珠江涌表层沉积物中不同形态氮的赋存特征

研究了广州市珠江涌表层沉积物中不同形态氮的赋存特征,并对各形态氮中氨氮含量进行探讨。采用连续分级浸取法将沉积物中的氮分为离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、强碱可浸取态氮(SAEF-N)和强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)。结果表明,沉积物中总氮(TN)的质量浓度为3 469.15～8 358.56 mg/kg,各形态氮含量为IEF-NSOEF-N≈SAEF-NWAEF-N。IEF-N是4种形态氮中对水体影响最大的,且IEF-N中氨氮含量较高。氮是影响水体水质的重要因素,其中氨氮是判定水体是否黑臭的重要指标。珠江涌沉积物中的氮对水体水质的威胁不可忽视。     

望虞河表层沉积物中氮的分布与形态变化特征

为了揭示望虞河沉积物中氮的分布与形态变化特征及环境影响因素,于2011年5月、8月、11月和12月采集沿线10个监测断面的表层沉积物。利用逐级分离浸取法(BCR)测定沉积物中各形态氮的含量,并观测其主要理化指标。结果表明,(1)沉积物中总氮(TN)含量为347.85~2 733.56 mg/kg并沿程上升,其中排水期8月TN含量最高且沿程变化较大,调水期TN分布与变化趋势相近。以沉积物中TN含量为污染评价标准,沉积物在5月和12月较清洁,在11月为轻度污染,而在8月为重度污染状态。(2)望虞河上河段和贡湖湾表层沉积物中TN及各形态氮的含量较低,氮在5月、8月和11月以非转化态氮(NEF-N)为主,而在12月以可转化态氮(TF-N)为主,其中离子交换态氮(IEF-N)和有机态与硫化物结合态(OSF-N)受水环境变化影响较大。(3)在调水期,IEF-N和OSF-N含量较大且沿程变化较大,CF-N和IMOF-N显示出明显季节差异性;在排水期8月,IEF-N和OSF-N含量较低且变化平缓。(4)望虞河表层沉积物中氮的含量分布与形态变化主要受到总有机碳(TOC)含量、温度、氧化还原电位(ORP)和粒度的影响。     

环境因子对南水北调泵站调节池沉积物氮释放特征的影响研究

为考察环境因子对南水北调泵站调节池沉积物氮释放的影响，通过模拟实验分析在不同温度、pH和DO条件下沉积物总氮和氨氮释放情况，并采用连续分级提取法分析释放前后沉积物可转化态氮(TTN)中不同形态氮的变化情况。结果表明：随温度升高氮释放强度增加，30℃时氨氮和总氮释放强度分别是10℃时的2.17、1.98倍；温度为10℃时离子交换态氮(IEF-N)为氮释放的主要贡献形态，温度为20℃和30℃时弱酸可提取态氮(WAEF-N)为氮释放的主要贡献形态。中性条件(pH=7.0)沉积物氮释放强度最低，酸性条件(pH=5.0)氮释放强度高于碱性条件(pH=9.0),IEF-N为酸性、碱性、中性条件下氮释放的主要贡献形态。DO为4.0 mg/L时氨氮和总氮释放强度分别是DO为9.0 mg/L时的1.32、1.42倍；DO为4.0 mg/L时IEF-N为氮释放的主要贡献形态，DO为9.0 mg/L时WAEF-N更易释放。     

黄河内蒙古段沉积物中硅的赋存形态及分布特征研究

应用连续浸提技术研究了黄河内蒙古段表层沉积物中硅的赋存形态及沿程分布特征。结果表明,沉积物中残渣态硅(Residual-Si)含量最高,占5种硅形态总量(∑Si)的91.78%(质量分数,下同)～98.08%,但Residual-Si对上覆水影响不大,其余4种硅形态均为生物有效硅(Valid-Si),Valid-Si仅占∑Si的1.92%～8.22%,但对黄河水体硅循环具有重要影响。人工筑坝会导致水体总颗粒物(TMP)浓度减少,使大坝下游沉积物中可交换态硅(IEF-Si)、碳酸盐结合态硅(CF-Si)和上覆水溶解硅(DSi)含量明显降低;旅游景点和电厂产生的人为污染会通过大气沉降和地表径流等进入到水体,使水体营养程度进一步升高,浮游植物在沉积物中汇集,导致下游沉积物IEF-Si、CF-Si含量升高,增加沉积物中硅的释放风险。     

合肥市南淝河不同排口表层沉积物磷形态分布特征

对合肥市南淝河不同排口处表层沉积物进行了采样,并采用修正后的标准测试程序SMT和钼锑抗紫外分光光度法测定了其中的总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)和钙磷(Ca-P),同时分析了各形态磷之间以及与沉积物有机质之间的相关性。结果表明,由于各排口附近不同的水动力条件,污染状况以及沉积环境,各排口表层沉积物总磷(TP)的质量分数存在显著差异,其值在771.23~3 065.36 mg/kg之间,除二里河排口(S15)沉积物磷以钙磷(CaP)为主外,其他采样点表层沉积物磷均以铁/铝磷(Fe/Al-P)为主,各形态P的最低值均在位于南淝河上游的S4点,TP、IP、Fe/Al-P的最大值均出现在位于望塘污水厂排口下游60 m处的S6点,潜在释放磷比例最大值在南淝河上游受农业面源污染影响较大的S3点。沉积物各形态磷之间存在着不同程度的相关性,各形态磷与有机质存在着显著的正相关。以上结果表明,南淝河沉积物磷形态分布特征受排口类型影响显著,其中城市污水处理厂尾水可能是受纳水体沉积物重要的磷源。     

曝气强化微生物功能菌修复黑臭水体

从成都市三道沟黑臭底泥中分离出一株能以底泥有机质为碳源和能源生长的土著微生物功能菌HC-1,经鉴定该菌株为不动杆菌(Acinetobacter)。在实验室条件下,以三道沟黑臭底泥为研究对象,采用微生物功能菌强化底泥有机质降解来修复黑臭水体的方法。研究了底泥曝气和上覆水曝气对黑臭水体修复效果的影响。研究表明,投加土著微生物功能菌并结合底泥曝气能够明显改善上覆水水质,加快底泥的修复。使用间歇曝气协同土著微生物功能菌作用时效果和连续曝气相近,且可降低运行成本。实验15 d后,上覆水COD、NH_3-N和TP去除率分别达67.6%、71.6%和92.2%,底泥有机质的降解速率提高了30%,底泥微生物活性增加5倍。     

曝气和pH对城市污染河道底泥氮形态的影响

以城市重污染河道表层沉积物为研究对象,采用模拟实验方法,探讨了不同曝气方式(水曝气和泥曝气)、上覆水初始pH(自然状态pH=7和pH=11)对城市污染河道底泥氮形态的影响。结果表明:采用水曝气+pH11方式对城市重污染河道上覆水、间隙水中总氮去除率分别为70.03%和44.66%;泥曝气+pH7方式对上覆水、间隙水、底泥中氨氮去除率分别为94.31%、84.07%和68.29%;底泥pH与上覆水总氮浓度呈正相关(p<0.05);泥曝气+pH11方式使底泥含水率、烧失率明显升高,继而影响各形态氮在泥水系统中的赋存,其中底泥吸附态氨氮含量与底泥含水率呈显著负相关(p<0.01),间隙水可溶态氨氮浓度与底泥烧失率显著正相关(p<0.01)。     

投加硝酸钙对城市黑臭河道底泥氮迁移转化的影响

投加硝酸钙是目前河道黑臭底泥原位治理常用的方法,然而,投加硝酸钙会造成底泥硝态氮和氨氮的过量释放,而其影响机制尚未明确。因此有必要对投加硝酸钙后硝态氮在底泥中的迁移转化规律及其促进氨氮释放的机理进行研究。结果发现,硝酸盐在间隙水的迁移距离取决于硝态氮反硝化速率,而在黑臭底泥中硫化物氧化是影响反硝化速率的关键因素。当硝酸钙投加量为20 g/kg时,硝态氮的迁移距离小于6 cm,且在14 d后消耗光;可见,通过控制硝酸钙在底泥中的投加位置可避免硝态氮的二次释放。另一方面,投加硝酸钙会促进底泥氨态氮向间隙水释放,投加当天释放率可高达101%,且会在间隙水中发生累积迁移。其中,氨氮的增加量和底泥氨态氮解吸量呈一级线性关系(r=0.986)、和硝酸钙投加量关系符合cubic曲线;据此可推测,氨氮的急剧释放与钙离子对底泥铵态氮的化学浸提有关。     

原位曝气修复黑臭河道底泥内源营养盐的示范工程效能分析

以上海工业河勤丰泵站周围50 m河段为研究对象,现场探讨了原位曝气对底泥内源营养盐去除的示范工程效能,目的为曝气治理城市黑臭河道工程的优化实施提供参考。结果表明,原位曝气有利于对底泥内源氮、磷营养盐的控释,对工业河示范河段溶解性总氮(DTN)削减率为(48.4±6.0)%,上覆水DTN的平均浓度由13.4 mg·L-1降至8.7 mg·L-1;NH+4-N的削减率为(46.3±16.7)%,其上覆水浓度均低于7.6 mg·L-1;泥水界面硝化率与反硝化率分别达到46.3%和43.6%;上覆水溶解性总磷(DTP)的削减率为(35.4±2.9)%,由于示范区段没有与其他区段隔离,其实际工程效果要优于观测值。静态经济评价表明原位曝气修复黑臭河道底泥技术的环境与经济效益明显优于常规底泥疏浚技术。     

溶解氧对河流底泥中三氮释放的影响

作为内源污染的底泥沉积物中营养物的释放引起了越来越多的关注。通过大型静态土柱模拟实验,研究氮在上覆水和孔隙水中的分布特性和释放特性。在控制氧气条件、底泥有机质含量和粒径大小的条件下,连续观测氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的浓度及其垂向分布特性。结果发现：时间分布上,通氧条件明显影响水体底泥中三氮释放与反硝化作用达到平衡的时间;垂向分布上,三期实验的上覆水的无机氮以氨态氮为主,不同的通氧条件下,各柱的孔隙水的三氮浓度比上覆水高,且三氮在沉积物中随深度增加而增加;氨态氮和硝态氮浓度则以孔隙水的为高,随深度增加而增加;低溶解氧水平加快底泥释放氨氮速度和增大释放量。     

曝气扰动对泥水界面硝化-反硝化性能的影响

采用自制河道模拟装置,探讨了曝气扰动深度为10、15、25和35 cm时泥水界面硝化-反硝化的耦合性能,目的为曝气治理黑臭河道装置的优化实施和解决"氮超标"难题提供参考。结果表明,随扰动深度增加,泥水界面紊动程度呈现先下降后增加的趋势,其中泥水界面处扰动深度为10 cm时流态最激烈(Re为3 044),扰动深度为25 cm时流态最平缓(Re为1 713);与静止对照工况对比,曝气扰动促进了NH+4-N的硝化转化,4种曝气条件稳定时上覆水氨氮浓度都在0.50mg/L以下,表明曝气有利于对底泥释放氨氮的控制;复氧速率与硝化速率随扰动深度的增加而减小;从总氮的控制角度来看,曝气扰动深度为25 cm时最有利于硝化-反硝化作用的耦合,上覆水总氮削减率达到51.5%,泥水界面硝化率与反硝化率分别达到(41.6±3.1)%和(32.1±0.7)%。     

曝气对黑臭河道污染物释放的影响

利用黑臭河道模拟装置,对比研究了在静置和人工曝气2种方式下底泥污染释放特征及对上覆水水质的影响。结果表明,与静置释放相比,人工曝气促使实验前期底泥污染物快速释放,使得上覆水体中的各项污染物指标上升;随着水体中DO浓度的增加,硝化细菌、嗜磷菌等好氧细菌的活性增强,水体中的COD、氨氮、TN和TP得到降解或转化,浓度快速下降。实验期内,人工曝气底泥中TN、TP的平均释放速率分别为:-0.11 g/(m2·d)和-0.02 g/(m2·d),并且TP由最初的0.96 mg/L降到最终的0.48 mg/L,去除率达到50.00%。人工曝气在前期对水体中各污染指标有升高的影响,但增加了水体中的DO浓度,可以有效地抑制底泥中氮和磷的释放,对水体有机污染物、TN及TP有一定的削减作用,因此,该技术适合黑臭河道的水体修复。     

新型复合药剂原位修复河道底泥污染

采用新型复合药剂开展河道底泥原位修复技术研究,通过考察河道水质改善效果、底泥中磷含量及形态的变化确定药剂的最佳投加量。结果表明,投加复合药剂对上覆水体中TN、NH+4-N和TP均有不同程度的净化效果,且净化效果随药剂量的增加而增强,最高去除率分别达到23.52%、21.79%和81.5%,上覆水体COD去除率随药剂投加量增多呈先升后降的趋势,最高(投加量为600 mg·L~(-1))达到57.6%。从底泥磷含量及形态变化来看,投加药剂增大了底泥TP含量并促进底泥不稳态磷向稳定态磷转化。因此,从经济成本和修复效果方面综合分析,以投加量为600 mg·L~(-1)对底泥污染原位修复较为合适。     

菜籽饼施加对镉-铜污染土壤中重金属形态转化及其植物有效性的影响

选择菜籽饼作为有机物料,模拟水田条件,研究菜籽饼施用后重金属污染土壤中镉-铜的赋存形态的变化及其有效性的影响。结果表明,菜籽饼施加后,土壤pH波动在0.5内,变化较小。但在一定程度促进土壤中镉、铜由弱酸提取态向可还原态转化,残渣态占比变化均较小。经培养一定时间,植物有效态DTPA-Cd由1.26±0.03下降至0.69±0.03,下降幅度约为45.2%,DTPA-Cu由82.9±0.09下降至48.7±0.09,最大下降幅度约为41.3%,下降较为明显。同时,土壤溶液中可溶性碳(DOC)和可溶性氮(DON)的含量显著增加,分别增加约4.14倍和6.48倍,因此,菜籽饼应用于重金属污染水稻土改良,可以间接降低水稻中重金属的含量。     

无锡市农村黑臭河流沉积物营养盐垂向分布与污染特征分析

为揭示太湖流域农村黑臭河流沉积物中碳、氮、磷营养盐的垂向分布与污染特征,以无锡市周铁镇掌下浜(北段)为例,沿河流上游至下游共采集13个沉积物柱状样,分析总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、有机氮(Org-N)、有机碳(TOC)的垂向分布特征,并对沉积物中碳(C)、氮(N)、磷(P)的组分分布进行相关性分析。结果表明:TN、TP、Org-N含量在各点位间变化幅度不同,但均表现出随深度增加减小的趋势,即出现明显的"表层富集"现象,TN、TP、OrgN含量在沉积物中的最大降幅分别为55.82%、69.59%和68.12%;相反,沉积物中NH_4~+-N含量在垂直距离上呈现随深度加大升高的趋势,上升幅度在25.39%~72.77%;在垂直方向上,NO_3~--N含量在1号、4号~8号采样点处含量随深度加大而升高,增幅最大为107.51%,在2号、3号和9号~13号采样点处含量随深度增加降低,降幅最大为65.17%;TOC含量呈现随深度增加递减的趋势,含量在13.12~37.52 g·kg~(-1)变化;沉积物中C/N在8.31~19.90之间,均值为13.21,有机物以外源有机质为主;C/P比在12.24~51.84之间,均值为26.71;N/P在1.04~2.86之间,均值为2.02;沉积物中TOC、TN、TP含量两两具有极显著正相关关系(p0.01,n=13),表明C、N和P具有同源性。     

扬州古运河沉积物污染物释放强度与特征研究

研究了扬州古运河沉积物中氮、磷、铁和锰等污染物释放强度与特征,着重考察了上覆水中DO和污染物负荷对污染物释放强度的影响,分析了氮、磷、铁和锰等污染物释放条件.结果表明:扬州古运河有一定的自净能力,且呈现初期释放NH4+ -N、后期转化为NO3-- N的特征；随着水环境条件改变,沉积物NH4+ -N、PO34-、铁和锰平均释放强度变化范围是123.14～445.68、13.50～32.45、25.20～198.47、19.97～25.02 mg/(m2·d)；上覆水DO浓度越低,污染物平均释放强度越大；上覆水污染物浓度越小,污染物(除铁外)平均释放强度越大；在DO＜5 mg/L条件下,沉积物向上覆水释放NH4+ -N;在DO＜1 mg/L条件下,沉积物向上覆水释放PO34-、铁和锰；在DO为2～5 mg/L条件下,上覆水PO34-和铁向沉积物中汇入,但锰则呈现释放和汇入的交替变化.     

PCL-SND系统的脱氮效果

以处理水产养殖水体中的含氮化合物为目的,采用气提反应器,建立以聚己内酯(polycaprolactone,PCL)为碳源和生物膜载体的同时硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification,SND)系统(PCL-SND),研究其启动过程及脱氮效果以及水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对PCL-SND系统脱氮效果的影响。结果表明,在PCL填充率为10%,HRT为24 h,进水氨氮(NH+4-N)浓度为10 mg/L,硝态氮(NO-3-N)浓度为50 mg/L的条件下,系统运行45 d达到稳定状态,NH+4-N和TN的去除率分别为(76.55±0.98)%和(56.85±2.21)%。HRT对PCL-SND系统脱氮效果的研究表明,一定范围内,TN去除率随着HRT的减小而下降,出水NO-3-N浓度随着HRT的减小而升高,当HRT8 h,NH+4-N去除率基本稳定(85%~89%),HRT为24 h时,脱氮效果最好,TN和NH+4-N去除率分别为(68.56±1.64)%和(87.75±2.78)%,出水NO-3-N浓度(15.72±1.46)mg/L。p H和总碱度均随HRT的减小而下降,生物量却随HRT的减小而增大。     

不同种植方式下伊乐藻生长对沉积物磷的影响

将伊乐藻以直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷3种方式种植,测定其上覆水TP、DO、pH和沉积物中各形态磷。结果表明:(1)实验结束(120d)时,直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷处理组的的生物量分别增加69.14、50.32、46.15g,从长期来看,直接抛掷最有利于伊乐藻生物量的增长。(2)实验结束时,直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷处理组的沉积物中TP分别下降了8.90%、7.30%、5.40%;无机磷分别下降了11.80%、8.20%、6.60%;有机磷分别下降了7.47%、6.46%、2.65%;NaOH提取态磷分别下降了19.90%、17.20%、11.70%;HCl提取态磷分别下降了4.12%、3.47%、2.83%。直接抛掷种植伊乐藻对沉积物中各形态磷的去除效果最好。(3)上覆水TP与沉积物中各形态磷呈正相关,说明沉积物中的磷是上覆水中磷的重要来源;上覆水TP和沉积物各形态磷均与伊乐藻生物量呈负相关,说明伊乐藻可以有效去除上覆水和沉积物中的磷;DO和pH与生物量呈正相关,而与上覆水TP和沉积物各形态磷呈负相关,说明上覆水DO和pH主要受伊乐藻的影响。     

水源水库沉积物磷的赋存形态及其与间隙水磷的关系

为了探明水源水库沉积物磷的赋存形态及其对水体磷的影响,采用连续提取方法,研究了周村水库沉积物中磷的赋存形态分布特征,并探讨了沉积物各形态磷与总磷、烧失量及间隙水中磷的相关性。结果表明,周村水库内源磷负荷较高,沉积物中TP表现出表层富集的现象,表层沉积物中TP空间分布存在较大差异,上游浅水区为554~563 mg·kg~(-1),库心附近为424~1 161 mg·kg~(-1),而坝前深水区高达812~2 969 mg·kg~(-1)。无机磷(IP)是总磷(TP)的主要成分,占TP的79.26%~89.12%,IP主要由铝/铁磷(Al/Fe-P)构成。沉积物中的Al/Fe-P含量很高,具有很大的磷释放潜能。沉积物中各形态磷的浓度垂向分布随深度增加而逐渐降低,其中B、C两点变化最为明显。相关性分析结果表明,间隙水PO3-4-P与Fe-P存在较好的相关性,说明Fe-P对周村水库沉积物间隙水中PO3-4-P浓度分布有着重要的影响,周村水库水体季节性分层导致恒温层厌氧情况的发生,Fe-P在厌氧还原条件下释放进入间隙水并向上覆水扩散,进而可能对水体水质产生影响。     

铵态氮在非正规垃圾填埋场土壤中的赋存特征

应用连续分级提取法,对重庆市某非正规垃圾填埋场污染土壤中铵态氮的赋存形态进行分级测定,研究了各形态铵的赋存特征及影响因素。结果表明:土壤总铵量在116.32~241.66 mg·kg~(-1)之间,平均值为(164.13±24.98)mg·kg~(-1),水溶态铵、可交换态铵和固定态铵的平均含量分别为(10.93±3.64)、(7.08±3.46)、(146.12±24.11)mg·kg~(-1);3种形态铵占总铵的比重大小为固定态铵水溶态铵可交换态铵。受雨水冲刷及淋滤影响,铵态氮有在下游点位积累的趋势。水溶态铵含量与有机碳含量、氧化还原电位呈极显著相关,与pH、粉粒含量及粘粒含量显著相关。可交换态铵与土壤氧化还原电位在垂直剖面上变化趋势一致,并与土壤粘粒含量呈极显著的负相关。固定态铵含量与土壤中粘粒含量呈极显著的正相关,与砂粒含量呈显著的负相关。