秸秆还田条件下氮肥用量对稻田氮素淋失的影响

通过田间小区试验,研究了秸秆还田条件下不同氮肥用量对稻田田面水、渗漏水中氮素动态变化和淋失量的影响.结果表明,稻季秸秆还田量为6t/hm2,氮肥用量分别为0,120,180,240,300kg/hm2时,稻季田面水、渗漏水中无机氮(NH4+-N与NO3--N)浓度随氮肥用量的增加而显著增加,秸秆还田显著降低田面水和渗漏水中NH4+-N和NO3--N浓度;田面水中NH4+-N浓度在每次施肥后的第2d、NO3--N在第2~4d达到峰值,渗漏水中NH4+-N在每次施肥后的第2~4d, NO3--N在施基肥后的第20d左右达到峰值;不同处理田面水中NH4+-N、NO3--N的平均浓度及变幅分别为1.23±0.88(0.01~9.89)、1.14±0.18(0.14~2.86)mg/L,渗漏水中分别为1.78±1.60(0.03~22.66)、1.42±0.24(0.22~2.66)mg/L.稻田渗漏量与水稻移栽后天数呈极显著负相关,整个水稻生育期内的总渗漏量为298mm.不同施氮处理稻季NH4+-N、NO3--N的平均净淋失量分别为4.77±4.37 (0.45~12.33)、1.76±1.08(0.49~3.31)kg/hm2,占施氮量的2.57%~4.11%、0.41%~0.56%,氮素损失以NH4+-N为主.     

稻鸭、稻鱼共作生态系统中稻田田面水的N素动态变化及淋溶损失

通过田间试验研究了稻鸭、稻鱼共作复合生态系统稻季田面水及渗漏水中各形态N素的动态变化及N肥的渗漏损失量.结果表明,水稻生长期间,田面水中N素形态以NH 4-N为主,渗漏水中则以NO-3-N为主要形态;施肥有利于田面水和渗漏水各形态N素含量的提高.相对于常规稻作处理(CK),稻鸭(RD)、稻鱼共作(RF)时田面水的pH、NH 4-N含量和TN含量显著增加,渗漏水的NO-3-N和TN含量降低,而渗漏水NH4 4-N元明显变化.所有处理田面水中NH 4-N/TN在施肥后第3天达到最大,随后降低;而所有处理NH 4-N/TN的均值相当.对各处理的N素淋失分析可知,处理RD与RF的肥料N潜在淋失率分别为2.72%、2.58%,低于CK处理(2.99%),表明稻鸭、稻鱼共作可以减少施入N肥潜在的下渗淋失,同时稻鱼共作减少N肥淋失的效果好于稻鸭共作.     

节水灌溉与控释肥施用对太湖地区稻田土壤氮素渗漏流失的影响

在太湖流域采用田间小区试验研究了干湿交替节水灌溉与控释肥(控释BB肥与树脂包膜尿素)施用对稻田30 cm深土壤渗漏水总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和亚硝态氮(NO-2-N)浓度的动态变化及氮素淋失的影响.结果表明:各处理渗漏水TN、NH+4-N和NO-2-N浓度均在施肥后10 d内达到高峰,然后逐渐下降.渗漏水氮素以NH+4-N(0.22~15.15 mg·L-1)为主,平均占TN 70.1%,NO-3-N(0.10~0.95 mg·L-1)占TN比例较低,平均为13.0%,NO-2-N(0~0.24 mg·L-1)平均仅占TN 1.3%.与淹灌相比,节灌对稻田渗漏水氮素浓度及各氮素占总氮的比例影响不大,但降低了14.2%的渗漏水量和9.4%的TN淋失量.施氮显著提高了渗漏水氮素浓度以及NH+4-N和NO-2-N占TN的比例.控释BB肥和树脂包膜尿素较常规尿素处理水稻全生育期渗漏水TN平均浓度分别降低10.2%和43.3%,TN淋失量分别降低26.1%和39.5%.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用有利于降低氮素渗漏损失,促进农田面源污染减排.     

内循环SBR反应器无厌氧段实现同步脱氮除磷

研究了内循环SBR反应器在模拟城市生活污水处理中脱氮除磷的效果.结果表明,在曝气时间为4h,曝气开始时DO浓度为6mg·L-1,pH值7～8时,反应器对COD、NH4 -N、TP均有较好的去除效果,进水中COD浓度、NH4 -N浓度、TP浓度分别由170～260mg·L-1、20～30mg·L-1、8～20mg·L-1降到出水的4～48mg·L-1、0～2.0mg·L-1和0～1.4mg·L-1,COD、TIN(NH4 -N NO3--N N02--N)的去除率分别为89.7%±6.5%、70%左右,NH4 -N的转化率为97.4%±3.6%、TP的去除率为95.6%±4.4%.在本研究的实验过程中反应器进水后未经过传统除磷理论认为所必须的厌氧段而直接曝气,TP的去除效果仍然良好且运行稳定,这和传统的理论与研究有所区别.     

膜序批式生物反应器脱氮性能研究

采用厌-好氧交替膜序批式反应器,实验室人工合成配水,连续运行300 d,对反应器脱氮性能进行了研究.结果表明,污泥浓度达到18 g·L-1时,污泥粒径大小在100μm以上的占96%,污泥出现颗粒化.FISH-CLSM分析AOB及NOB的群落空间分布表明它们在污泥中大量存在.NH4 -N进水50 mg·L-1左右时出水在1 mg·L-1以下,硝化反应在180～210 min就可以完成.曝气强度与硝化反应速率密切相关,曝气强度为100 m3·(m2·h)-1时,NH4 -N降解速率最佳达24.25 mg·(L·h)-1,系统硝化性能稳定.影响系统脱氮的主要因素是反硝化速率,曝气强度为69 m3(m2·h)-1时,对NO3--N的利用率为10.98 mg·(L·h)-1,出水NO3--N浓度为4.4 mg·L-1,滞留在厌氧段的浓度3.5 mg·L-1为最低,反硝化效果最好.曝气过量或不足时反硝化速率都低.在保证系统处理能力的同时,大的交换比0.35有利于系统脱氮运行.C/N比为2时,反硝化速率最高,>2时出现NO2--N的积累.     

不同肥料种类对稻田红壤碳氮淋失的影响

土壤中碳、氮淋失降低土壤肥力,污染水体环境.为探究不同施肥种类对稻田红壤碳氮淋失影响,本试验依托中国科学院千烟洲生态站(114°53’E,26°48’N)1998年建立的红壤稻田长期定位控制试验,选用负压法采集土壤溶液,研究秸秆还田(ST)、有机肥(OM)、化肥(NPK)对土壤碳、氮淋失状况及时间动态的影响.结果表明:1稻田土壤中氮素淋失以铵态氮(NH+4-N)为主,施用NPK使土壤中NH+4-N(1.2 mg·L-1±0.1 mg·L-1)淋失最严重,施用OM使土壤中可溶解性有机碳(DOC)(27.3 mg·L-1±1.6 mg·L-1)淋失最严重,且土壤中DOC和NH+4-N均在水稻营养生长期淋失最严重(P<0.05);2施用OM与NPK可以增加稻田红壤中NH+4-N、DOC、总有机碳(SOC)和总氮(TN)含量,且施用NPK增加TN效果最显著,施用OM增加SOC最显著;3土壤渗漏液中DOC含量与稻田红壤中SOC含量呈显著正相关(P<0.01),土壤渗漏液中NH+4-N含量与稻田红壤中TN含量呈显著正相关(P<0.01).     

去除地下水中硝酸盐的渗透性反应墙研究

通过土柱试验模拟地下水环境,研究以发酵树皮和沙子混合物为反应介质的渗透性反应墙(生物墙)对地下水中硝酸盐的去除情况,探讨其作用机制与影响因素,为硝酸盐污染地下水的修复提供经济有效的方法.结果表明,从模拟生物墙运行的第3 d起,墙内为强还原环境(Eh在-100 mV之下),有利于硝酸盐的还原降解.在15 d的运行时间内,模拟生物墙对水中硝态氮(NO3--N)的去除率为80%～90%左右(NO3--N由进水的20 mg·L-1可降至出水的1.6 mg·L-1);出水中亚硝态氮(NO2--N)的浓度较低,一直小于2.5 mg·L-1;出水中铵态氮(NH4+-N)的浓度在前2 d较低,从第3 d起升至12 mg·L-1.模拟生物墙对NO3--N的去除机制主要为吸附和微生物降解.提高模拟生物墙内水流速度后,NO3--N的去除率有所下降,出水中NH4+-N的浓度明显降低.在模拟生物墙下游串联一个模拟沸石墙,可去除水中98%的NH4+-N.     

后置短程反硝化AOA-SBR工艺实现低C/N城市污水的脱氮除磷

为了解厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步短程硝化反硝化(SPND)耦合,并后置短程反硝化的脱氮除磷特性,以低C/N(≤4)城市污水为处理对象,通过优化曝气量和缺氧时间,实现了低C/N城市污水的深度脱氮除磷。结果表明,当好氧段曝气量由1.0L·min-1降至0.6L·min-1,缺氧时间为180min时,出水PO43--P浓度由0.06mg·L-1降至0,出水NH4+-N、NO2--N和NO3--N浓度分别由0.18、18.79和0.08mg·L-1逐渐降低至0、16.46和0.05mg·L-1,TN去除率由72.69%提高至77.97%;随着曝气量的降低,SPND现象愈加明显,SND率由19.18%提高至31.20%;此后,当缺氧段时间由180min逐渐延长至420min,出水PO43--P、NH4+-N和NO3--N浓度分别维持在0、0和0.03mg·L-1左右,出水NO2--N低至3.06mg·L-1,SND率达32.21%,TN去除性能逐渐提高,TN去除率高达99.42%,实现了系统的深度脱氮除磷。     

一种新型电化学法处理硝态氮废水的初步研究

通过对Pd-Me双金属催化还原NO 3--N和折点氯化法处理NH 4+-N的相关理论分析,提出了一种基于电化学法的新型NO 3--N废水处理工艺.即利用具有电子空轨的常见金属元素修饰Ti基获得催化阴极,在电场的作用下,将NO 3--N催化还原;通过调整催化元素的配比和电解条件,控制NO 3--N还原产物主要为NH 4+-N;利用阳极氧化Cl-生成高氧化性物质HOCl,将NH 4+-N氧化为无害产物N2-N.结果表明,金属元素Co和Cu修饰Ti基制得阴极可以有效地催化还原模拟废水中的NO 3--N;按前驱物溶液金属元素摩尔比1∶1制得Ti基Co-Cu复合涂层催化阴极,可以将NO 3--N高效催化还原为NH 4+-N;电解体系中引入Cl-后,通过阳极作用可将NO 3--N还原生产的NH 4+-N有效地氧化为N2-N.在100 mg/L NO 3--N模拟废水中添加1 000 mg/L Cl-,设置极板间距6 mm、电流400 mA,电解2.5 h后出水NO 3--N、NO 2--N、NH 4+-N和TN分别为2.9、0.5、1.7和6.0 mg/L.     

一株硝化脱氮除臭菌的筛选鉴定及其多途径氮代谢功能的研究

从江门某污水处理厂活性污泥中分离出一株能够高效脱除氨气的菌株JN-4.通过菌株形态观察、生理生化及16SrDNA分子鉴定,发现菌株JN-4与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)亲缘关系最为接近,同源性达到99%,认为JN-4为一株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis).好氧培养条件下,以葡萄糖为碳源,JN-4在32h内对NH4+-N和NO2--N的总削减率能够达98.51%和84.50%,体系中总氮的削减率达到63.1%和16.9%,N2的产生量分别为3.72mmol·L-1和0.62mmol·L-1.好氧培养条件下,以KNO3为唯一氮源,NO3--N初始浓度为82.47mg·L-1,32h内体系中NO3--N的总削减率达到96.54%,体系中总氮的削减率达49.6%,产生1.44mmol·L-1的N2,反应中检测到有NH4+-N迅速积累,但会随着时间进行同步转化,可见JN-4不仅能够高效硝化脱氨,同时具有高效好氧反硝化的能力.JN-4在厌氧以及乙酸钠作为碳源的条件下,利用NH4+-N效率大大降低,但是能够在NO3--N存在时进行NO3--N还原(反硝化).JN-4能够进行多途径氮代谢,为一株异养硝化-好氧反硝化偶联的菌株,具有重要的应用价值.     

黄河上游灌区连作稻田N2O排放特征及影响因素

黄河上游灌区高产连作稻田氮肥的过量施用引起土壤氮素盈余,进而导致稻田N2O排放量增大.为了探明水稻连作模式下稻田N2O排放特征及影响因素,采用静态箱-气相色谱法,开展了为期2年的连作水稻田试验研究.试验共设置3个施氮处理,包括常规氮肥300kg.hm-2(N300)、优化氮肥240kg.hm-2(N240)和对照不施氮肥(N0),并在稻田连作的第2年,对N240处理灌溉节水30%.2年连作试验结果表明,水稻生长季稻田N2O排放主要发生在水稻施基肥后及水稻生长的中后期,在稻田灌水泡田后N2O排放速率达最大值.稻田高氮肥(300kg.hm-2)施用显著增加N2O的排放量,优化氮肥(240kg.hm-2)处理可有效降低土壤N2O排放量(p<0.01).水稻生长季稻田淹水状态时N2O排放量极低,稻田灌溉节水会相应增加土壤N2O排放量.土壤温度变化对稻田N2O的生成和排放会产生较大影响,但受稻田肥水管理等因素的影响,温度与N2O排放量相关性不显著.灌区稻田土壤N2O排放通量与田面水NO3--N含量变化及耕层0～40cm土壤NO3--N积累量变化有显著的相关性.稻田连作显著增加了耕层土壤剖面0～40cm土层NO3--N的积累量,耕层土壤NO3--N积累量的增加进而加大了土壤N2O排放的风险.在宁夏黄灌区稻田常规灌水和高氮肥(300kg.hm-2)水平下,2年连作稻田水稻生长季土壤N2O总排放量分别达55.98×104kg.a-1和51.48×104kg.a-1,在100a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)均值为16.02×107kg.hm-2(以CO2计),表明黄灌上游灌区高氮肥施用导致稻田N2O排放量增大,由此引起的增温潜势严重.     

基于GIS的华北高产粮区地下水硝态氮含量时空变异特征

集约化农业生产区地下水的硝酸盐污染是一个十分普遍的问题.选取华北平原典型高产粮区桓台县为研究对象,分别在2002年和2007年同一季节对该县境内的394个潜水水样和283个承压水水样的硝态氮含量进行了取样分析,应用地质统计学与GIS技术相结合的方法对其时空变异规律进行了分析.结果表明,2002年和2007年潜水硝态氮的平均含量分别为8.08 mg·L~(-1)和14.68 mg·L~(-1),承压水硝态氮的平均含量分别为3.87 mg·L~(-1)和7.19 mg·L~(-1),2007年比2002年含量增幅均接近1倍.2个时期承压水硝态氮含量的空间相关距离均远大于潜水硝态氮含量的相关距离.2007年与2002年相比,潜水硝态氮含量各等级(0～5、 5～10、 10～15、 15～20、 20～30和>30 mg·L~(-1))的面积变化幅度分别为-28.87%、 -14.63%、 13.06%、 14.37%、 12.23%和3.85%;承压水中前4个等级的面积变幅分别为-37.82%、 28.01%、 9.33%和0.48%.通过对地下水硝态氮含量的垂向分析发现,2个时期的承压水硝态氮含量与取样井深存在显著负相关关系,并且深层承压水的硝酸盐含量呈现上升趋势.     

DAT-IAT工艺处理城市污水的生态风险评估

采用常规水质指标检测和种子发芽及根伸长抑制的陆生生态毒理方法,评价了DAT-IAT工艺处理过程中各工艺阶段污水的生态风险.常规水质指标检测结果显示,COD和SS可以达标排放,而氮的形态由进水时的NH⁺₄-N转变为DAT、出水中的NO^-₃-N,只是形态发生了变化,并没有从污水中去除,虽然达到了设计的NH⁺₄-N去除要求,可以达标排放,但是并未降低受纳水体发生富营养化的生态风险.生态毒理指标检测结果显示,进水、DAT、出水各阶段污水中COD对小麦种子发芽的半数抑制浓度逐渐降低,分别为249.3、 165.3和161.2 mg·L^-1;对小麦根伸长的半数抑制浓度也逐渐降低,分别为257.6、 154.0和142.1 mg·L^-1,表明DAT-IAT工艺处理过程中污水的生态毒性变化趋势为逐渐增大,处理后的出水存在一定的生态风险,有进一步进行生态风险调控的必要性.在相同水质条件下,小麦根伸长抑制率比小麦种子发芽抑制率更显著,可以把小麦根伸长作为评价污水处理生态风险的敏感指标之一.     

失稳硝化膜生物反应器的性能恢复研究

对高水力负荷条件下丧失硝化功能的膜生物反应器进行恢复实验,将水力停留时间(HRT)从原来的5h延长到正常条件下可以实现完全硝化的10h后,在进水NH4+-N浓度为500mg.L-1的条件下反应器可去除99%的NH4+-N,但NO2--N出现严重积累,在60d的实验过程中NO2--N平均出水浓度为425mg.L-1.荧光原位杂交分析结果表明,氨氧化菌(AOBs)在总菌中的比例与恢复实验前没有变化,分别为12.9%(恢复实验期)和9.75%(恢复实验前),但氨氧化杆菌(Nitrosomonas)在AOBs中的比例从80%降低到40%;亚硝酸盐氧化细菌(NOBs)在总菌中的比例下降一半(从5.64%下降至2.84%),并以慢生型的Nitrospira为主.高NO2-含量和高胞外物浓度(497.1mg.L-1)可能是导致亚硝酸盐氧化功能难以恢复的主要原因.     

生物营养物去除(BNR)工艺模型参数校正与验证方法

研究了结合活性污泥系统物料平衡的生物营养物去除(BNR)工艺模型参数校正与验证方法.首先采用代尔夫特理工大学开发的TUD模型及其参数缺省值进行初步模拟,并将模拟结果与实测数据进行对比以明确模拟偏差.同时,对原始运行数据进行物料平衡衡算,以消除测量误差并获得TP排放量、反硝化量及氧的净消耗量等平衡计算值,为模型校正提供依据.初步模拟结果显示,TP排放量(3913mg·d-1,以P计)和反硝化量(16170mg·d-1,以N计)均超出了平衡计算值的误差范围(分别为(3762.0±43.1)mg·d-1和(14150±237)mg·d-1),且沿程溶解性COD(SCOD)、PO34--P、NH4+-N、NO3--N不能完全与实测数据吻合,表明工艺模型参数的默认值需得到必要的校正.结合TP平衡,先修正污泥龄(SRT)的计算误差;应用平衡后的运行数据,将SRT由初始值10.3d调整为10d.SRT调整后,再次模拟得出的TP排放量为3750mg·d-1,已在平衡计算结果的范围之内,TP平衡得到了闭合.将发酵过程最大反应速率常数qfe从3d-1提高到15d-1后,沿程及PO43--P拟合结果同时得到了显著改善.通过调整DO及NH4+-N的亲和系数KNH4(从1mg·L-1至0.2mg·L-1),沿程NH4+-N得到了拟合.出水及沿程NO3--N的拟合通过调整氧的亲和系数KO2从0.7至0.1mg·L-1)得以实现.最后校核反硝化负荷及氧的净消耗量,模拟计算的反硝化负荷为14090mg·d-1,氧的净消耗量为126900mg·d-1,均在平衡计算值的误差范围之内(分别为(14150±237)mg·d-1和(129700±2910)mg·d-1),说明校正过程合理、可靠.     

北京市新建城区不透水地表径流N、P输出形态特征研究

2010年通过对北京市新建城区典型不透水地表径流水样的采集与分析,研究新建城区地表径流水质特征及其N、P输出形态组成,以期为城市地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,北京市新建区典型不透水地表屋面和道路地表径流污染初期冲刷效应显著,屋面径流污染负荷的输出主要集中在初期10 mm径流,而道路径流污染负荷的输出主要集中在初期15 mm径流.屋面地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为50.2、81.7、6.07、2.94、1.05和0.11 mg·L-1;道路地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为539.0、276.4、7.00、1.71、1.51和0.61 mg·L-1.屋面径流颗粒态COD、TN和TP分别占20.8%、12.3%和49.7%,道路径流颗粒态COD、TN和TP分别占68.6%、20.0%和73.6%.屋面径流溶解性氮素占总氮87.7%,其中NH4+-N和NO3--N分别占57.6%和22.5%,道路径流溶解性氮素占总氮的80.0%,其中NH4+-N和NO3--N分别占42.1%和35.0%.城市地表径流污染控制应加强NH4+-N和NO3--N的去除.     

北运河下游典型河网区水体中氮磷分布与富营养化评价

选择北运河下游典型河网区(闸坝多、水流慢和湖库化)为研究对象,通过为期1 a的水质监控,阐述了河网区氮、磷的时空变化特征,并利用对数型幂函数普适指数公式对其水体营养状态进行了评价.结果表明,河网区水体中TN平均质量浓度为12.50 mg.L-1(NH4+-N占67.41%),TP为1.45 mg.L-1(SRP占80.81%).河网区水体中氮、磷的时空分布特征明显,TN和NO 3--N质量浓度随季节变化特征趋于一致,NH 4+-N稍有不同;TP和SRP质量浓度随季节变化特征基本一致.从河网区进水带至出水带,水体中氮、磷质量浓度均呈逐渐下降趋势,其中TN、NH4+-N和NO3--N平均质量浓度分别从19.30、13.22和2.19mg.L-1降至7.98、4.45和1.50 mg.L-1;TP和SRP分别从1.95和1.59 mg.L-1降至1.11和0.91 mg.L-1.富营养化评价综合指数表明,河网区水体在时空尺度上均处于"极富"营养状态.     

湖北丹江口水库主要离子化学季节变化及离子来源分析

2004～2006年对丹江口水库中的5个点位水质的 t 、pH、EC、TDS、ORP、SO^2-₄、Cl^-、NO^-₃、HCO^-₃、Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺和Si进行了测定.综合运用方差分析及主成分分析对它们的季节变化及其来源进行了研究.结果表明,丹江口库区水体呈弱碱性,属于弱矿化度水,水质类型为HCO^-₃-Ca型水.主要阴、阳离子浓度范围为：Cl^-,（4.0±0.5～6.9±1.8）mg·L^-1;NO^-₃,（4.6±0.9～6.8±1.7）mg·L^-1;SO^2-₄,（24.3±2.7～35.4±6.9） mg·L^-1;HCO^-₃,（133.0±11.7～153.5±29.6）mg·L^-1;Na⁺,（2.0±0.3～5.3±1.0）mg·L^-1;K⁺,（0.7±0.09～1.6±0.7） mg·L^-1;Ca²⁺,（33.0±2.1～46.6±0.8）mg·L^-1;Mg²⁺,（8.0±2.5～10.5±3.2）mg·L^-1.方差分析显示除HCO^-₃和Si外,t、pH、EC、TDS、ORP、SO^2-₄、Cl^-、NO^-₃、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺都表现出了显著的季节性差异,主要离子化学汛期浓度均小于对应的非汛期浓度.Na⁺和Mg²⁺的浓度只表现出秋汛<秋季,NO^-₃和SO^2-₄浓度却呈现出秋汛>秋季,这主要归因于降雨的大气沉降对水化学的贡献不同.HCO^-₃占主要阴离子的75%～88%,Ca²⁺和碱土金属分别占主要阳离子的60%～80%和87%～96%,表明碳酸盐岩风化是水体质子的主要来源及主要化学风化类型.参照我国及世界卫生组织饮用水标准,主要离子的浓度并未对人体产生危害.