水溶性有机质对土壤硝化作用过程的影响

以江苏省宿迁市潮土为供试土壤,设置DOC220、DOC440和DOC880 3个添加水溶性有机质(DOM)处理,分别含有机碳(DOC)220、440和880 mg.L-1。试验结果表明,DOM对硝化过程有一定的抑制作用,在培养第16天时,未添加DOM的对照中NH4 -N几乎100%已经转化为NO3--N,而添加DOM的3个处理硝化率分别比对照降低7.83%、13.60%和19.12%;与对照相比,添加DOM的处理中NH4 -N含量降低缓慢,但培养过程中亚硝酸盐的积累显著增加,对照在第12天时NO2--N达到最大积累量67.83 mg.L-1,而DOC220、DOC440和DOC880处理土壤中NO2--N积累量分别在第12、14和16天达到最大值,与对照相比积累量分别增加21.17%、33.91%和59.90%。此外,DOM的添加也降低了NO3--N的生成速率,到第16天时,对照已经达到最大积累量143.61 mg.L-1NO3--N,但此时DOC220、DOC440和DOC880处理中NO3--N含量比对照分别低41.97、78.09和91.30 mg.L-1。为排除因添加DOM带来外源氮所引起的影响,同时进行了相同初始氮量下添加DOM与单施(NH4)2SO4对硝化作用影响的比较试验,结果同样表现出亚硝酸盐积累量的增加和NO3--N生成速率的降低,表明DOM中所含的有机碳及小分子化合物影响了硝化作用。高有机质环境下存在潜在的亚硝酸盐积累风险,对土壤和水体生态系统健康可能有一定影响。     

COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应性能的影响

研究了COD对颗粒污泥厌氧氨氧化反应的影响,并对颗粒污泥的厌氧氨氧化脱氮性能进行了分析.厌氧颗粒污泥取自实验室长期运行的EGSB生物脱氮反应器,实验用水为人工配水,以葡萄糖为有机碳源;主要考察了COD对NH4 -N、NO2--N、NO3--N和TN去除的影响.结果表明:当进水不含COD时,反应器对NH4 -N、NO2--N和NO3--N和TN的去除率分别为12.5%、29.1%、16.1%和16.3%;当COD浓度分别为200mg/L、350mg/L和550mg/L时,反应器对NH4 -N的去除率分别为14.2%、14.2%和23.7%,对NO2--N的去除率均接近100%,对NO3--N的去除率分别为94.5%、86.6%和84.2%,对TN的去除率分别为50.7%、46.9%和50.4%,COD去除率分别为85%、66%和60%.分析发现,在反应初期,氨氮的去除主要通过厌氧氨氧化过程实现,随着反应的进行,反硝化菌活性逐渐提高,传统的反硝化过程占优势.同时还观察到,在反应初期COD对氨氮去除的抑制作用非常明显.图2参21     

富氧生物硝化处理微污染原水除NO2--N研究

为去除微污染原水中的NO2--N和提高水厂的饮水安全性,采用弹性填料微孔曝气富氧生物硝化法处理某微污染水源原水,探讨了原水不同水质及天然水体温度下富氧生物硝化工艺的除NO2--N效果,研究了水温与富氧生物硝化工艺NO2--N去除效果的相关性。结果表明,当富氧生物硝化工艺正常稳定运行HRT为1.2h,气水比为1∶1,pH6.5~7.4,DO为8~10mg·L–1,原水水温26~30℃、NO2--N0.05~0.4mg·L–1、NH4 -N0.4~1.8mg·L–1和CODMn7.01~9.61mg·L–1时,富氧生物硝化工艺NO2--N的去除率为77%～100%;原水水温20～22℃、NO2--N0.09~0.5mg·L–1、NH4 -N0.7~2.5mg·L–1和CODMn5.84~9.11mg·L–1时,去除率为44%～63%;原水水温10～12℃、NO2--N0.04~0.8mg·L–1、NH4 -N0.9~4.5mg·L–1·和CODMn6.53~9.27mg·L–1时,去除率为25%～40%。原水水温与富氧生物硝化工艺NO2--N去除率呈现明显的线性相关性,相关方程为:y=3.3628x-9.528,相关系数为0.8744。     

碟形沼泽湿地水中氮的动态变化及影响因素分析

通过对三江平原碟形湿地不同植被类型沼泽水体中氮含量的研究表明,漂筏苔草、毛果苔草和乌拉苔草沼泽水体中各形态氮含量具有明显的季节变化特征.总氮(TN)含量在5-10月份的植物生长季节表现为先增加后降低的趋势,不同植被类型沼泽水体TN含量明显不同.NH4+-N是无机氮的主要存在形态,含量比例在44.81%～98.89%之间.在整个生长季,乌拉苔草沼泽水NH4+-N含量呈先增加后降低的趋势,毛果苔草沼泽水NH4+-N含量在8月份具有峰值,漂筏苔草沼泽水NH4+-N含量较低,波动不大.硝态氮(NO3--N)在生长季中期含量较低,而亚硝态氮(NO2--N)含量较高;生长季末期NO3--N含量增高,而NO2--N含量降低.沼泽水体中不同形态氮浓度与植被类型、植被生长阶段密切相关,并且受到水温、降雨、蒸发、农田排水等因素的影响.     

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能

潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术,作为人工湿地的重要组成部分,基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。以鸡粪生物炭和玉米秸秆生物炭为基质分别建立潮汐流人工湿地来处理生活污水,并以石灰石基质人工湿地作为对照,考察不同淹没/排水比(8 h/4 h和4 h/8 h)下人工湿地对生活污水中各项污染物的去除性能。研究结果表明:生物炭基质人工湿地对COD、BOD、NH4~+-N、TN和PO4~(3-)-P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地,且玉米秸秆生物炭基质人丁湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(73.6%±2.9%,COD)、(84.8%±6.1%,BOD5)、(84.2%±3.2%,NH4~+-N)、(45.3%±2.2%,TN)和(84.6%±2.8%,PO4~(3-)-P);当淹没/排水比由8 h/4 h改为4 h/8 h时,除PO4~(3-)-P的去除率基本不变外,各组人工湿地对生活污水COD、BOD、NH4~+-N和TN的去除率均有不同程度的升高,且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(80.5%±5.2%,COD)、(92.1%±5.1%,BOD5)、(90.3%±3.2%,NH4~+-N)、(60.3%±2.2%,TN)和(84.7%±1.5%,PO4~(3-)-P);生物炭基质人工湿地对NH4~+-N的去除途径主要为物理吸附和微生物硝化作用,且微生物硝化作用占主导,对PO4~(3-)-P的去除途径主要为物理吸附和微生物好氧吸磷作用,且微生物好氧吸磷作用占主导;生物炭基质中的微生物量要高于石灰石基质,且上层基质的微生物量高于下层基质;在微生物群落中,Clostridiaceae和Nitrosomonadaceae菌群分别承担有机物和NH4~+-N的主要去除,其在生物炭基质中的相对丰富度均高于石灰石基质。     

上海市浦东农业区降水氮浓度的时间分布

于2008年在上海市浦东农业区设置采样点按月收集降水样品,测定降水NO3--N和NH4+-N浓度,分析氮浓度的变化规律及其影响因素,并计算氮沉降通量。结果表明,浦东农业区降水氮浓度和年沉降通量均较高,ρ(NO 3--N)平均值为0.44 mg.L-1,年沉降通量为5.19 kg.hm-2.a-1;ρ(NH 4+-N)平均值为1.36 mg.L-1,年沉降通量为15.91 kg.hm-2.a-1;TN年沉降通量为21.10 kg.hm-2.a-1,其中NH4+-N占75.4%。降水NO3--N和NH 4+-N浓度在主要生长季(4—10月)低于非主要生长季(11月至次年3月);而NH 4+-N沉降量在主要生长季高于非主要生长季,NO3--N沉降量在主要生长季和非主要生长季差异较小,这主要是人为活动、降水日数与降水量以及风向等因素的综合作用所致。降水氮输入对研究区初级生产力的提高具有积极意义,但降雨氮浓度已超过水体富营养化阈值,可能加剧农业区内水体富营养化。     

双氰胺在四川3种主要土壤上的硝化抑制作用

采用室内培养试验方法,在不同浓度双氰胺(DCD)处理条件下,对四川3种主要土壤(紫色土、黄壤、灰潮土)的N2O释放量,NH4+-N及NO3--N含量动态变化进行了研究.结果表明,DCD对3种土壤N2O释放及土壤NO3--N含量有明显抑制作用,随DCD浓度增加,其抑制效果越显著.DCD同时能推迟NO3--N含量达到高峰,使土壤NH4+-N含量在较长时间保持相对较高水平,提高氮肥利用率,减少氮素流失.DCD在3种土壤上硝化抑制效果存在差异,表现为紫色土＞灰潮土＞黄壤.同时提出DCD在3种土壤上的适宜添加量,紫色土上为普通碳铵施入量的0.5%,黄壤和灰潮土上为0.3%.     

非贵金属催化电解无害化去除硝酸盐氮的反应机制

以Ti/Co-Fe-Cu为阴极,Ti/IrO2-RuO2为阳极组成无隔膜电解体系,对非贵金属催化电解无害化去除NO3--N的反应机制进行了实验研究和理论分析.结果表明,NO3--N阴极催化还原过程中,反应物、产物需要通过对流、扩散作用,克服电场力,迁移至目标位置;在非贵金属的催化作用下,NO3--N受还原剂攻击,逐步还原为NH4+-N;还原中间产物NO-N和NH-N直接生成N2-N的过程受抑制,产物NH4+-N难以被再度直接氧化.添加Cl-作为支持电解质,实验电解体系发生阳极析氯、Cl2水解、NH4+-N氯氧化等过程,可将NH4+-N氧化为N2-N,且出水中NO3--N、NO2--N、氯胺类浓度很低.NO3--N无害化去除的反应机制是NO3--N在催化作用下,经传质、吸脱附、电子交换过程,还原为NH4+-N,NH4+-N经由Cl-→Cl2→HOCl→Cl-电解氯氧化循环,最终生成N2-N.     

石灰预处理对树叶堆肥过程中养分转化的影响

以树叶干质量的0%、1.00%、2.50%和4.00%的石灰预处理树叶,24h后分别将预处理后的树叶与鸡粪联合堆肥,研究不同用量石灰预处理树叶对树叶堆肥过程中养分转化的影响。试验在自制的堆肥反应器内进行,采用间歇式强制通风的方式,进行为期59d的堆肥试验。结果表明:石灰预处理树叶24h可以有效的降低树叶中的有机质质量分数,以4.00%的石灰预处理的树叶其有机质降幅达6.00%;石灰预处理24h后,各处理pH相差不大;EC的变化与pH相似;预处理前后,各处理总氮、总磷和总钾的质量分数相差不大。用石灰预处理后的树叶堆肥有利于堆肥有机质的降解,尤以2.50%石灰预处理的效果最好;有利于堆肥w(C)/w(N)的降低,其降低幅度与石灰用量成正比;有利于减少堆肥过程中氮素的损失,且氮素损失与石灰使用量呈反比;有利于堆肥NH4 -N质量分数的降低;提高堆肥终产品NO3--N的质量分数,其质量分数与石灰用量呈正比;有利于堆肥中钾的浓缩;对堆肥的pH、EC、w(NH4 -N)/w(NO3--N)和总磷的影响不大。综合考虑试验结果后认为,以4.00%石灰预处理的效果最为理想。     

潮汐流人工湿地基质硝化反硝化强度研究

潮汐流人工湿地(Tidal flow constructed wetland,TF-CW)是一种新型人工湿地生态系统,并且在氮去除方面受到了广泛的关注。通过对比4种不同进水方式TF-CW对NH4+-N和NO3--N两种氮形态的处理效果,并分析基质硝化反硝化强度与去除效果之间的相关性以及不同处理深度基质的硝化反硝化强度。结果显示:4种进水方式的湿地模拟装置对NH4+-N的平均去除率差异性显著且与硝化强度差异性一致,闲置时间/反应时间为2∶1(D)的进水方式下基质的平均硝化强度最大,为(1.68±0.29)mg·kg-1·h-1,4种模拟装置的基质平均反硝化强度差异性也显著(P=1.202×10-5),连续流进水方式反硝化强度最大,为(2.99±1.58)mg·kg-1·h-1;TF-CW基质硝化强度与NH4+-N的去除率有明显的正相关性(r2=0.849 7,P=4.285×10-14),反硝化强度与NO3--N的出水浓度呈明显负相关关系(r2=0.844 8,P=6.939×10-14);装置上部0~30 cm的处理阶段硝化强度最大,随深度增加变化逐渐减小,反硝化强度在中部的30~60 cm阶段较高。本研究为TF-CW设计改善其运行效果奠定了理论基础,在进行人工湿地设计时需综合考虑NH4+-N和NO3--N的整体去除效果,将潮汐流人工湿地与连续流人工湿地进行组合并合理配置,对污染物的去除更加全面有效。     

不同牛粪化肥配施比例下水稻田-沟-塘系统的水质及植物特征

为了研究牛粪化肥配施条件下稻田-沟塘系统的水质及植物特征,以不同的牛粪化肥配施比例下的水稻田及人工沟塘系统为研究对象,定点定期采集系统水样并分析水质状况,并分析沟塘中植物和水稻的生物量及氮磷含量。结果表明:水稻田中70%化肥+30%牛粪处理的田面水TP浓度显著低于其他3种施肥处理,而各处理间COD虽有显著差异,但都处于较低水平(地表Ⅲ类水标准),TN、NO3--N和NH_4~+-N浓度没有显著差异,且水稻产量及氮、磷含量都较高;沟塘系统对稻田退水的净化效果整体达到地表水Ⅲ类标准,其中COD净化率为28. 91%～51. 77%,TP为79. 59%～91. 57%,TN为4. 19%～46. 28%,NO3--N为6. 82%～31. 26%,NH_4~+-N为7. 77%～41. 42%;沟塘系统的植物生物量以野菱(Trapa incisa)+白三叶(Trifolium repens)最高,为13. 55 t·hm~(-2),w(N)最高是羽状狐尾藻(Myriophyllum verticillatum),为16. 26 g·kg~(-1);w(P)最高是茭白(Zizania latifonia)+高羊茅(Festuca elata),为2. 91 g·kg~(-1);综合生物量和氮磷含量,N、P产出最高的分别是羽状狐尾藻和野菱+白三叶,产出量分别为100. 26和39. 43kg·hm~(-2)。因此,牛粪替代化肥处理以30%的替代量为最优,稻田-沟-塘系统能够高效净化水体中牛粪带来的TP和COD,以羽状狐尾藻和野菱+白三叶净化效果最佳。     

大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响

利用中国唯一的FACE(Free-Air Carbon dioxide Enrichment,开放式空气CO2浓度增高)平台,研究大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响.位于无锡的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2001年6月开始运行,设有FACE与Ambient(普通空气对照)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200 μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平.在轮作水稻和小麦各3季之后,发现大气CO2浓度增高下,常氮水平上土壤的NO3--N质量分数降低,NH4+-N质量分数增高;而低氮水平上土壤的NO3--N质量分数增高,NH4+-N质量分数没有显著差异.然后分别在土壤样品中加入NH4+-N,好气培养42 d后通过测定土壤中的NO3--N、NO2--N总质量分数来研究土壤的硝化活性.结果显示,不管在CO2浓度增高下还是对照条件下,增加氮肥施用量均增强了土壤的硝化活性;且与对照相比,大气CO2浓度增高在常氮水平上降低了土壤的硝化活性,在低氮水平上却增强了土壤的硝化活性,说明大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响与N肥供应水平有关.     

秸秆生物炭对菜地N_2O、CO_2与CH_4排放及土壤化学性质的影响

通过盆栽模拟试验,探究玉米秸秆生物炭施用对菜地温室气体N2O、CO2与CH4排放及土壤理化性质的影响。结果表明,生物炭施用抑制了菜地N2O排放,NB1(施N 400 kg·hm-2,生物炭20 t·hm-2)和NB2(施N 400kg·hm-2,生物炭40 t·hm-2)的N2O累积排放量分别比N处理(施N 400 kg·hm-2)低76.4%和70.7%,但抑制效应并未随生物炭用量的增加而加强。生物炭施用增强了CO2排放,但对CH4排放影响不显著。NB1和NB2累积CO2排放量分别为N处理的1.8和2.1倍,不容忽视的是,这2种处理同时增加了土壤中有机碳含量,分别比N处理高15.2%与21.3%。NB1和NB2在不降低甚至提高蔬菜产量的基础上,提高了土壤中NH4+-N含量与p H值,降低了NO3--N含量。p H值和NH4+-N含量分别平均比N处理高0.265和34.9%,NO3--N含量平均比N处理低12.7%,因此生物炭具有减排N2O与改良菜地土壤质量的巨大潜力。但生物炭引起的CO2排放以及对土壤有机碳增加的净影响效应尚需进一步研究。     

不同水分管理模式下水稻土氮素形态转化与N2O释放的关系

在实验室培养条件下,对稻田土壤在4种水分管理模式下施用尿素后N素形态转化和N2O的释放情况进行测定。结果表明,N2O的释放峰值与NH4+-N浓度峰值同时出现,即尿素迅速水解为NH4+-N的同时N2O就大量释放。且不同水分管理模式都迅速达到N2O释放的高峰,但不同模式的峰值存在明显差异,其顺序为:干湿交替>临界饱和水>淹水管理>旱作管理。研究结果还表明,NO2--N浓度在第7天达到峰值时并没有出现相应的N2O释放峰,这可能与土壤的较高pH有关。60%WFPS处理以及干湿交替培养的落干期NO3--N浓度会持续增加,并随着NO3--N浓度峰值的出现,N2O的释放也出现一个峰值。     

饮用原水中微量NH_3-N的生物膜脱除

针对NH3-N浓度为1mg.l-1的饮用原水,分别以硅锰砂石和聚胺脂海绵作为硝化生物膜载体,考察了自制固定床生物膜反应器的脱氨效果.30d的连续运行结果表明,砂石载体系统达到95%—100%的NH3-N去除率,出水NH3-N浓度接近0,出水NO2--N浓度在0—0.02mg.l-1之间;而海绵载体系统虽然挂膜快,但运行阶段NH3-N去除率仅为10%—35%,出水NH3-N不能达标,且具有生物可降解性,反硝化过程优先导致NO2--N的积累.进一步考察了硅锰砂石生物膜系统稳定运行的最优参数,得出试验条件下,水力停留时间为6min,气水比为1:1,反冲洗周期为6d.硅锰砂石因其良好的孔隙率、粒径分布和密度等物理特性,以及化学稳定性和生物安全性,是含低浓度NH3-N原水生物膜净化的良好载体选择.     

湿解产物与堆肥在土壤中的稳定性和腐熟度比较分析

研究了不同培养阶段湿解产物与土壤混合物(HTS)的物质变化特征、稳定性和腐熟度,并与堆肥和土壤混合物(CS)及自然土壤进行了对比。结果表明:在培养过程中,所有HTS和CS的参数变化趋势相似,HTS的温度变化接近于CS的温度变化,稍高于自然土壤的温度,低于环境温度;pH值变化不大,基本稳定在7.6左右;在培养初期,水溶性有机碳比有机态氮w(WSC)/w(Norg)小于0.55,种子发芽系数(GI)高于80%;培养14d后,w(C)/w(N)降低至小于20,w(NH4 -N)/w(NO3--N)渐渐趋于稳定至小于0.16,GI基本高于100%;49d后,HTS的CO2释放率接近CS和自然土壤的CO2释放率;种子发芽系数的变化表明,湿解产物中含有更丰富的营养元素,可以促进植物根系的生长;相关性分析显示,w(WSC)/w(Norg)、w(NH4 -N)/w(NO3--N)和GI可以作为湿解产物腐熟度的评价指标。综合各项参数表明,湿解产物在土壤中会很快达到稳定,可以安全应用。     

垂向移动式生态床与生态浮床对低污染水净化效果的比较

采用垂向移动式生态床与生态浮床两种生态处理技术对太湖入湖河流低污染水进行了处理试验.结果表明,垂向移动式生态床对COD、NH3-N、NO3-N、TN和TP的去除率分别为38.6%、59.2%、89.6%、51.5%和78.6%,生态浮床对上述物质的去除率分别为40.7%、47.9%、85.1%、54.2%和62.5%.垂向移动式生态床技术对NH3-N、NO3-N和TP的去除率高于生态浮床技术,但后者对COD和TN的去除效果略优于前者.     

三江平原农田源头排水沟渠截留排水中氮素动态

通过小尺度野外原位试验,研究排水沟渠水体、底泥和植物中氮含量的变化规律.结果表明,随水体停留时间增加,沟渠对水体氮素的净化能力增强,认为停留8d左右较适宜.沟渠对NH4-N的截留率大于TN和NO3--N.渠水停留11d时,4条试验沟渠[氮浓度高、磷浓度低(NHPL),氮浓度高、磷浓度高(NHPH),氮浓度低、磷浓度低(NLPL),氮浓度低、磷浓度高(NLPH)]对NH4+-N的截留率均达100％,对NO3--N的截留率分别为84.63％、84.35％、75.67％和76.14％,对TN的截留率分别为88.02％、89.89％、90.88％和88.53％.试验结束时沟渠表层(0～15 cm)底泥氮含量降低,植物氮累积量远大于进水TN总量,说明植物生长同时吸收了水体、土壤和底泥中的氮,建议在秋季适时收割植物,以避免植物分解导致二次污染.     

河套灌区地下水氮污染状况

河套灌区浅层地下水氮浓度和地下水埋深的季节变化规律调查结果表明:3月地下水NO3--N和TN浓度显著高于5、7和9月,地下水埋深也比5月和7月深。不同类型的井水N浓度差异较大:农田与庭院的井水NO3--N浓度显著高于村庄附近的井水,而NH4+-N和TN则表现为庭院井水浓度显著高于农田和村庄。地下水氮形态以NO3--N为主,全年17.1%的水井地下水NO3--N浓度高于10 mg.L-1,最高达184.4 mg.L-1。在灌溉量和其他生产条件相同的情况下,沙壕渠试验站农场内施肥区井水NO3--N浓度[(17.55±15.02)mg.L-1]明显高于未施肥区[(7.67±4.48)mg.L-1],且65.5%的水样NO3--N浓度超过WHO规定的生活饮用水NO3--N浓度上限值(10 mg.L-1),而未施肥区仅有27.6%的水样超标。井水NO3--N的来源主要为农田氮肥与动物粪肥,当地地下水NO3--N污染已不容忽视。     

高温自养硝化反硝化工艺研究

利用筛选的耐高温亚硝化单胞菌结合适量的市政污水厂活性污泥,通过逐步提高温度进行曝气、驯化、挂膜,获得能够在38～47℃条件具有高氨氧化活性的硝化生物膜,在进水氨浓度120～180mg/L,氨氧化率达到90%～99.9%;将该生物膜回复常温硝化,显示其氨氧化活性较差,氨氧化率仅35%～70%.对其氨氧化产物分析发现,低于43℃时被氧化的氨氮为117～143mg/L,亚硝酸盐和硝酸盐积累较高,总浓度在115～135mg/L;但随着温度升高至44～45℃,亚硝酸盐积累显著下降到5.6～27.9mg/L,NO3--N低于2mg/L;至47℃稳定运行期间,NO2--N维持在10mg/L以下,NO3--N在2mg/L以下.对反应器中消耗的碱度的分析表明,当温度从43℃逐渐升高时,碱度消耗明显下降,由7.16～9.14mg(CaCO3)/mg(NH4+-N)降至4.08～5.19mg(CaCO3)/mg(NH4+-N).结合大量的NH4+-N被氧化且氨氧化产物中又只有少量的NO2--N和NO3--N,以及碱度消耗明显下降的特征,推测在高温条件下发生了自养硝化反硝化脱氮现象.