巢湖水华暴发期水-沉积物界面溶解性氮形态的变化

2008年4~10月,连续对巢湖8个样点进行采样,分析了上覆水和表层沉积物间隙水中溶解性氮形态在水华暴发过程中的变化,估算了水-沉积物界面无机氮的扩散通量.结果表明,上覆水中NH4+-N含量随水华暴发强度的增加而减小,溶解性总氮(DTN)含量在水华暴发后明显升高,而NO3--N含量只在水华暴发严重时才明显减少.在大规模水华暴发前(4~5月)上覆水中DTN的主要组成部分是NO3--N和NH4+-N,在水华暴发后则是溶解性有机氮(DON).间隙水中PDTN以NH4+-N为主,其浓度随温度的增加而升高; DON在水华暴发过程中呈先下降后上升的趋势.通量计算结果表明,沉积物作为NH4+-N的“源”一直由间隙水向上覆水释放,西半湖扩散通量在13.06~32.94mg/(m2·d)之间,东半湖扩散通量在4.54~17.41mg/(m2·d)之间.沉积物-水界面交换是湖泊营养盐重要的补充途径,为水华持续暴发提供营养来源.     

太湖北部三个湖区各形态氮的空间分布特征

通过对太湖北部竺山湾、梅梁湾和贡湖上覆水、间隙水和表层沉积物中各形态氮含量的分析,探讨了其中各形态氮的空间分布特征,计算了沉积物-水界面氨氮(NH4+-N)的扩散通量,并对上覆水、间隙水和沉积物中各形态氮进行了相关性分析.结果表明,空间上,上覆水、间隙水和沉积物中,NH4+-N的平均浓度为竺山湾>梅梁湾>贡湖的分布趋势;NO3--N在上覆水和沉积物中为贡湖>梅梁湾>竺山湾的分布趋势,但间隙水中梅梁湾>贡湖>竺山湾;TN在上覆水、间隙水和沉积物中的分布与NH4+-N相似.NH4+-N在竺山湾、梅梁湾和贡湖的平均扩散通量分别为1009.27μmol/(m2×d)、49.35μmol/(m2×d)和3.14μmol/(m2×d).相关性分析表明:上覆水、间隙水、表层沉积物之间NH4+-N存在相关性.     

滏阳河表层沉积物氮分布特征和界面无机氮扩散通量估算

为了揭示非常规水源补给河流沉积物-水界面氮交换过程及其特点,为非常规水源补给河流富营养化机制提供基础数据.选择典型非常规水源补给河流(滏阳河)为研究对象,分析河流沉积物中氮素空间分布及上覆水-孔隙水氮营养盐垂直分布特征,并估算滏阳河不同区段沉积物-水界面无机氮扩散通量.结果表明,滏阳河整体表层沉积物总氮含量范围在770~10590 mg·kg~(-1)之间,其中有机态氮为氮素的主要存在形式,占总氮比例达84.9%~99.3%.NH3-N为无机氮的主要形态,含量范围为3.23~1135.00 mg·kg~(-1).溶氧量作为影响沉积物-水界面无机氮分布的主要因素.邯郸段硝氮浓度在孔隙水中随深度逐渐升高,孔隙水平均硝态氮浓度达3.54 mg·L~(-1),为上覆水8倍之多.邢台、衡水、沧州段硝氮浓度随深度而逐渐降低;滏阳河下游衡水段和沧州段进入沉积物-水界面后氨氮浓度呈下降趋势.滏阳河上游邯郸段与邢台段沉积物-水界面NH3-N由沉积物向上覆水扩散,扩散通量为48.9~1471.0μmol·m~(-2)·d-1.下游河段部分点位NH3-N表现为上覆水向沉积物中扩散,扩散通量在-932~-456μmol·m~(-2)·d-1之间.非常规水源补给河流在氮营养盐外源得到控制后,仍存在内源释放风险,将会加大河流治理与修复的难度.     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.     

南四湖湿地沉积物及孔隙水基本特性研究

利用平衡式孔隙水采样技术Pore Water Equilibrators(Peeper)来获得沉积物的孔隙水剖面,研究了南四湖湿地芦苇、香蒲沉积物的理化性质对孔隙水营养盐的垂向分布特征及其扩散通量的影响.结果表明,通过种植芦苇和香蒲,沉积含水量、孔隙度及交换态的氨氮、硝态氮含量均较无植物的对照区有明显提高.在2～5cm亚表层,芦苇区和香蒲区孔隙度分别提高了57.5%和34.6%.在沉积物-水界面附近,孔隙水中氨氮和可溶性磷酸盐浓度随剖面深度的增加呈指数关系增长,在沉积物6～8cm左右达到最大值.运用Fick第一定律对孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现芦苇较香蒲更能有效地抑制孔隙水中氨氮的再次释放,从对照区的最高值3.57～4.48mg/(m2.d)降低0.90～1.24mg/(m2.d);磷酸根扩散通量3个区域的数值相差不大,在0.02～0.04mg/(m2.d)间波动;硝态氮3个区域均表现为上覆水向间隙水中扩散.相关分析结果表明,沉积物中交换态营养盐含量与孔隙水中含量呈显著正相关关系,因此控制营养盐的可交换态含量可能是防止湿地沉积物营养盐二次污染的有效途径之一.     

春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性

为研究春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性,于2016年4月采集香溪河库湾上覆水和沉积物样品,分析香溪河库湾沉积物-水系统不同氮形态营养盐浓度的分布特征,计算沉积物-水界面不同氮形态的扩散通量并与环境因子进行相关性分析.结果表明,香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TN)的变化范围分别为1.10~6.90 mg·L-1和6.19~32.57 mg·L-1;上覆水和沉积物间隙水中氮质量浓度在沿程和垂向上有一定的变化规律:各采样点上覆水中氮质量浓度在沿程和垂向上没有明显的变化趋势,上游区域的沉积物间隙水中氮质量浓度明显大于下游区域,沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)明显大于上覆水,沉积物间隙水ρ(NO-3-N)略小于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为NH_4~+-N的"源",NO-3-N的"汇";NH_4~+-N的扩散通量范围为2.70~4.72 mg·(m2·d)-1;NO-3-N的释放通量范围为-1.61~-0.62 mg·(m2·d)-1;香溪河库湾沉积物氮主要以铵态氮的形态存在:沉积物中ρ(NH_4~+-N)范围为69.97~1 185.97 mg·kg-1,ρ(NO-3-N)范围为2.78~38.17mg·kg-1,沉积物ρ(NH_4~+-N)与沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)在表层0~8 cm的变化趋势一致.     

滇池福保湾底泥内源氮磷营养盐释放通量估算

在滇池福保湾采集柱状芯样,室内静态模拟沉积物NH4 -N和P3-4-P的释放.结果表明,底泥NH4 -N和PO3-4-P的释放速率分别为22.941～163.117 mg·(m2·d)-1和0.90～2.06 mg·(m2·d)-1,不同区域释放速率差异极大.相对较低的释放速率与湖湾接纳高浓度污水使上覆水与沉积物孔隙水间浓度势减弱有关.通过Peeper(原位渗析膜采样器)法获取间隙水-上覆水剖面样品分析,并根据Fick扩散定律计算出福保湾底泥NH4 -N和pO3--P的释放速率分别为2.85～81.96 mg·(m2·d)-1和0.118～0.265 mg·(m2·d)-1.比较2种方法,利用Fick定律计算出的界面氮磷释放通量明显小于柱样模拟方法.经面积加权,按静态释放计算出福保湾底泥NH4 -N和PO3-4-P的年释放通量分别为(49.9±8.8)t和(0.79±0.53)t.     

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.     

橡胶坝对沂河蓄水段底泥氮磷释放风险的影响

为探讨小埠东橡胶坝建设对沂河临沂城区蓄水段(沂蒙湖)沉积物内源氮磷释放风险的影响,2013年7月利用柱状沉积物采样器分别在祊河主河道、祊河与沂河交汇处和小埠东橡胶坝前50 m获取原位柱状沉积物,通过原柱样静态释放实验及间隙水分子扩散模型对其内源氮磷释放规律进行了研究。结果表明:蓄水段不同采样点氮磷界面交换速率差异较大,静态释放实验沉积物3个点位NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为(6.14±0.58)、(3.13±0.92)、(6.62±1.48)mg/(m2·d)和(1.51±1.45)、(1.27±1.02)、(4.04±0.54)mg/(m2·d),分子扩散模型计算出3个点位NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为2.241、2.681、6.382 mg/(m2·d)和0.042、0.046、0.247 mg/(m2·d)。虽然静态释放实验获得的NH4+-N和PO43--P释放速率在数值上明显大于间隙水分子扩散模型计算出的结果,但2种方法均一致表明,小埠东橡胶坝前点位NH4+-N和PO43--P的释放速率最高,具有最大内源氮磷释放风险,这与小埠东橡胶坝的建成促进了坝前沉积物中氮磷营养盐的富集有关,建坝后水动力条件的改变是其富集的主要原因。     

滇池沉积物间隙水中氮、磷形态及相关性的研究

对滇池40个样点沉积物间隙水中的氮、磷形态与浓度分析研究结果表明，滇池沉积物间隙水中磷的区域分布特征与其在水体中的分布特征相似，滇池南部间隙水中无机磷浓度较高，有机磷的浓度极低，而北部有机磷浓度较高；间隙水中氨氮（NH4^＋ -N），浓度高出硝酸盐氮（NO3^- -N）浓度约2个数量级，间隙水中氮向上覆水的扩散主要以氨氮为主．滇池沉积物间隙水中氮、磷浓度远高于水体中氮磷浓度，有较强的释放趋势．进一步研究间隙水中氮、磷的关系则表明，沉积物间隙水中总磷和总氮未见明显相关性，但间隙水中总磷、有机磷均与硝酸盐态氮呈负相关．     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮性能研究

采用上流式生物膜反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了印制电路板行业蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮可行性.结果表明,蚀刻液废水作为NH4+-N源时,其所携带的物质对厌氧氨氧化污泥活性具有毒性作用.当蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度150mg/L进入反应器14d后,厌氧氨氧化氮去除速率从3.2kg/(m3·d)下降到1.2kg/(m3·d).但是通过驯化培养可以很好地缓解蚀刻液对厌氧氨氧化污泥的毒性影响.经过110d的驯化,蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度300mg/L进入反应器后并未出现明显的抑制现象.厌氧氨氧化氮去除速率从1.6kg/(m3·d)上升到6.0kg/(m3·d).说明通过驯化培养后,厌氧氨氧化工艺能够很好的运用到PCB行业高NH4+-N废水的处理.     

滇池水生植物分布对沉积物间隙水中不同形态氮的影响

为揭示水生植物分布对滇池沉积物间隙水中各形态氮质量浓度的影响,于2015年6月在滇池分别采集有植物区域和无植物区域的沉积物柱状样,检测间隙水及上覆水中DTN(溶解性总氮)、NH₄+-N、NO₃--N和DON(溶解性有机氮)的质量浓度,分析其垂向变化特征以及水生植物对间隙水中各形态氮的释放控制效果. 结果表明:①水生植物改变了柱状沉积物间隙水中不同形态氮的分布规律,并且这种改变随湖区不同而表现不尽一致;②水生植物显著降低了沉积物间隙水中DON的贡献率,有植物分布区域ρ(DON)对ρ(DTN)的平均贡献率为41.05%,无植物区域可达58.48%;③水生植物显著抑制了沉积物中无机氮的释放,促进了DON的转化,同一采样点有植物区域NH₄+-N和NO₃--N的沉积物-水界面扩散通量分别比无植物区域平均降低了87.52%和91.99%;④水生植物生长显著削减了沉积物间隙水中氮的质量浓度,其中ρ(DON)的削减率达到了53.27%~80.42%. 研究显示,水生植物根系作为微生物和多种活性酶的主要载体,为沉积物有机氮的矿化降解起到了促进作用.      

苯酚对厌氧氨氧化工艺耦合反硝化的启动及脱氮性能的影响

研究了ANAMMOX耦合异养反硝化反应器的启动过程,考察了苯酚浓度对耦合反应器脱氮性能的影响.接种2L(占反应器有效容积的20%)挥发性悬浮固体(MLVSS)为6000mg/L的ANAMMOX颗粒污泥,在pH7.8、温度为25℃、HRT为1.5h的条件下经过86d的培养,ANAMMOX耦合异养反硝化启动成功.实验结果表明,在稳定运行阶段,NH4+-N、NO2--N和TN平均去除率分别为85.4%、86.1%和79.9%,TN平均容积负荷和TN平均去除负荷分别为2.63,2.10kg/(m3·d);ANAMMOX颗粒污泥外面包裹着苯酚反硝化菌;系统内异养反硝化与ANAMMOX存在协同和竞争关系.当苯酚浓度≥0.3mmol/L时,ANAMMOX菌的活性受到很大抑制,苯酚浓度的升高加剧了苯酚反硝化菌与ANAMMOX菌之间的竞争;从脱氮效果及系统稳定两方面综合考虑,当苯酚浓度为0.2mmol/L时,耦合效果最好,消耗的NH4+-N、NO2--N与生成的NO3--N之比为1:1.52:0.11.     

Organic matter and concentrated nitrogen removal by shortcut nitrification and denitrification from mature municipal landfill leachate

An UASB＋Anoxic/Oxic （A/O） system was introduced to treat a mature landfill leachate with low carbon-to-nitrogen ratio and high ammonia concentration. To make the best use of the biodegradable COD in the leaehate, the denitrifieation of NOx^--N in the reeireulation effluent from the elarifier was carried out in the UASB. The results showed that most biodegradable organic matters were removed by the denitrifieation in the UASB. The NH4^＋-N loading rate （ALR） of A/O reactor and operational temperature was 0.28- 0.60 kg NH4^＋-N/（m^3-d） and 17-29℃ during experimental period, respectively. The short-cut nitrification with nitrite accumulation efficiency of 90%-99% was stabilized during the whole experiment. The NH4^＋-N removal efficiency varied between 90% and 100%. When ALR was less than 0.45 kg NH4^＋-N/（m^3.d）, the NH4^＋-N removal efficiency was more than 98%. With the influent NH4^＋-N of 1200-1800 mg/L, the effluent NH4^＋-N was less than 15 mg/L. The shortcut nitrification and denitrifieation can save 40% carbon source, with a highly efficient denitrifieation taking place in the UASB. When the ratio of the feed COD to feed NH4^＋-N was only 2-3, the total inorganic nitrogen （TIN） removal efficiency attained 67%-80%. Besides, the sludge samples from A/O reactor were analyzed using FISH. The FISH analysis revealed that ammonia oxidation bacteria （AOB） accounted for 4% of the total eubaeterial population, whereas nitrite oxidation bacteria （NOB） accounted only for 0.2% of the total eubaeterial population.     

生物膜反应器厌氧氨氧化脱氮效能研究

利用厌氧氨氧化生物膜反应器,分别研究提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)对提高反应器总氮容积去除负荷的影响。实验之前总氮容积去除负荷达到2.11kgN(/m·3d),总氮去除率为87.9%。以提高基质浓度的方式经过50d的培养,总氮容积去除负荷稳定在4.0kgN(/m·3d),进水总氮浓度从300mg/L逐渐提高到700mg/L,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到70mg/L和100mg/L;以缩短HRT的方式经过55d的培养,总氮容积去除负荷达到7.0kgN(/m·3d),HRT由3h缩短至0.67h,NH4+-N、NO2--N出水浓度分别达到40mg/L和60mg/L。实验结果表明随着进水基质浓度的增加水中游离氨和亚硝酸的浓度随之增加,从而抑制厌氧氨氧化菌活性,不利于反应器脱氮效能的提高。在相同总氮容积负荷下缩短HRT有利于厌氧氨氧化细菌的富集,但过短的HRT容易导致微生物流失。     

白塔堡河上覆水与沉积物间隙水N、P分布特征

为研究河流沉积物与间隙水间营养盐的迁移规律,采集白塔堡河干流平水期上覆水和沉积物间隙水样品,分析N、P分布特征,计算沉积物-水界面N、P扩散通量,并对上覆水与间隙水中营养盐含量进行回归分析. 结果表明:上覆水和间隙水中ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均为农村带河段最低,城镇带和城市带河段较高. N、P的主要来源,农村带河段为农村灰水和面源污染,城镇带河段为生活污水和工业园排水,城市带河段为城市生活污水和工业废水. 间隙水中各营养盐质量浓度基本上都高于上覆水,空间分布趋势相似. NH₃-N、NO₂--N、NO₃--N和PO₄3--P在沉积物-水界面的平均扩散通量分别为0.429、0.134、0.080和0.143μmol/(m2·d),表明沉积物是上覆水重要的N、P源. 表层沉积物间隙水与上覆水中的ρ(NH₃-N)(R2=0.874,P=0.0002)和ρ(PO₄3--P)(R2=0.704,P=0.0005)均呈极显著相关,ρ(NO₂--N)呈显著相关(R2=0.501,P=0.0020),ρ(NO₃--N)的相关性(R2=0.353,P=0.0150)不显著,说明白塔堡河沉积物间隙水中的N主要以NH₃-N形态向上覆水中扩散;而间隙水中的P主要以PO₄3--P形态向上覆水中扩散.