文献
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[11]IPCCWGI.ClimateChange:ThePhysicalScienceBasis[EB/OL].http://ipcc-wg1·ucar·edu/wg1/wg1-report·html.
焚烧秸秆不仅浪费资源、污染环境,影响人们正常生活和身体健康,影响飞机起降和交通干线及高压输电线路安全,进而影响国际及城市形象,也会烧毁农作物及树木造成经济损失。在秸秆禁烧方面,尽管环保部门做了大量工作,各地投入了大量的人力、物力和财力,取得了一定成绩,但由于部分地方政府责任不落实、相关部门执法难度大、综合利用技术缺乏及推广缓慢等原因,秸秆焚烧的现象还较普遍,年年禁烧年年烧的局面并未实现根本扭转。
1、制约我国秸秆禁烧屡禁不止的因素
一是秸秆生产量大,农民的环保意识淡薄。据权威部门不完全统计,我国每年产生的各种农作物秸秆超过6.5亿吨,过去,秸秆多用作牲畜饲料,并用来烧火做饭,而现在,人们更多的改用电和煤烧饭,秸秆随即成为被闲置的资源,二是环保等执法部门管理难以到位。按目前国务院职能分工,秸秆禁烧工作归属国家环境保护部门。然而,秸秆禁烧是一系统工程,它涉及除农业、财政、交通、环保、民航等6个部门外,还涉及公安、银行、科技、林业、文物、电力、信息产业等十几个部门,一个同等级别的环保部门要统筹协调好十几个部门,难度可想而知。三是法律法规的可操作性不强。尽管《大气污染防治法》对秸秆焚烧及其法律责任作出了明确规定,对露天焚烧秸秆者情节严重的,可以处200元以下罚款,实践证明,该规定过于简单,可操作性差,力度小。况且,焚烧秸秆不是个案,绝大多数农民争相参与,环保部门的执法力量薄弱,要深入农村一线执法,更不现实。四是收获周期短加大了秸秆禁烧的难度。现在农村年轻力壮的劳力,大都外出打工,在家从事耕作的大都是老弱病残,再加上小麦收获期不足10天,收割机收割后,马上就要复种,午收季节外出打工返家的农民兄弟为了尽快外出,若使过高的麦茬人工还田费工费时,并与耕作播种形成矛盾。也有农民曾经试过“秸秆还田”,但实际效果不理想,特别是麦秸秆蜡质较重,还田后如果没有降雨,埋在土里就无法腐烂,不但不能成为肥料,而且还给后续农作物的生长造成了障碍,自己浇水则更不划算。五是机械化收割难以实施统一监管。目前,大多数联合收割机流动作业,非属某一地区,不好管理,再加上夏收时间紧,严格管理会吓跑机割手,影响麦收。因此,在经济利益的趋势下,大多数联合收割机业主为了省时、省力和减少机器磨损,都将麦茬留得很高,有的甚至只将麦子“斩首”,留下的是无法处理的满地秸秆,客观上加大了秸秆禁烧工作的难度。六是秸秆的综合利用技术难以推广。虽然目前国内已经在秸秆开发利用方面取得了一些成功的经验,可以将多种秸秆加工成优质饲料和工业原料,但由于成本过高,加上效益不明显,很难在短期内迅速推广。
2、对策及其建议
2.1加大宣传力度,提高农民的环保意识。一是采取各种形式,广泛开展宣传教育活动,增强农民朋友的环境保护意识,提高对秸秆禁烧工作的重要性、艰巨性和紧迫性的认识;二是各新闻单位应将该项工作列为宣传报道的重点,有计划、有步骤地开展全方位的宣传,使秸秆禁烧工作家喻户晓,形成全社会关心、支持和参与秸秆禁烧工作的氛围;三是动员农村的广大党员、干部积极参与秸秆禁烧工作,为改善农业、农村环境尽一份义务。
2.2加强组织领导,健全管理网络。要将秸秆禁烧工作摆上各级党委政府的重要议事日程,本着对改善农村环境负总责的态度,真正把这项工作当作实践“三个代表”重要思想的具体行动,持之以恒、长抓不懈。根据秸秆禁烧应急预案成立相应的工作机构;各县(市)、区务必将禁烧任务分解落实到乡镇,乡镇落实到村,明确分管领导和责任人,将禁烧工作纳入政府年度目标考核责任 书,加大考核力度。
2.3加快农业产业结构的调整。在目前市场体系尚未发育健全的条件下,没有准确的市场信息作导向,盲目扩大小麦、油菜作物的生产,往往有悖于市场经济的发展,必须进一步调整优化农业结构,做到预测市场在前,组织生产在后,要以市场为导向,广泛引进牧草、花果、苗木、药材等经济作物,减少小麦、油菜种植面积。走综合开发、生态牧业、绿色食品三位一体之路。
2.4应依靠科学技术解决秸秆综合利用难题。国家应尽快出台相应的经济政策,对秸秆综合利用产业予以扶持,农业、农机监理等部门要把好农机关,加强对麦收现场的监管,控制住麦茬高度。广泛引进微耕机、粉碎还田机、埋草机、气化炉等机具设备,政府应将秸秆综合利用所需资金列入财政预算,出台优惠政策,多方筹措资金,加大财政补贴、信贷优惠的力度,积极鼓励农业、畜牧、环保等方面的科技人员进行科技攻关等。
2.5应进一步完善法律法规,加大查处力度。加大环保、农业、公安等部门间的协作力度,联合执法、形成合力,从单一的现场堵截,转变为“堵疏”结合,以疏导为主的工作路子上来。要尽快制定控制秸秆禁烧的地方性法律、法规,抓好秸秆禁烧的检查,积极开展执法培训,努力提高执法队伍的整体素质和执法人员依法行政水平,规范执法行为。针对秸秆露天焚烧,发现一起,制止一起,该教育的教育,该处罚的处罚,绝不姑息迁就。
参考文献:
[1]吴江红,秸秆焚烧的原因危害及应对措施,《农机服务》[J],2008年第4期;
[2]邹明懿,农作物秸秆焚烧的原因及解决途径,《江苏农机化》[J],2006年第6期;
倒挂金钟花萼展卷似吊钟,钝萼合抱似灯笼,有吊钟海棠和灯笼海棠的别称。其花体玲珑,花色艳丽,花形奇特,花期较长,是优良的盆栽观赏种类,盆栽适于客厅、花架、案头点缀,凉爽地区可地栽布置花坛。在青海栽培历史悠久,生长表现优良,是青海6大优势宿根花卉之一。通过对倒挂金钟扦插繁育与栽培管理进行系统的研究,总结了倒挂金钟规模化生产中栽培管理的技术要点,为青海的倒挂金钟盆花生产提供理论依据。
1 形态特征及生长习性
倒挂金钟(Fuchsia× hybrida Voss)为柳叶菜科倒挂金钟属常绿亚灌木,多年生老株可长成小灌木样。株高50厘米至60厘米.单叶对生、互生或轮生,叶卵状披针形或卵状长圆形,边缘有齿,先端渐尖,基部近圆形,叶柄较长。叶的形状因品种不同有较大的差异。花两性,1-2朵生于枝顶或叶腋,梗长达3-4厘米,下垂;花萼4,向四周平展或上翻;花瓣4,重瓣品种多达十余枚,多为复色。浆果,种子多数。
倒挂金钟喜凉爽湿润的气候,畏炎热酷暑。最适生长适温为15℃~
作者简介:李春艳(1981-),女,本科,青海西宁人,助理工程师,目前主要从事林业育苗及苗圃木管护工作。电话:
20℃,超过30℃生长受抑制,温度再高则进入休眠状态。夏季不能受阳光直晒,秋季气温降至10℃时要搬入室内越冬。
2 扦插繁殖技术
2.1 扦插前的准备
扦插时间:只要温度适宜,一年四季均可扦插,但以每年的11月至来年的4月中上旬为好。
扦插场地:日光节能温室。
扦插容器:50目穴盘。扦插前用0.1%的高锰酸钾溶液浸泡 20min。
扦插基质:黑土。扦插前一周附加50g/m3多菌灵进行消毒处理,装入穴盘中待用。
2.2插穗准备
2.2.1 插穗剪制
种条宜选择当年生无病虫害、尚未木质化的枝条。插穗长约8~10㎝,上部留2片叶为好,剪去其他叶片,插穗上剪口平口,下剪口斜口,下剪口离节约l~2mm为好,剪口要求整齐平滑。剪制插穗的剪刀一定要消毒。
2.2.2 插穗处理
剪好的插穗首先用0.1%的高锰酸钾溶液中浸泡5min后用立即清水冲洗。然后将插穗基部约5~6㎝部分在国光生根粉500倍溶液中浸泡10s后即可扦插。
2.3 扦插
采用引孔扦插法进行扦插,扦插深度为6~8㎝,地上只留一对叶芽。扦插后压紧按实插孔,立即浇透水。
2.4 插后管理
扦插后第一周内需75%的遮阴,避免阳光直射;温度保持在18~25℃左右,为了避免早晚温差过大,扦插苗搭设娃娃棚,晚上覆盖塑料薄膜保温;扦插后每天视天气情况用喷雾器喷水2~4次,每次喷水量以叶片带水膜为准;基质湿度保持在80%以上,促使插穗快速生根,提高成活率。扦插后每周对插穗和扦插环境喷施杀菌、杀虫剂一次。
3 栽培管理
3.1上盆
扦插苗生根后应及时上盆,盆土宜用黑土与珍珠岩按3:1比例配制。上盆一周前盆和盆土均应消毒,消毒方法同扦插。上盆时轻轻退下穴盘,尽量带完整的根团,根团放入盆内事先挖好的小坑内,放正后用土将根部埋好,不可用手压土,以免用力过大,将根苗损伤。小苗栽植好后浇透水,使土自然密实。
3.2栽培管理
3.2.1光照管理
倒挂金钟喜阳光充足的环境,日照不足易徒长,造成开花减少。每天要保证三个小时以上的阳光照射,忌直射。夏秋季必须遮荫,冬季可接受全日照。
3.2.2温度管理
倒挂金钟喜凉爽的环境,生长适温15~25℃。怕热,30℃时生长明显受抑制,35℃时则易死亡,冬季不得低于5度。
3.2.3水分管理
一般坚持“见干见湿”的浇水原则,忌勤浇水。冬季及雨季2~3天浇水一次,秋季及晴天每天浇水一次,夏季处于半休眠状态时要控制水分,防止脱叶、烂根现象发生。
3.2.4肥料管理
上盆前盆土施足底肥,生长前期控制氮肥,防止徒长,花期增施磷钾肥。在生长期每半月施一次复合肥,开花期每周施一次复合肥。
3.2.5矮化处理
春季倒挂金钟叶片长满盆面,花茎抽发初期至花蕾长出叶丛前,叶面喷施0.2%—0.4%的比久一次可有效的控制株高。
3.2.6整形修剪
倒挂金钟栽培管理中的一个重要环节是适时摘心,摘心的次数和具体时间,要根据植株的长势和株形需要而定。一般苗期宜进行2~3次摘心。第一次在3对叶时进行,留2对叶摘心,摘心后可以促发分枝。第一次摘心约经4周后,当新枝长出6~8片叶时,可进行第二次摘心,并将多余的芽去掉,保留5~7个枝即可。倒挂金钟的花芽一般着生于新梢的叶腋间,故苗期摘心后,到生长期还应隔2~3周摘心一次。这样培养的植株分枝多而均匀,开花繁茂,且株形丰满。
3.3花期调控
倒挂金钟在北方自然环境下盛花期在4至7月。如果栽培得当,四季均可开花。可利用其摘心后一个月左右长出的新枝就能开花这个习性,来调节花期,让其不断开花。一般摘心次数少,开花早;摘心次数多,开花就晚。故有计划地摘心,既可控制花期,又能保持株形美观。若要使植株长得大些,可在“立夏”前再次摘心,促发新的分枝,花期将会推迟到6月初。因为倒挂金钟的枝条非常脆弱,所以在其孕蕾开花期间要尽量少搬动,以防止花蕾掉落。
3.4病虫害防治
3.4.1病害
倒挂金钟主要病害有白粉病、叶斑病等。栽培中可采取加强日常管理,浇水时采用根灌,尽量少进行叶面淋水,以降低空气湿度;合理布置盆距,以利通风透光;及时清除枯枝、落叶、病枝,烧毁或深埋,以减少病菌来源等措施有效预防病虫害的发生和蔓延。发病初期可喷施 50%多菌灵500倍液或70%甲基托布津1 000倍液每周喷施一次,连续喷施3次进行防治。
3.4.2虫害
倒挂金钟在夏季易遭受介壳虫、蚜虫、红蜘蛛、白粉虱的侵害。养护时要注意通风,如有虫害发生,可用40%氧化乐果乳油1000倍液喷杀介壳虫、蚜虫和白粉虱,用20%三氯杀螨醇乳油800倍液喷杀红蜘蛛。
作者简介:张涛(1981-),男,安徽阜阳人,三峡大学电气与新能源学院,副教授;武建瑞(1983-),男,陕西蒲城人,三峡大学电气与新能源学院,助理工程师。(湖北 宜昌 443002)
基金项目:本文系三峡大学教学研究项目重点项目(项目编号:J2011008)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)09-0073-02
能源是人类生存和发展的重要物质基础,随着社会发展对能源需求的持续增长,以及能源短缺危机和全球环境的日益恶化,能源对人类经济与社会发展的制约和对资源环境的影响也越来越显著。[1]面对能源短缺危机和环境保护的双重压力下,必须通过能源利用新技术实现“开源”和“节流”。因此,大规模开发新的能源,大力发展高效、环保的电力工业成为解决能源问题的有效途径,培养这方面的人才对新能源的开发和利用具有重要意义。
三峡大学具有浓厚的电力行业背景,为了让三峡大学(以下简称“我校”)电气工程类专业学生了解新能源相关知识,“新能源发电技术”课程应运而生,它是电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的专业选修课程。该课程的讲授,能够帮助学生较为全面地了解和掌握新能源利用形式及其相关技术的前沿动态,有利于培养学生的创新思维能力。为了提高教学质量,结合电气工程类专业的特点,探索适合电力系统及其自动化专业课程授课内容和教学方法是十分必要的。本文将根据笔者近年来的教学实践,谈谈对该课程的教学改革与实践方面的几点体会。
一、课程教学存在的主要问题和矛盾
“新能源发电技术”课程是一门多学科交叉的课程,除了涉及电力和能源领域的知识外,还要求学生具有其他领域相关的知识,如课程中风力发电技术涉及空气动力学的相关知识,太阳能电池涉及的半导体材料的相关知识,生物质能中涉及的生物化学等相关知识等。[2,4]由于新能源发电技术的研究属于前沿科学,目前,我国部分高校的相关专业已开设“新能源发电技术”课程,但不同学科对该专业课程的教学需求不同,导致教材内容侧重点差异较大。该课程的建设中存在的问题较为突出,集中体现在:不同专业教材内容侧重点不同,缺乏适合电力系统及其自动化专业的教材;作为一门选修课程,学生重视程度不够;专业教学环节矛盾众多,包括课程与教材之间的矛盾,理论教学与实践教学之间的矛盾,教学目标与教学方法之间的矛盾等,这些都在很大程度上制约了“新能源发电技术”课程教学质量的提高。
对于电力系统及其自动化专业的学生,该课程需要涉及更多电气工程学科的相关知识,如电机学、电力电子技术、电力系统分析等专业知识。在新能源并网和储能技术中需要应用这些专业知识分析该研究领域前沿问题,有利于全面掌握新能源知识体系和培养学生分析问题的能力。由此可见,本课程内容丰富,知识点多,在该课程的建设中,需要根据专业特点,合理组织教学内容,让学生掌握晦涩难懂的外专业知识的,能利用本专业知识分析实际工程问题,激发学生学习该课程的兴趣,提高学生的综合素质,因此该课程的教学内容和教学模式的改革势在必行。
二、教学内容的改革
为了适应电力系统及其自动化专业学生的教学,在课程改革过程中,根据新能源发电行业现状和电气工程对新能源发电技术课程知识体系的需求,结合电力工程及其自动化专业的特点,精选教学内容,重新构建了新的课程知识体系,加强与电力系统及其自动化专业之间的联系。
根据新能源发电站接入电网的影响不同,将这些新能源技术分为两类:稳定性能源发电技术和间歇性能源发电技术。
一些新能源技术(如生物质能、地热能和常规水电)在接入电力系统方面和常规电力技术一样容易,除了一次能源的形式不同,转换成电能环节基本相同,都采用同步发电机进行发电,对电网的安全和稳定不会造成影响。因此,这部分新能源知识重点讲解各种新能源发电技术的基本原理,最新的发电技术的现状和动向,及在利用过程中对改善环境带来的好处,培养学生新的能源观念和意识。同时结合电网发展的最近进展,这些发电技术作为分布式电源接入电网时,如何规划电网,接入电网对电网的影响等方面进行适当的讲解,加强与电力系统知识的联系,提高学生学习的积极性,
由于受到季节、气象和地域等条件的影响,另一些新能源技术具有随机性、波动性和间歇性的特点,如风能和太阳能发电等新能源发电技术,在接入电力系统方面需要克服更多的挑战,其电力大规模并入常规电网会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响。这部分内容重点讲解与电力系统相关的技术,涉及到电机学、电力电子技术和电力系统相关的知识点。在间歇性能源并网过程中,电力储能技术可以补偿负荷波动,解决风能和太阳能等间歇式新能源发电直接并网对电网的冲击,调节电能质量,使大规模风力发电和太阳能发电能够方便可靠地并入常规电网。随着可再生新能源发电技术的快速发展,电力储能技术也是电力系统及其自动化专业学生必须掌握的知识,所以储能技术也是该课程知识体系的重要部分。
本文提出的课程知识体系目前还没有相关教材,为此,笔者较为系统地构建并编写适合电力系统及其自动化专业的“新能源发电技术”课程讲义,使之更符合电力系统及其自动化专业的教学。从两学期的试用情况来看,学生认同感增强,明确该课程是本专业不可或缺的重要选修课,重视程度显著提升,在教学过程中取得了良好的效果。
三、教学模式改革
选择合适的教学方法,能够提高课堂效率。教学内容的不同,授课的教学方法也需要相应的改进,为此笔者对教学方法也进行了改革,使之与课程知识体系相适应。
1.采用学术专题讲座的教学方式
“新能源发电技术”课程知识体系要求运用新的教学方法。每种新能源发电技术各自成章,自成系统,各部分内容均有很多前沿的技术,仅靠书本知识已经不能适应科技的进步。[5,6]因此需要任课教师补充相关发展的新动向和新技术,以学术讲座的形式进行讲授与课程相关知识点。讲解过程中,以具体的行业问题为背景,采取启发式的讲解方式,层层剖析问题,可以让学生在有限的学时内,掌握发电技术的发展现状、发电原理、利用方式、开发存在的问题和研究现状及动向。如地热发电、海洋能发电、生物质能发电、太阳能热发电技术,都可以采用讲座的方式进行讲解。同时在讲座过程中,增加学生提问环节,让学生可以积极参与,引导学生自主思考。
为了强化实践,在每一个专题授课结束后,教师通过布置与该专题相关的设计题目,让学生学以致用。比如让学生设计太阳能热电站,利用波浪能发电原理设计相应的波浪能电站,设计新农村综合利用生物质能的方案,设计垃圾发电站工艺流程等,作为分布式电源接入电网时,结合不同能源开发利用的特点对该地区新能源开发和电网结构做出合理规划,并给出理由。通过这些综合性设计作业,可以增强大家的创新意识和实践能力,激发了学生的学习兴趣和主动性,训练了学生分析问题、解决问题的综合能力,起到了非常好的效果。
2.基于问题的探究式教学方式
传统的讲授方式,可以系统地讲解,课堂容量大。风力发电和光伏发电技术涉及知识点多,知识点零散,因此需要教师合理组织教学内容,使其与所学专业知识相结合。为此笔者精心设计每一个教学环节,精讲多练。但传统的授课方式,学生被动接受,学习积极性不高。
为此,笔者采用基于问题的探究式教学方式,在教学的过程中,教师起引导作用,对课程中的知识点进行分析,提出基于问题的讨论题目;并分析学生需要掌握的知识要点,为学生提供必要的参考文献,让学生课后自己查阅资料,引导他们学会自己总结知识点,利用所学知识分析实际问题。而学生在课后根据自己的兴趣自愿选题,并分小组进行研讨,研讨后,该小组总结讨论结果。在课堂讨论中,每个小组推荐一名学生做交流发言,将自己的研究内容做简要汇报。学生互相提问展开讨论,老师进行有针对性的点评,肯定了学生们取得的成绩,对错误的地方进行了补充和纠正。[2]为了达到分组讨论学习预期效果,要求每个小组在上交的文献报告中,明确每个学生所做的工作和参加小组讨论的发言内容,督促每个学生都参与讨论学习。通过这种教学方式,充分调动了学生的积极性和主动性,也很好地完成了教学目标,促进了教学质量的提高,达到“授人以渔”的目的。
3.改进多媒体教学方式
由于该课程设计的专业知识具有跨学科的特点,有些知识点学生难以掌握,有些原理较为抽象。如风机的偏航过程、变桨过程、风机的失速原理、斯特林发动机的发电过程等都比较抽象,在没有实物演示的前提下,学生经常不容易理解。因此在讲这些课程内容时,采用多媒体动画演示的方法,帮助学生理解基本概念和知识,让学生更快更易地理解和掌握这些内容。
四、考试方法的改革
虽然在教学内容和方法上进行了改革,提高了学生的学习兴趣,激发学生的学习热情,但仍有不少学生选课和学习动机不端正。他们不是为了完善自己的知识结构,提高自己的综合素质,只是为了凑满学分,对选修课缺乏足够的重视。[6]传统的闭卷考核方式不能全面地反映真实的教学情况。撰写课程论文,成绩只与论文写得好不好有关,有的同学东拼西凑,也能获得一个理想的成绩。这些方式都难以督促学生平常的学习,因此仍需完善课程的考核方式。根据“新能源发电技术”课程的特点,笔者对该课程的考试方式做了合理的改革,促进学生学习,公正地反映了学生的成绩。主要采取了以下一些措施:
1.注重对学生平时的考查
增加课堂随机考查的次数。通过提问、课堂测验等方式,让学生在上课时能集中精力听讲,防止学生上课“开小差”。回答问题和课堂测验计入平时成绩。
2.增加撰写文献报告和大作业
基于问题的探究式教学方式中,撰写文献报告和小组讨论环节能够有效培养了学生查阅文献、撰写论文、发现问题、解决问题、独立思考的能力,因此能够较为科学评价学生平时的努力程度。因此,课堂讨论和小组讨论中,根据学生在该环节中的贡献不同给学生不同成绩,这样能起到督促学生学习和检验学生学习效果的作用。
作业是课堂教学的有效补充和延伸,是教学中必不可少的环节。大作业一般具有综合性的特点,能够有效锻炼学生的综合能力,巩固平时所学的知识,是反馈教学效果的有效手段。因此增加大作业和撰写文献报告在平时成绩中的比重也是考查学生平时学习的有效手段。
3.增加平时成绩的权重
平时考核成绩权重由原来的30%提高到目前的50%,有效地避免了学生平时不学习,考试时突击学习也能取得不错成绩的弊端,提高学生学习的积极性和自觉性。
通过上述措施的实施,经调查表明多数学生都认可这种成绩考核方法较合理、公正,能够真实反映学生的成绩,受到了多数学生的欢迎。
五、结束语
“新能源发电技术”课程是电气工程及其自动化专业课程体系中一门重要的专业选修课程。本文针对课程建设中存在的突出问题,构建了适合电气工程类专业的“新能源发电技术”课程的知识体系,合理组织教学内容,并根据授课内容提出了合适的教学和考核方法。通过课程教学改革,激发学生的学习兴趣,引导学生主动学习,培养了学生分析问题、解决问题的能力和创新意识,提高学生的综合素质,达到提高该课程的教学质量和教学效果的目的。
参考文献:
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[3]陈春香,李啸骢,梁志坚,等.“新能源发电技术”课程教学改革与探索[J].中国电力教育,2013,(5):62,102.
0 引言
焦化工艺中氨碱法脱硫废液含有一定的可回收成分,将这些成分加以回收利用,具有一定经济效益、环境效益。
某化工厂是从事氨碱法脱硫废液回收化工产品的企业,其主要工艺过程为:将焦化企业的脱硫废液收集回收入厂,用活性炭吸附脱色。上述过程完成后产生废活性炭,属于危险废物。目前常用的处理方法是将使用过的废活性炭运往有资质的废物处置机构进行处理,处理过程需要较高的费用且由企业支付,造成浪费。研究废活性炭的再生可行性能为该企业带来一定的经济效益以及环境效益,因为活性炭吸附处理的运营费用较高,同时活性炭的再生比较困难,寻找一项成本低廉并容易应用于实际的活性炭再生方法成为本次研究的重点。本论文通过实验的方式测试活性炭再生的方法和再生效率,由于活性炭上吸附了很多有机物,故选择乙醇萃取法对其进行再生,并对该方法的再生效果进行评价,再生过程中脱附的有机物可尝试回收利用,用过的乙醇也可以通过蒸馏法回收以循环利用。
1 综述
1.1 氨碱法煤气脱硫液的组成
脱硫液的组成非常复杂,所含的污染物一般可分为有机污染物和无机污染物两大类。其中有机污染物以酚类化合物为主,占总有机物的80%以上,此外,还包含多环类化合物、多环芳烃和脂肪族化合物,酚类化合物主要有苯酚、二甲酚、邻甲酚以及其同系物;多环类有机物包含菲、蒽、萘等[1],杂环类有机物包括氮杂联苯、二氮杂苯等。无机污染物一般以铵盐形式存在,包括碳酸铵、碳酸氢铵、氰化铵硫、化氢铵等。
1.2 活性炭吸附原理和类型
1.2.1 活性炭吸附原理
根据活性炭于吸附物作用力的不同,活性炭的吸附通常可以分为物理吸附和化学吸附两种。其中物理吸附中活性炭和吸附物之间的作用力是范德华力,主要用于活性炭去除气相及液相中杂质的过程。活性炭结构多孔,可以提供大量的表面积,从而易于吸附杂质。化学吸附的作用力主要来自化学键,故也可以把其当成化学反应来看。活性炭不仅含碳,在其表面含有少量的功能团和化学结合形式的氢和氧,例如羟基、羧基、内脂类、酚类等。这些物质可以与被吸附物发生化学反应,从而被吸附物聚集结合到活性炭的表面。活性炭吸附是上述两种吸附原理综合作用的结果。
1.2.2 活性炭类型
活性炭的原料来源丰富,基本上所有富含碳的有机材料都可以作为其原料,例如燃煤、果壳、木材等。上述有机原材料在一定的压力和温度下通过热解作用被转换成活性炭。活性炭具有庞大的孔隙结构以及巨大的比表面积、特意的表面官能团,同时还具有稳定的物理特性及化学特性,是优良的催化剂、吸附剂或催化剂载体。按照活性炭的形状进行分类,活性炭一般可以分为颗粒状活性炭、粉状活性炭、柱状活性炭和球形活性炭等。
①颗粒活性炭
通常情况下把颗粒粒度大于0.175mm的活性炭称为颗料活性炭。颗粒活性炭按照生产原料又分为果壳颗粒活性炭、煤质颗粒活性炭、椰壳颗粒活性炭等,不同类型的活性炭吸收成分各有侧重。
②粉状活性炭
一般将粒度小于0.175mm或者90%以上通过80目标准筛的活性炭通称粉状活性炭或粉状炭。粉状炭有吸附能力使用充分和吸附速度较快等优点,但是分离较为困难。随着分离技术的进步和受某些应用要求所限,粉状炭的粒度出现越来越细化的倾向,有的使用场合已达到微米甚至纳米级。
③柱状活性炭
通常是由粉状原料和粘结剂先经过混捏和挤压成型,再经过炭化、活化等后续工序制作而成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。柱状活性炭又有中空和实心之分,其中中空柱状炭是柱状活性炭内有人造的一个或多个有规则的小孔。
④球状活性炭
球状活性炭和柱状活性炭制作过程和原理类似,最后制成球状。或者由液态的含碳原料经过喷雾造粒、氧化、炭化及活化等工序制作而成,或者用粉状活性炭加粘结剂成球加工而成。与柱状活性炭类似,球状活性炭也有空心和实心之分。
本次实验所采用的活性炭是该化工厂家使用并提供的粉状活性炭。
1.3 常用的活性炭再生方法
活性炭再生是将已经饱和吸附有污染物或者杂质的活性炭进行脱附的过程,从而达到活性炭的循环使用。通常情况下活性炭并不能实现100%再生,同时会伴有部分损耗,但因活性炭成本较高,对其进行再生有一定的现实意义,可以降低企业使用费用。
吸附饱和的废活性炭有多种再生方法,目前常用的再生方法主要有加热再生法、生物再生法、溶剂再生法和湿式氧化再生法等。以上几种再生方法中加热再生法应用最广并且应用时间最长[2],并且再生率很高,是目前最主要的再生方法;生物再生法的特点是成本低、易于操作运行,并且吸附物被氧化成水和二氧化碳从而实现无害化,但也存在再生时间较长、受温度、水质影响大的缺点;溶剂再生法一般适合再生吸附有机污染物的活性炭;湿式氧化再生法控制好再生所需温度和压力可取得较好的效果,同济大学的李光明等人采用催化湿式氧化法通过实验得到47.0%的再生效率[3]。除以上传统再生方法外,随着科技的进步,近几年兴起的再生方法还有超声波再生法、光催化再生法、微波辐射再生法、电化学再生法和超临界流体再生法等,都很有发展前景。本文因废活性炭中吸附有较多有机物,故采用溶剂再生法,选用乙醇作萃取溶剂,下面对该方法进行详细介绍。
①溶剂再生法原理
溶剂再生法一般是利用活性炭、吸附溶剂和吸附物之间的相平衡关系,在一定的温度和PH之下改变这种平衡关系从而使吸附物脱附的一种方法。通常情况下使用有机溶剂对吸附有有机吸附物的废活性炭进行萃取,从而实现活性炭的再生。通过查询资料发现,溶剂再生法中,脂肪族化合物的再生率一般较高,芳香族化合物的再生率受置换基的影响比较大。像苯甲醛、苯甲酸、硝基苯和苯甲酰胺之类具有吸电子基(-CHO,-COOH,-NO2,-CONH2 )的芳香族化合物,用乙醇萃取法再生率高;带有供给电子置换基(-OCH3,-NH2,-OH)的芳香族化合物,用乙醇对其再生率较低[4]。
②溶剂萃取再生法的优缺点
优点:溶剂再生法可在高温加热下进行,也可在低温下进行在线操作,不需要另设再生装置,投资较少。再生中活性炭的损失极少,同时还可回收有利用价值的吸附质,所用溶剂可以经蒸馏回收后可反复使用。
缺点:再生效率不高,活性炭孔隙容易被堵塞,从而使吸附性能的恢复受到影响,并且多次再生后,活性炭吸附性能有一定下降。同时,溶剂萃取再生针对性较强,往往一种溶剂只能脱附某些污染物。但往往水处理过程中活性炭吸附的污染物种类较多,成分复杂,因此,一种特定溶剂的应用范围较窄。溶剂萃取再生法通常只用于物理吸附起主要作用并具有较高回收价值的吸附物。
1.4 活性炭再生效果评价方法
1.4.1 COD值评价法
用不同质量梯度的再生前后烘干的活性炭吸附废水,当吸附后的废水滤出液的COD不再随着活性炭的增加而增加时,则可认为活性炭完成对废水的吸附,以活性炭质量和吸附后滤液的COD值为坐标作图,求得各自的吸附容量,两值相比求得再生率。
1.4.2 分光光度法
用不同质量梯度的再生前后烘干的活性炭吸附含酚废液,用4-氨基安替比林分光光度法对比吸附前后吸光度变化,当吸光度不再随着活性炭的增加而增加时,则可认为活性炭完成对废液的吸附,以活性炭质量和吸附后滤液的吸光度为坐标作图,求得各自的吸附容量,两值相比求得再生率。
1.4.3 质量差法
用一定量的再生前后烘干的活性炭吸附过量的脱硫废液,吸附后烘干称量,通过对比吸附前后的质量差来求得各自的吸附容量,两值相比求得再生率。
2 实验部分
2.1 实验目的
研究活性炭再生是否可行,并对再生效果进行评价。
2.2 实验方案
2.2.1 活性炭再生方案
本实验主要研究溶剂萃取再生法,实验中选择的溶剂为乙醇。
2.2.2 再生效果评价
采用质量差法,对比新活性炭和再生后活性炭对脱硫液中组分的吸附容量,得出再生效率,分析再生是否可行。
2.3 实验步骤
2.3.1 活性炭再生
①折叠滤纸筒
取一张长和宽大约分别为30cm和15cm的滤纸,以宽边为轴卷成筒状,然后将滤纸筒的一端折叠封死。
②称取废活性炭
将废活性炭于105℃下在烘箱内烘干2小时,称取30.00g装入折叠好的滤纸筒中,放入索氏抽提器的提取管中。
③组装仪器
将索氏抽提器的提取瓶、提取管、冷凝器按顺序组装起来,并将冷凝器与自来水管相连接。将提取瓶放在垫有石棉网的电炉上。
④进行实验
用量筒量取300mL无水乙醇从索氏抽提器的冷凝器开口间缓缓加入,至加完为止,然后打开自来水,同时打开电炉进行加热,待提取瓶中的液体沸腾开始计时加热六小时,控制电炉温度使乙醇和水每6~8min虹吸一次,以实现活性炭的再生,再生后将用无水乙醇再生的活性炭在80℃烘干4小时后备用。将提取瓶中残余的提取物取出,贮存于烧杯内,备用。
2.3.2 活性炭对脱硫液中组分的吸附
①按表1取活性炭和脱硫液做预实验,找出足够0.5g活性炭吸附用的脱硫液的量。
表1 活性炭对脱硫液中组分的吸附试剂用量预实验表
[新活性炭质量m/g\&脱硫液体积/mL\&0.50
0.50\&10.00
20.00\&再生活性炭质量m/g\&脱硫液体积/mL\&0.50
0.50\&10.00
20.00\&]
根据预实验结果确定所取脱硫液的量定为15.00mL。
②分别取0.50g新活性炭及再生后的活性炭,量取15.00mL脱硫液于250mL锥形瓶中,加水至50mL,放于振荡箱中,在温度为25℃、转速为130r/min的情况下振荡60min,再移至经过105℃的烘箱烘干至恒重的滤纸进行过滤,待所有的活性炭转移到滤纸上后,再于105℃温度下烘干、称重,通过称量结果计算出吸附前后的活性炭质量差,得到活性炭对脱硫液中组分的吸附量,为保证实验结果误差较小,新活性炭及再生后活性炭分别作三组平行实验。
3 实验结果
3.1 预实验结果
假设新活性炭的质量为m1,滤纸的质量为m2,过滤烘干前二者质量和为(m1+m2)1,过滤烘干后二者质量为(m1+m2)2,前后差值为m,吸附容量为q,预实验试剂取用量见表2,以下为预实验结果表:
表2 活性炭对脱硫液中组分的吸附试剂用量表
[新活性质量m1/g\&滤纸质量m2/g\&(m1+m2)1/g\&过滤烘干后(m1+m2)2/g\&差值 m/g\&吸附容量q/(g/g)\&0.50
0.50\&0.93
0.89\&1.43
1.39\&1.72
1.66\&0.29
0.27\&0.58
0.54\&]
预实验结果表明10.00mL和20.00mL脱硫液对于0.50g新活性炭均已过量,本实验采用的脱硫液量为15.00mL。
3.2 正式实验结果
假设新活性炭质量为M1,吸附后活性炭质量为M2,吸附前后质量差为M1=M2-M1,吸附容量为Q1=M1/M1。设再生活性炭质量为M3,吸附后质量为M4,吸附前后质量差为M2=M4-M3,吸附容量为Q2=M2/M2。再生率为Q2/Q1。
表3 质量差法吸附容量表
[新活性炭质量
M1/g\&吸附前后质量差M1/g\&吸附容量
Q1mg/g\&平均值/mg\&0.50
0.50
0.50\&0.27
0.26
0.28\&540
520
560\&540\&再生活性炭质量
M2/g\&吸附前后质量差M2/g\&吸附容量
Q2mg/g\&平均值/mg\&0.50
0.50
0.50\&0.11
0.09
0.10\&220
180
200\&200\&]
4 结论与建议
4.1 结论
本论文主要进行了活性炭再生,然后用新活性炭和再生后活性炭对脱硫液的吸附容量来评价再生效果,说明再生方法是否可行。
通过实验得到结论为:
①用脱硫液对再生效果进行评价,新活性炭对脱硫液的吸附容量为540mg/g,再生后的活性炭对脱硫液的吸附容量为200mg/g,再生率为37.0%,说明再生方案初步可行。
②从结果可以看出,活性炭再生效率偏低,需进行进一步实验优化条件如改变温度、萃取时间、萃取溶剂以提高再生率。
4.2 讨论与建议
4.2.1 脱硫液成分讨论
为了探究脱硫液中的成分,在实验室现有条件下做了脱硫液和非活性炭乙醇萃取液的紫外分析光谱图,如下。
①通过对脱硫液的紫外分析光谱图进行分析发现,图中有一个较为明显的波峰处的波长为690nm左右,如图1所示,通过脱硫液为绿色的颜色特征和查阅资料大致可以确定脱硫液中含有酞菁钴类煤气脱硫催化剂,须待进一步实验予以确认。
②将乙醇萃取液静置,温度降至常温后可见针状结晶,说明可能存在酚类物质。其颜色在这一过程中的变化为红色到棕色再到深红色,瓶壁四周有绿色析出物。通过活性炭乙醇萃取液紫外分析光谱图和脱硫液的紫外分析光谱图进行对比发现,两图中光谱走势除690nm处大致相同,如图1和2所示,说明乙醇萃取液种成分和脱硫液成分大致相同,乙醇萃取液中690nm处几乎没有出现波峰说明酞菁钴类煤气脱硫催化剂在乙醇中溶解度较低。
4.2.2 进一步研究的建议
本论文尽管对乙醇萃取再生活性炭的方法进行了一定的研究,为处理脱硫液用的活性炭的再生提供了一定的实验依据,但由于实验设备、资金和时间的限制,本文还存在一定的不足,还需要进一步从以下方面加以完善:
①由焦化工艺可知:脱硫液成分复杂,活性炭对各成分的吸附是否有先后顺序尚需进一步的探讨和研究。
②甲醇和乙醇都可以提取活性炭吸附的有机物,但甲醇有毒,成本较高,而乙醇廉价易得,对人体和环境没有危害,且可重复利用,故实验采用乙醇进行,而甲醇的萃取效果尚需进一步研究。
③本实验采用索氏抽提器为再生装置,若要将此法推广到实际应用,应考虑到活性炭层的厚度和再生后活性炭的处置与保存及溶剂回收方法等实际问题。
④生物法成本低廉,若可以实际应用于活性炭再生不仅可以解决环境污染问题,而且可以创造不小的经济效益,但现有实验条件无法进行与有效尝试,在实验环境条件允许的条件下可对该方法进行尝试。在实验时间充足和实验器材允许的条件下,可以对常用的活性炭再生方法如加热再生法和酸碱再生法进行实验,在能找到可行的活性炭与液体分离的方法时,可以尝试超声波再生方案。
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Disease Causes and Prevention Measures of Asphalt Concrete Deck
Zhang Hao,Li Mao-qi
(Tianjin Municipal Engineering InstituteTianjin300074)
【Abstract】Because large numbers of overweight vehicles, bridge deck in the long-term operation process, prone to cracking, goes, damaged and other diseases. In order to solve the bridge deck pavement diseases that occur during long-term operations, aiming at disease often appear bridge deck carried out a detailed analysis summary, and the corresponding control measures on the future design of deck pavement and conservation have a certain significance.
【Key words】Bridge deck;Asphalt concrete plant disease;Causes;Prevention measures
1. 前言
(1)桥面铺装在桥梁的运营中有着重要的作用,一方面可将车轮集中荷载进行扩散分布,降低作用在桥面板的应力;另一方面可以保护钢筋混凝土桥面板避免车轮的直接磨耗作用。桥面铺装的质量和结构性能对交通安全、行车舒适性以及桥梁功能的发挥至关重要。随着交通量和重型车辆的增加等多方面因素的影响,桥面铺装早期病害在全国范围内比较普遍。维修工作不仅需要再次投入大量资金,还会严重妨碍正常交通,甚至诱发交通事故。
(2)以唐津高速公路为例,自1998年开通以来,全线50%以上桥梁的桥面铺装出现不同程度的破坏,桥面的维修影响到车辆的正常通行,诱发交通事故。其它主要干道桥梁的维修过程中也都曾直接或间接的诱发交通事故,带来人民生命财产的损失。
(3)如何能防治桥面铺装层出现病害,国内外专家学者对此做了大量的工作,同济大学、东北林业大学和其他一些单位都曾对病害成因做过大量的研究,并取得了相应的成果[1~5]。还有一些专家对桥面铺装的设计理论和施工技术进行优化和控制,以求减少桥面铺装层出现病害的机会,也取得了一定的研究成果[6~7]。
2. 病害成因分析
2.1沥青层开裂。
⑴ 横向开裂。
桥面横向开裂主要是在连续缝处开裂,连续缝开裂引起雨水下渗,引起主梁和盖梁的混凝土腐蚀。桥面裂缝在汽车冲击下,进一步发展,导致混凝土压碎。
病害原因:简支梁桥结构的桥面铺装一般采取桥面连续形式以增加行车的舒适度。由于连续缝处荷载产生的负弯矩使此处的桥面铺装受拉、桥面混凝土干缩、季节温差等引起的纵向变形等多种因素作用下,混凝土出现拉应力,当应力超过混凝土抗拉强度时,桥面混凝土出现横向裂缝,同时反射到表面的沥青铺装。
⑵ 纵向开裂。
桥面纵向开裂主要出现在板梁结构和装配式干接头的T梁桥中,产生纵向裂缝的原因是:设计中理想状态是铰缝完全可以传递横向剪力,相邻梁间不出现相对竖向位移。当铰缝本身质量欠佳横向传递能力不足,使部分荷载只能通过桥面铺装来传递,若铺装层强度不足以承担,便导致沿铰缝的混凝土剪坏,反映为桥面沥青层纵向开裂。随着病害的进一步发展,桥面将出现纵向沟槽。
2.2桥面沥青层推移。
某高速公路桥梁,桥面铺装维修通车后不到2个月再次出现沥青层严重推移,大面积水泥混凝土、开裂破碎,如图1所示。现场发现水泥混凝土铺装表面极为光滑,沥青层与混凝土铺装间的防水层失效。沥青层推移不仅严重影响行车的舒适性,还增大了汽车对桥梁的冲击,加速了桥面水泥铺装和主体结构的破坏。
图1沥青层推移情况图
2.2.1出现上述病害有如下原因:
⑴ 材料性能差异:沥青混凝土和水泥混凝土材料力学性质的巨大差异,特别是弹性模量相差很大(沥青混凝土的弹性模量1500MPa,水泥混凝土弹性模量为3×104 MPa),沥青混凝土为柔性结构,而水泥混凝土为刚性,在行车荷载的作用下两者间必然形成较大的界面应力。此外,沥青层的吸热性和上下两层热变形的不一致,使得两者间也存在因温度引起的剪力。
⑵ 两者间的粘结措施处理不佳。一般防水层的设置降低了水泥混凝土和沥青混凝土间的粘结性能,水泥混凝土表面的粗糙度不足也降低两者之间的粘结性。图4-7是某桥沥青层严重推移后铲除沥青层后水泥混凝土铺装的情景,水泥混凝土铺装表面极为平顺光滑,影响了沥青层与混凝土层间的接合,高速行驶车辆产生巨大的层间剪力,导致该桥沥青混凝土铺装出现了剪切破坏和推移现象。
⑶ 沥青混合料配比不合理抗剪强度低也是导致推移、引起不确定破坏面的剪切变形的重要原因。
⑷ 超载:以上是内因,如果加上外部的超载因素,桥面铺装的破坏将加速,特别是纵坡较大的桥梁,在上坡段,由于车辆自重产生的下滑分力加大了桥面铺装的剪切力,也成为桥面铺装破坏的重要因素。
⑸ 设计理论欠缺。
在以往高等级的桥面铺装设计中,沥青层的厚度大都为6cm,研究表明,在其它条件相同的情况下,沥青与水泥混凝土层间剪应力与沥青层的厚度呈反相关关系,即沥青层越厚,层间剪应力越小。
2.2.2长安大学张占军等人以弹性层状体系为理论基础,用三维有限元的方法对水泥混凝土桥面柔性铺装的层间剪应力进行了计算和分析[8]。通过对沥青类桥面铺装层的破坏现象的分析,即以桥面板与沥青铺装层之间的层间剪应力为控制指标,要求其不超过层间抗剪强度。用有限元的方法对设防水层的水泥混凝土桥沥青铺装结构的层间剪应力的计算进行了分析,讨论了防水层的厚度、模量、泊松比、沥青混凝土铺装层厚度和模量等参数对结构层层间剪应力的影响。结论认为层间最大剪应力主要取决于面层厚度和防水层模量;在防水层模量相同的情况下,增加面层厚度是降低层间剪应力的最有效手段。
2.3桥面坑槽、唧浆。
桥面坑槽、唧浆的现象在重载交通桥梁上极为普遍,桥面坑槽、唧浆的初期仅在很小范围内,若不及时处理,会导致范围越来越大,破坏程度也逐渐加重,不仅将水泥铺装砸碎,更会对主梁结构冲击破坏。
引起桥面铺装出现坑槽、唧浆的主要原因在于以下四个方面。
2.3.1水泥铺装强度不足。
沥青层摊铺于水泥混凝土上,作为基础的水泥混凝土强度不足,汽车作用下的应力超过其承载力,造成混凝土层破坏,从而引起表面沥青层也随之网裂破坏,最终形成坑槽、唧浆现象。
水泥混凝土强度不足表现在三个方面:
(1)其一水泥混凝土表面形成强度较低的浮浆或砂浆层。当混凝土的配比不佳、坍落度偏大、过振均导致骨料下沉,表层为砂浆,而砂浆的抗压强度偏低。在水泥铺装表面整平时,只看表面是否好看,盲目要求表面光滑平整,甚至表面洒水以至降低混凝土强度,此外还形成强度极底的浮浆。当桥面局部低洼采用水泥浆填补也是施工中常见问题,后补区域往往成为桥面薄弱环节率先破坏。
(2)其二,水泥混凝土整体强度不足,主要由包括混凝土设计强度等级不高,钢筋网较单薄,施工质量差等因素引起。桥面水泥铺装面积大而厚度薄,且在工程中由于是非主要受力部位,施工中常常重视程度不够,易产生厚度不匀,配比强度控制不严,养护不充分产生早期塑性裂缝或后期干缩裂缝等工程质量问题。由于钢筋直径偏细网格间距过大,加之施工时由于施工人员踏踩、机械的碾压及混凝土自重作用,造成钢筋网塌陷紧贴桥面,大大降低了钢筋网的增强作用。
(3)其三,水泥混凝土强度因裂缝的产生而降低,裂缝主要受早期干缩开裂和温度裂缝这两个主要因素影响。
2.3.2层间结合不良。
(1)水泥混凝土铺装层顶面清理不干净,凿毛不彻底等原因,都易在桥面沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面间形成软弱夹层,粘结油撒布量不够或粘结强度不足,也将影响沥青混凝土铺装层与桥面成为一个连续的整体结构而降低承载能力。
(2)层间结合力不足不但表现在沥青混凝土和水泥混凝土之间,也表现在铺装和梁顶面之间,在桥面铺装裂缝、破碎处现场刨验发现,梁顶未清理干净,就直接浇筑铺装混凝土,这很大程度上降低了桥面铺装层与梁顶间的粘结力,混凝土的整体性差,通车后由于汽车的荷载和冲击力的作用,使桥面出现开裂、脱落。
2.3.3水破坏作用。
桥面排水设置的泄水孔只能排除桥面水,渗入沥青面层结构内部的水,只能滞留在沥青混凝土中或其下的界面上不能排出,行车作用下的动力水直接冲刷加上北方冬季频繁的冻融循环作用,使沥青混凝土桥面铺装更容易破坏。在行车荷载的作用下,沥青混凝土产生剪切变形,随后在轮迹带处沥青混凝土产生细小的裂缝,水从裂缝渗入,行车作用产生的动水压力逐渐使沥青剥落,最终导致严重的坑槽。
2.3.4超载的作用。
超载越严重,汽车作用在沥青层的垂直压力越大。沥青层与水泥混凝土间的粘结因材料问题抗剪能力有限,如今重型超载车辆比较作用频繁,对桥面产生剪切力随单轴载荷的加大而成倍增加,这就要求桥面铺装各层间提供更大的粘结力和抗剪能力,粘结力和抗剪强度不能满足受力要求时,就会造成各层分离,从而加速了桥面的破坏。
2.4沥青面层网裂。
桥面沥青层局部出现网裂的现象比较常见,网裂病害一旦形成往往发展比较迅速,特别是在雨季更加明显,很快发展为坑槽。
形成沥青面层网裂的因素有以下三点:
2.4.1沥青老化的影响。
在沥青路面施工及使用过程中,由于沥青轻组分的挥发,在空气中氧气、紫外线和热的综合作用下,随着时间的推移,沥青组分发生变化,低温抗裂性能大大降低,硬度增大,导致路面沥青性质发生变化,这种现象称为老化。老化一般可分为短期老化与长期老化两种,短期老化发生在施工过程中,混合料处于过热状态,可能引起老化的因素为挥发和氧化作用,长期老化则发生在混合料铺筑成路面之后,该过程要持续10年左右,主要是由于氧化引起的老化,紫外线的作用会加速桥面沥青的老化。最终就是沥青延度降低抗裂性较差出现桥面严重网裂。
2.4.2沥青层的密实度。
(1)沥青层的密实度主要受沥青混合料的配合比和施工控制影响。桥面沥青层一般采用密水性好的密级配沥青混凝土AC型,设计孔隙率控制在3%~5%,压实度提高到98%,现场孔隙率可控制在7%以内,混凝土的透水性能较小,可以减少沥青层的水破坏。施工压实度达到95%时,现场孔隙率往往大于12%,导致严重的水破坏。
(2)研究发现桥面网裂处的沥青层密实度偏小、渗水严重。由于施工时因碾压温度、碾压次数等没控制好引起桥面压实度不足,实际空隙率较大,水容易渗入并引起水破坏,雨水较多的季节坑槽唧浆等病害出现的速度明显加快。因此,施工中必须保证碾压温度和次数,钢轮加振碾压能有效提高桥面沥青层的压实度,由于桥梁结构的固有基频较低,而钢轮碾压振动频率较高,一般结构桥梁不用考虑碾压共振会带来的问题。
2.4.3水泥铺装层的影响。
当水泥混凝土因某种原因损坏,也会导致上层的沥青层出现网裂等病害。
2.5沥青层车辙、拥包。
(1)在一些重交通线路,桥面沥青铺装出现不同程度的车辙、拥包,行车道轮迹处下陷,轮迹以外拥起,车辙的存在容易引发交通安全事故。
造成沥青层出现车辙、拥包是由于主要由超载和沥青混合料配比或施工不佳引起。由于沥青层本身为弹塑性材料,在荷载作用下发生蠕变,逐渐形成车辙。超载作用加速车辙的形成。
(2)沥青混合料耐流动性差、热稳定性达不到使用要求及铺装层与桥面粘结不牢,或双层式铺装层的上、下层结合不良均会引起车辙、拥包。从沥青混合料的性能可知,沥青混合料的疲劳寿命随沥青用量出现一个最佳值,最佳沥青用量附近,沥青混合料中沥青与矿料之间的粘聚力最佳,从而表现出较强的抗车辙能力。而配合比设计不当时,将加速车辙的形成。
3. 病害防治措施
针对桥面铺装出现以上病害,为提高桥面整体使用水平,主要通过以下几方面予以控制:
3.1加强桥面铺装混凝土设计和施工质量控制。
(1)铺装层设计包括沥青混凝土的厚度、配合比和水泥混凝土铺装的设计。桥面铺装防水混凝土强度等级提高到C40,厚度增大至10~12cm,最薄处不得小于8cm,钢筋网的钢筋直径采用11,为提高铺装层的整体性和强度,桥面铺装宜采用焊接钢筋网。有条件时可以采用纤维增强技术,塑料纤维能有效抑制早期干缩裂缝的形成,在混凝土中掺加适量的有机纤维可以在混凝土中形成三维乱向分布结构从而抑制混凝土早期裂缝的形成和发展,并提高冲击强度和韧性及疲劳寿命。钢纤维能大幅度提高混凝土的冲击韧性,是改善桥面铺装混凝土性能十分有效的措施。
(2)为了保证桥面水泥混凝土铺装与主梁间连接良好,要求人工清扫梁顶,高压水冲洗干净,待桥面钢筋网铺设完毕浇筑混凝土前,再用空压机清除尘土。同时,在预制梁时要保证梁顶面一定的粗糙度。
(3)混凝土的坍落度控制宜在10cm左右,尽量减少泌水。应加强养护,尤其是表面修整和早期养护,避免或消除塑性裂缝,保证铺装的整体性,为防止施工缝处成为渗水通道,尽量整幅施工,保证两道伸缩缝之间没有纵向和横向接缝。水泥混凝土表面需要一定的粗糙度,应采用较粗糙的木抹进行最后工序的修整,以保证与沥青层的良好粘结。有条件时可增加凿除表面浮浆的工序,从京沪高速一期工程试用的情况看效果很好。
3.2选择适宜的防水层,并加强施工质量控制。
防水层除了防水功能外,还有增加沥青层与水泥混凝土间的连接的作用。防水层的种类较多,根据不同的使用环境选取不同的防水层材料。一般来讲,城市桥梁的重载不多,铺装层间剪力相对较小,可以采用防水性能良好的防水卷材;在重载交通的公路桥梁上,应采用改型沥青类和聚合物涂料作为防水层。
3.3优化沥青混凝土配比,并加强施工控制。
(1)对于沥青混合料矿料级配不合理,造成沥青混凝土的空隙率较大,而矿料颗粒组成不均匀使得局部空隙率更大,局部水破坏更严重。在沥青混凝土的配合比设计中,目标配合比和生产配合比同等重要,重视前者忽视后者的做法是目前沥青混凝土出现病害的一个重要因素。因此,进行合理的沥青混凝土配合比设计,并加强生产配比控制是防止水损害的重要环节。
(2)此外,加强施工控制也是保证沥青混凝土质量的重要环节,应主要通过控制摊铺油温、把握碾压次数等方面来保证压实度。
3.4合理设计桥面排水设施。
设置有效的排水设施,迅速排除路表水,避免雨水渗入铺装层内,可以大大减小层间水对桥面铺装的破坏。通过改变泄水孔的型式,可以使其既能排出表面水又能排出渗入沥青面层结构或滞留在界面上的雨水。泄水孔上口应低于水泥混凝土铺装层表面,并设置纵向排水盲沟,连接各个泄水孔。
4. 结论
根据以上分析可以得出如下结论:为了防止桥面铺装层出现病害,我们应该加强桥面铺装混凝土设计,选择适宜的防水层,优化沥青混凝土配比,合理设计桥面排水设施,加强施工质量控制,加强对已建桥梁的后期养护工作,及时发现问题,及时解决问题;严格控制超载车辆,加强交通管理。
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