污水氮浓度和NH4+/NO3-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响

采用溶液培养法,设置3个氮浓度20、100、200 mg·L-1和3个NH_4~+/NO_3~-比1∶0、0.5∶0.5、0∶1,研究污水氮浓度和NH_4~+/NO_3~-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响.结果表明,粉绿狐尾藻的生物量在第1周增长最快,其中氮浓度20 mg·L-1、100 mg·L-1时,生物量以NH_4~+/NO_3~-=1∶0处理最大;氮浓度200 mg·L-1时,以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5处理最大.粉绿狐尾藻在第1周对总氮、铵态氮和硝态氮去除速率最高,且随氮浓度升高而增加;氮浓度20 mg·L-1时,铵态氮和硝态氮的去除率无显著差异,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时硝态氮的去除率高于铵态氮.粉绿狐尾藻氮积累量及对水体和底泥氮去除的贡献率均随氮浓度升高而增加,其氮含量和积累量均以第1周增长最快,氮浓度20 mg·L-1时氮积累贡献率以NH_4~+/NO_3~-=0∶1最大,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5最大.粉绿狐尾藻体内蛋白质、氨基态氮和硝态氮的含量均随氮浓度的升高而增加,且蛋白质氨基态氮硝态氮;NH_4~+/NO_3~-为1∶0和0.5∶0.5时蛋白质含量较高,NH_4~+/NO_3~-=1∶0时氨基态氮含量最高,NH_4~+/NO_3~-=0∶1时硝态氮含量最高.由此说明,在试验范围内,粉绿狐尾藻的去氮能力随污水氮浓度升高而提高,可以用于高氮浓度污水修复;粉绿狐尾藻喜铵态氮,但在100 mg·L-1以上的高氮浓度下以硝铵等比时生长和去除氮能力最强;粉绿狐尾藻体内氮组分受硝铵比调节,蛋白氮比例最高,铵态氮和硝态氮则分别随污水NH+4和NO-3比升高而提高.     

污水氮浓度对粉绿狐尾藻去氮能力的影响

粉绿狐尾藻是构建人工湿地的重要植物,对污水具有较强的净化作用,但有关其去氮能力及其与污水氮浓度的关系尚不清楚.本试验采用人工模拟盆栽试验,设2、5、10、20、100、200、400 mg·L~(-1)共7个氮水平,研究污水氮浓度对粉绿狐尾藻去氮能力的影响.结果表明,氮浓度不高于20 mg·L~(-1)时,前3周粉绿狐尾藻以20 mg·L~(-1)生长最好,处理1周水体总氮和氨氮的去除率接近100%,而硝态氮浓度低、变化不大;粉绿狐尾藻氮含量因氮浓度变化不大但部位间有"上高下低"趋势,且粉绿狐尾藻还利用了底泥氮.氮浓度100~400 mg·L~(-1)时,4~5周以氮浓度200 mg·L~(-1)粉绿狐尾藻生长最好;处理5周总氮去除率依次为76.5%、71.5%和48.1%,氨氮去除率依次为99.6%、99.3%和60.2%;各处理硝态氮去除率约为50%且处理间差异不大;粉绿狐尾藻氮含量随氮浓度而升高,但部位间差异小、呈均匀分布;粉绿狐尾藻积累氮、底泥固定氮分别占水体去除氮的27.9%~48.4%和12.2%~24.4%.因此,粉绿狐尾藻去氮能力受污水氮浓度的显著影响,去除氨氮率显著高于硝态氮;氮浓度还影响粉绿狐尾藻对氮的吸收积累和分配机制,值得深入研究.     

绿狐尾藻分解及其氮磷释放特征

湿地植物分解释放的有机物、氮和磷等会影响人工湿地对水体污染物的去除效率和出水水质.本研究采用尼龙分解袋法研究绿狐尾藻在水中的分解过程及氮磷释放特征.连续60 d的室内分解实验结果表明,前期(0～4 d)绿狐尾藻干物质质量损失速率快,占初始质量的30%,中后期(4～60 d)损失速率减慢,占31%.拟合的一级动力学分解速率常数为0. 014 2d-1,降解50%的干物质需48. 8 d.水体p H值变化情况:0～4 d从7. 60迅速下降到5. 63;中期趋于稳定;后期p H值回升到7. 03,与空白对照值接近.绿狐尾藻分解实验系统中溶解氧浓度从6. 30 mg·L~(-1)在1 d内快速下降到0. 61 mg·L~(-1),表明该系统一直处于厌氧状态.水中总氮浓度0～2 h迅速增加达到12. 7 mg·L~(-1),2 h～32 d逐渐降低到5. 80 mg·L~(-1),后期略有增加;总磷浓度初期快速升高到18. 4 mg·L~(-1),中后期趋于稳定.有机氮(占总氮65. 7%～94. 7%)和无机磷(占总磷61%～89%)是主要的氮磷存在形态.绿狐尾藻体内总氮含量随分解时间逐渐增加,从24. 3 mg·g~(-1)上升到60. 5 mg·g~(-1);而总磷含量从6. 09 mg·g~(-1)下降到2. 94 mg·g~(-1)后波动稳定,这可能与附着微生物对氮的吸收和固定等因素有关.本研究证实绿狐尾藻分解过程释放的氮磷营养元素会引起水体二次污染,为此采用合理的植物收割管理措施非常必要.     

绿狐尾藻对铜绿微囊藻和羊角月牙藻的抑藻效应

分别将不同起始浓度(10~5、10~6、10~7、10~8和10~9ind.·L~(-1))的铜绿微囊藻和羊角月牙藻分组与绿狐尾藻进行共培养,连续10 d,每天测定各组铜绿微囊藻或羊角月牙藻的光密度值,用以确定绿狐尾藻对两种藻类不同浓度的生长抑制情况.结果表明,2. 5 g·(200 m L)~(-1)的绿狐尾藻对起始浓度为10~7ind.·L~(-1)和10~8ind.·L~(-1)的铜绿微囊藻具有明显的抑制作用;而对实验所设的所有起始浓度的羊角月牙藻生长均没有显著的抑制作用.并且,采用溶剂浸提与气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定的方法,分析了绿狐尾藻粉末浸提液和绿狐尾藻生长液中可能存在的化感物质,通过分析,确定棕榈酸是绿狐尾藻分泌的化感物质之一,并且发现了3种可能是绿狐尾藻分泌的新型化感物质:3-乙基-3-甲基庚烷、磷酸三乙酯和酞酸二丁酯.     

白洋淀沉积物氨氮释放通量研究

白洋淀沼泽化趋势不断加重,本文分析了沉积物氨氮释放风险与水质效应,评估沉积物中氨氮交换通量对上覆水体水质产生的重要影响.结果表明:白洋淀淀区表层水氨氮(NH_4~+-N)平均浓度在0.0~0.49 mg·L~(-1)之间,硝氮(NO_3~--N)平均浓度维持在0.09~0.20 mg·L~(-1),总氮(TN)浓度范围为1.40~4.52 mg·L~(-1),淀区水质在V类水平和劣V类水平.沉积物NH_4~+-N的平均含量在61.1~160.6 mg·kg~(-1),NO_3~--N含量整体平均值较低,范围在4.3~9.0 mg·kg~(-1),TN含量平均值在1555~4400 mg·kg~(-1)之间.整个白洋淀淀区表层沉积物孔隙水中NH_4~+-N浓度明显高于上覆水浓度,NH_4~+-N存在从沉积物向上覆水释放的风险.淀区沉积物-水界面潜在NH_4~+-N扩散通量范围为-9.3~38.3 mg·m~(-2)·d~(-1),NH_4~+-N潜在内源释放风险非常高.烧车淀区、南刘庄区、圈头区的潜在NH_4~+-N平均释放通量达到10.0 mg·m~(-2)·d~(-1)以上.为了避免白洋淀沼泽化过程加快,水质氮污染需要采取相应措施进行有效控制,而控制沉积物NH_4~+-N的内源释放是其中的关键环节.     

穗花狐尾藻生长及酚类物质含量对光照强度的响应研究

沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)能产生对水华蓝藻生长有抑制效应的酚类活性物质。为了揭示光照强度对穗花狐尾藻的生长及其体内酚类物质含量的影响,文章研究了不同光照强度下穗花狐尾藻的生物量及其顶端组织与茎中的可溶性糖、可溶性蛋白、总酚的含量以及与酚类代谢相关酶——苯丙氨酸裂解酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)的活性,结果表明:穗花狐尾藻生物量随着光照强度的减弱而显著降低;高光照强度和中等光照强度下,顶端组织中可溶性蛋白、总酚含量和PAL酶活都明显高于茎中各指标;茎中的总酚含量、PAL酶活性在低光照强度下显著高于高光照强度和中等光照强度下。     

3种水生植物腐解过程中磷营养物质迁移、转化过程研究

室内模拟沉水植物狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L)、浮水植物菱角(Trapa bispinosa Roxb)、挺水植物荷花(Lotus flower)在5.7 g·L~(-1)初始生物量密度下的腐解过程,并探究该过程中磷营养物质迁移、转化规律.结果发现,3种植物腐解速率在第2 d上升至最大值(分别为1.075、1.455、1.16 g·d~(-1))后出现下降-上升-下降的变化规律,并且在整个腐解周期内种间差异性显著(p0.01),造成整个腐解周期内狐尾藻、菱角、荷花3种植物平均磷释放速率分别为0.456、0.670、0.537 mg·g~(-1),且以无机磷酸盐为主;水中释放的磷在底泥吸附及其自身沉降等作用下,明显向底泥迁移转化,水中磷含量下降,最终在试验结束时恢复至初始水平(0.5 mg·L~(-1));该研究可为湖泊水生植被系统的修复或重建提供科学参考.     

不同氨氮浓度对4株常见藻株生长及酶活性的影响

高氨氮问题是影响微藻处理养猪沼液的难点.本文以筛选获得的衣藻、葡萄藻、紫球藻和栅藻为研究对象,液体培养下模拟现实沼液废水,分别于培养基中设置50、500和2 000 mg·L~(-1)的氨氮浓度,探究不同氨氮浓度对微藻生长及藻细胞酶活性的影响.结果表明,不同氨氮浓度下,衣藻和栅藻的生长受到不同程度的抑制,生物量和生物产率均低于正常培养基;50 mg·L~(-1)氨氮下紫球藻的生物量和生物产率分别为1. 78 g·L~(-1)和0. 16 g·(L·d)~(-1),高于KOCK培养基; 500 mg·L~(-1)氨氮中葡萄藻的生物量和生物产率分别为1. 95 g·L~(-1)和0. 18 g·(L·d)~(-1),高于BG11培养基.各藻种的SOD、POD和CAT均表现为随着氨氮浓度的升高,活性最终呈下降的趋势,丙二醛(MDA)亦然.本研究期望为微藻处理高浓度氨氮沼液提供理论基础.     

海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水的基质抑制及其动力学特性

采用ASBR反应器通过改变单一基质浓度分别研究了NH_4~+-N和NO_2~--N对海洋厌氧氨氧化菌脱氮效能的影响及其动力学特性.结果表明,保持进水NO_2~--N为105.6 mg·L~(-1),当进水NH_4~+-N浓度提高至1 200 mg·L~(-1)时,海洋厌氧氨氧化反应器仍保持较好的脱氮能力,未受到明显的抑制作用,NO_2~--N的去除率稳定在80.70%左右;当进水NO_2~--N浓度提高至265.6mg·L~(-1)时,反应器开始受到明显的抑制作用,NH_4~+-N的去除率下降至63.01%左右,随着进水NO_2~--N浓度继续提高至305.6mg·L~(-1)时,NH_4~+-N的去除率进一步下降至43.93%左右.利用Haldane模型和Aiba模型拟合NH_4~+-N和NO_2~--N抑制作用的动力学特性,得到了NRRmax、KS、Ki这3个动力学参数及出水基质浓度与总氮容积负荷(TNRR)之间的关系,根据进一步分析可知,Haldane模型更适合描述NH_4~+-N抑制作用下的动力学特性,Aiba模型更适合描述NO_2~--N抑制作用下的动力学特性,并得到NH_4~+-N和NO_2~--N的出水抑制浓度分别为3 893.625 mg·L~(-1)和287.208 mg·L~(-1),为海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水提供了理论依据.     

地下水中石英砂滤层去除氨氮的动力学方程和基于反应活化能的分析

在中试条件下考察了成熟石英砂表面滤膜去除地下水中氨氮(NH_4~+-N)的效果,并通过改变不同的进水NH_4~+-N浓度(1.6、2.1、2.5mg·L~(-1))拟合NH_4~+-N反应动力学方程.结果表明,NH_4~+-N在滤层中的去除符合一级动力学方程;当进水流速为5 m·h~(-1)时,滤层厚度为130 cm的成熟石英砂滤层最大NH_4~+-N去除浓度为2.51 mg·L~(-1).同时,通过改变不同的进水温度(10.8、10.9、12.4、14.0℃)测试了NH_4~+-N反应活化能,结果表明,NH_4~+-N在成熟石英砂滤层中氧化所需的活化能为96.8 k J·mol~(-1).     

厌氧铁氨氧化处理模拟垃圾渗滤液的影响因素研究

厌氧条件下,微生物将NH~+_4-N氧化和Fe~(3+)还原的反应称为厌氧铁氨氧化(Feammox).试验以处理垃圾渗滤液的厌氧氨氧化污泥(ANAMMOX)为接种污泥驯化Feammox污泥,研究了不同NH~+_4-N及Fe~(3+)浓度对Feammox系统的影响,并采用扫描电镜(SEM)分析了Feammox系统不同运行阶段的污泥形态特征.结果表明:在厌氧序批式反应器中,在常温条件下控制进水NH~+_4-N浓度为50 mg·L~(-1)、pH在7.4～7.6之间,经过88 d厌氧富集培养后NH~+_4-N最大转化率达到52.73%,最大转化量为28.37 mg·L~(-1),出水Fe~(2+)浓度随着运行时间的增加逐渐增加,最高浓度为2.87 mg·L~(-1).高浓度NH~+_4-N(400 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(500 mg·L~(-1))条件下,氨氮转化量分别达到了40.69 mg·L~(-1)和29.23 mg·L~(-1),说明高进水基质条件下仍然有Feammox反应发生.低浓度NH~+_4-N(100 mg·L~(-1))和Fe~(3+)(50 mg·L~(-1))条件下,NH~+_4-N转化量与Fe~(2+)生成量的线性关系较强,R~2分别为0.86544和0.86034.通过SEM分析可得,Feammox污泥表面附着有不规则矿物,这些矿物沉积在微生物细胞表面阻碍传质,从而降低微生物代谢效率.     

微藻固定化条件优化及其污水氨氮去除潜力分析

微藻污水处理被视为新概念引领下极具潜力的一项绿色技术,然而,微藻分离与采收一直是限制其大规模应用的瓶颈.本研究立足于固定化技术,以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为研究对象,采用响应曲面法(RSM)耦合Box-Behnken设计,以固定剂浓度、交联剂浓度和交联时间为自变量,以藻球的机械强度、传质速率和生长速率为响应值,对固定化的过程参数进行优化,制备性能最优的固定化藻球;并探索和分析藻球对氨氮(NH4+-N)去除的最佳条件及其潜力.结果表明,固定剂浓度、交联剂浓度和交联时间分别为5%、2%和16 h为制备固定化藻球的最优条件,且包埋密度为1×106cells·m L~(-1),有机物(COD)浓度为300 mg·L~(-1)时,藻球混合培养去除NH4+-N的能力最强;此外,固定藻对高浓度NH4+-N的去除潜力显著优于自由藻,当初始浓度约为50和70 mg·L~(-1)时,固定藻混合培养5 d后NH4+-N去除率分别为(96. 6±0. 1)%和(65. 2±4. 5)%,而初始浓度约为30 mg·L~(-1)时,自由藻优势明显,3 d后NH4+-N去除率高达(97. 8±0. 6)%;但异养条件下固定藻对NH4+-N的去除率整体偏低且随浓度增加而降低,当初始浓度约为30 mg·L~(-1)时,去除率仅为(49. 0±3. 1)%.本研究为污水可持续处理提供了新思路,为资源回收提供了新途径,更为该技术推广应用奠定了较好的理论基础.     

白洋淀典型区域清淤前后沉积物的氮磷扩散通量研究

清淤是治理湖泊内源污染、控制水体富营养化的一项重要措施.本文对白洋淀示范工程区清淤前后沉积物的上覆水与间隙水中氮磷的含量与扩散通量进行了研究,评估清淤示范工程对白洋淀内源氮磷污染负荷的控制效果.结果表明：清淤前,南刘庄和采蒲台示范区沉积物的表层间隙水中氨氮（NH₄⁺-N）浓度分别为0.31~8.93、0.25~5.64 mg·L^-1,磷酸盐（PO₄^3-）浓度分别为0.03~1.61、0.01~0.07 mg·L^-1,由于表层间隙水中NH₄⁺-N、PO₄^3-浓度较高,导致沉积物-水界面氮磷的扩散通量较高.南刘庄和采蒲台示范区沉积物-水界面NH₄⁺-N平均扩散通量分别为3.17、2.72 mg·m^-2·d^-1,PO₄^3-平均扩散通量分别为0.071、0.018 mg·m^-2·d^-1,表明NH₄⁺-N与PO₄^3-的潜在内源释放风险很高.清淤后,示范区表层间隙水中NH₄⁺-N与PO₄^3-浓度有明显的下降趋势,南刘庄和采蒲台示范区沉积物表层间隙水中NH₄⁺-N浓度分别为0.19~5.50、0.43~4.33 mg·L^-1,PO₄^3-浓度分别为0~0.07、0~0.03 mg·L^-1.南刘庄和采蒲台示范区沉积物-水界面NH₄⁺-N平均扩散通量分别为0.752、0.747 mg·m^-2·d^-1,PO₄^3-平均扩散通量分别为0.011、0.003 mg·m^-2·d^-1,可见清淤后NH₄⁺-N与PO₄^3-的潜在释放风险显著降低.由此充分说明,清淤工程有效地控制了白洋淀沉积物的内源氮磷污染负荷.     

东江干流水体氮的时空变化特征及来源分析

为了防治东江氮污染并进行针对性水体治理,于2013年7月(丰水期)和2014年1月(枯水期)全面调查了东江干流水体氮的时空变化特征,并利用附生藻的稳定性氮同位素示踪技术对东江水体氮进行了溯源研究.结果表明,TN、NO-3-N、NH+4-N在丰水期的平均浓度分别为2.70、1.63、0.21 mg·L-1,高于枯水期(TN,2.04 mg·L-1;NO-3-N,1.49 mg·L-1;NH+4-N,0.31 mg·L-1);东江水体氮含量较高,且主要以NO-3-N形态存在.各形态氮浓度自上游至下游的变化趋势表现为,TN和NO-3-N先递减再升高,NH+4-N则逐渐递增.稳定性氮同位素示踪表明,面源输入的人畜粪便、养殖废水及农业化肥等是上游区域氮的主要来源,贡献率约占91%;而在下游区域,城市污水的贡献率逐渐增大,并成为氮的主要来源,贡献率达到54%.     

太湖内源营养盐负荷状况及其对上覆水水质的影响

以太湖沉积物-上覆水界面为研究对象,于2013年夏季采集46个样点的沉积物柱状样,分析表层沉积物孔隙水中营养盐(正磷酸盐、氨氮、硝氮)的浓度空间分布,估算表层沉积物中磷、氮的扩散通量,明确营养盐在沉积物-水界面的分布规律,以探明内源营养盐负荷对太湖上覆水的污染贡献,并为沉积物-水界面氮磷的转移过程理论补充证据.结果表明:太湖西北部区域的表层沉积物孔隙水中正磷酸盐和硝氮浓度较高,分别达到1.11 mg·L~(-1)和1.25 mg·L~(-1)以上;大部分湖区的氨氮浓度超过2 mg·L~(-1).全湖区范围内,从表层沉积物的上覆水到孔隙水,氨氮含量呈现升高趋势而硝氮含量呈现降低趋势.北部3个湖湾区的沉积物营养盐扩散通量最高,正磷酸盐为2.69~4.60 mg·m~(-2)·d~~(-1),氨氮为17.8~45.7 mg·m-2·d~(-1),而湖岸河口区是沉积物硝氮内源释放显著的区域.沉积物向上覆水释放正磷酸盐和氨氮的年内源污染负荷分别为64.6 t·a~(-1)和1756 t·a~(-1);而上覆水向沉积物汇入硝氮的年负荷为1102 t·a~(-1).氨氮的内源污染负荷与外源污染负荷之比高达18.7%,氨氮、总磷和总氮内源污染为上覆水贡献的浓度分别为0.361、0.013和0.134 mg·L~(-1),表明自由扩散带来的内源负荷会使太湖水中营养盐污染恶化,需引起重视.     

温榆河水环境质量与浮游植物群落结构的时空变化及其相互关系

温榆河是北京市重要的生态廊道.本研究基于历史文献资料和现场调查,比较分析了2006、2011和2018年温榆河水环境质量与浮游植物群落结构的时空变化,探讨了浮游植物群落变化与水温T、溶解氧DO、pH和营养盐之间的相互关系.结果表明,温榆河水环境质量总体好转,经历了重度污染→污染遏制→水质改善过程,水污染物已从NH_4~+-N为主转向TN为主.NH_4~+-N、TN的平均浓度和平均超标倍数从2011年的15. 52～19. 16 mg·L~(-1)、9. 34～8. 58倍和20. 21～19. 58 mg·L~(-1)、12. 47～8. 79倍降低到2018年的1. 93～2. 66 mg·L~(-1)、0. 29～0. 33倍和5. 66～6. 79 mg·L~(-1)、2. 77～2. 39倍,并且温榆河和支流清河的DO和NH_4~+-N浓度已基本达到水功能区划目标.与水质改善过程相对应,浮游植物群落的物种种类大幅增加,经历了绿藻门(Chlorophyta)→蓝藻门(Cyanophyta)→硅藻门(Bacillariophyta)物种为主的变化过程,Shannon-Wiener多样性指数(H')、均匀度Pielou指数(J)有所改善,但依然存在高耐污绝对优势物种小环藻(Cyclotella)和直链藻(Melosira)等,且2018年温榆河依旧处于中富营养化状态.统计分析结果表明,DO、pH、NH_4~+-N、TN和TP是影响温榆河流域浮游植物多样性和蓝藻、硅藻及其他藻类密度的主要因素.     

低温期浅水湖泊氮的分布及无机氮扩散通量:以白洋淀为例

本文以我国华北地区最大的浅水湖泊白洋淀为研究对象,探究其低温期沉积物-水界面无机氮的分布特征,分析沉积物孔隙水中无机氮扩散通量对上覆水水质的影响.结果表明,低温期白洋淀表层水总氮（TN）平均浓度范围为4.83~8.23 mg·L^-1,氨氮（NH₄⁺-N）平均浓度维持在0.21~0.34 mg·L^-1之间,硝氮（NO₃^--N）平均浓度在0.01~2.75 mg·L^-1之间.TN污染较严重,超过地表水Ⅴ类水质标准.表层沉积物TN平均含量在681~4365 mg·kg^-1之间,其中有机氮（TON）为氮素的主要存在形式,占总氮比例61.6%~93.1%.NH₄⁺-N为无机氮（TIN）的主要存在形式,平均含量范围为28.9~116.3 mg·kg^-1,NO₃^--N含量整体较低,平均值范围为5.2~23.7mg·kg^-1.低温期白洋淀0~30 cm沉积物孔隙水中NH₄⁺-N浓度是上覆水中的3~16倍,呈现逐渐累积趋势.沉积物-水界面NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N扩散通量范围分别为-0.55~4.09、-1.44~3.67和-0.88~0.04 mg·（m²·d）^-1,冬季低温期仍具有潜在释放风险.低温期沉积物中积累大量的NH₄⁺-N,可能会在温度升高后影响白洋淀上覆水体水质.因此研究低温期白洋淀沉积物-水界面氮的分布特征和沉积物中无机氮的内源释放风险对于改善白洋淀水质和认识浅水湖泊内源氮污染具有重要意义.