土壤碳酸氢钠提取态无机磷酸盐中氧同位素分析

土壤中碳酸氢钠提取的无机磷(Olsen-P)是可被植物吸收利用的有效磷.利用磷酸盐中~(18)O和~(16)O组成(δ~(18)O-P)开展土壤磷来源示踪和磷循环转化,具有重要意义.选择0.5 mol·L~(-1)Na HCO_3(pH 8.5)溶液并加入无磷活性炭提取土壤磷,通过Mg(OH)_2-PO_4共沉淀、磷酸铈沉淀等过程分离纯化其中磷酸盐,获得磷酸银沉淀,利用元素分析仪-稳定性同位素比例质谱仪测定氧同位素组成δ~(18)O-P值.结果表明:分离纯化沉淀3个关键过程中磷酸盐的回收率均能达到93%以上,损失较少,未出现氧同位素分馏.X射线衍射仪和氧含量测定表明,实验获取的磷酸银样品纯度较高.加入无磷活性炭可有效去除有机质对δ~(18)O-P测定影响.供试黑土和潮土中碳酸氢钠提取态土壤无机磷酸盐δ~(18)O-P值分别为17.64‰±1.03‰和18.20‰±0.83‰,差异不明显.本文建立土壤碳酸氢钠提取态无机磷酸盐中氧同位素分析测定方法,为农田土壤中磷的循环转化及其溯源研究提供技术支撑.     

基于SWAT模型的流域河道硝酸盐δ15N和δ18O模拟

为提升流域地表水硝酸盐溯源方法的可靠性,于2013~2015年在釜溪河流域,对流域水文和水质过程进行了连续监测,同步测定了流域内主要污染源和干支流河道硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O.基于SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟了陆面水文和河道水文过程中的氨氮(NH_4~+)和硝酸盐(NO_3~-)迁移转化过程,在此基础上,耦合河道中硝酸盐~(15)N和~(18)O掺混、转化和分馏机制,发展了流域河道硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O模拟方法.结果表明,河道中硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O主要受流域内污染源以及不同水文期径流条件变化的影响,不同污染源同位素掺混过程对于同位素丰度变化的贡献率为82.74%,氮素转化过程中同位素分馏的贡献率为16.26%,SWAT模拟NH_4~+和NO_3~-浓度偏差对δ~(15)N和δ~(18)O模拟误差的影响为10.44%.由于降雨中硝酸盐δ~(18)O的变化范围显著地超过δ~(15)N的变化范围,以及河道硝酸盐18O来源复杂性,δ~(18)O模拟误差平均较δ~(15)N偏大18.72%.所提出的方法模拟河道硝酸盐的δ~(15)N和δ~(18)O结果的系统误差和偏差小于10%和15%.所提出的流域河道硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O模拟方法具有明确的物理意义,为河道氮素正向溯源提供了方法支撑.     

湖泊沉积物孔隙水磷酸盐含量原位监测技术研究进展

传统的沉积物孔隙水磷酸盐含量测定方法通常是采用离心法获取沉积物柱芯孔隙水,然后再进行磷酸盐含量测定。这种常规测定方法不仅破坏了沉积物的原本物理化学结构,而且分样间距多为厘米级,无法满足沉积物-水界面磷酸盐的高分辨率分布特征研究和释放通量的高精度估算要求。为克服传统监测技术破坏系统原始状态和分辨率低的弊端,近年来沉积物孔隙水磷酸盐原位监测技术迅猛发展,较为成熟的有透析装置技术(Dialysis peepers)、薄膜扩散平衡技术(Diffusive equilibrium in thin-films technique,DET)和薄膜扩散梯度技术(Diffusive gradients in thin-films technique,DGT)等。本文综述了透析装置技术、薄膜扩散平衡技术和薄膜扩散梯度技术的基本原理和应用实例,对比分析了他们各自的优缺点和发展应用前景。DGT作为一种新型、廉价的原位被动采样技术,具有原位和高分辨率监测的优点,被广泛应用于水体、沉积物和土壤等研究,在获取沉积物孔隙水磷酸盐含量及时空分布特征等方面优势突出。如何延长DGT胶体的使用寿命、提高监测的空间分辨率和实现多元素同步监测是其主要发展方向。大量研究表明,沉积物内源磷释放与沉积物中Fe-S的耦合循环存在密切联系,深入了解湖泊沉积物P-Fe-S的耦合生物地球化学循环过程是揭示湖泊内源磷释放机制的一把钥匙。快速发展的薄膜扩散梯度(DGT)技术及其与DET技术联用无疑为P-Fe-S耦合循环研究提供了有效手段,亟待在不同类型湖泊中应用和完善,为深刻揭示P-Fe-S耦合循环过程与机制提供独特信息。     

“可再生”聚羧酸盐凝胶-碱复合净水材料的原位合成及应用

为高效、经济及绿色地净化含铜废水,基于新的原位合成方法,制备新型聚羧酸盐凝胶-碱复合净水材料,用于对含铜废水的高效“可再生”净化. 以一种活性杂环型阳离子单体(N,N-二烯丙基-3-羟基杂氮环丁烷氯化铵,DHAC)和丙烯酸(AA)为基本原料,通过“预聚+交联”的新型反应过程,构建开环交联型聚羧酸盐凝胶骨架(ROPCG),并产生原位包覆效应,实现对溶液体系中NaOH的100%包覆,获得高效的ROPCG-NaOH复合净水材料. 结果表明:①基于“吸附+沉淀”协同的双重作用机制,ROPCG-NaOH材料实现了对含铜废水的高效净化,每g ROPCG-NaOH复合净水材料可去除384.62 mg的铜离子,同等净水能力优于大部分同类产品. ②ROPCG-NaOH复合净水材料仅通过简单的“预聚+交联”反应过程即可获得,且主要的生产原料为商业易得的常规原料,具有简单易得、绿色环保的特性,综合考虑ROPCG-NaOH复合净水材料具有明显的应用优势. ③ROPCG-NaOH材料废渣可再生为有用的ROPCG凝胶吸附剂,再生ROPCG凝胶吸附剂的铜吸附容量为276.24 mg/g,与单纯ROPCG凝胶吸附剂的铜吸附容量(286.53 mg/g)接近,重复再生率为96.55%. 研究显示,ROPCG-NaOH复合净水材料能高效、经济、绿色及“可再生性”地处理水中铜离子,应用前景良好.      

好氧段碳源浓度对同步去除和富集磷酸盐生物膜的影响

利用聚磷菌以循环交替O/A模式运行,对生活污水处理厂的主流工艺中实现磷酸盐的同步去除和富集,探究了好氧段碳源浓度对聚磷生物膜去除和富集磷酸盐性能以及生物膜中微生物种群结构的影响.结果表明,好氧COD质量浓度从200 mg·L~(-1)降低到0 mg·L~(-1),吸磷速率提升1. 29倍,出水磷质量浓度稳定在0. 5 mg·L~(-1)以下;释磷速率提升3. 56倍,富集液磷酸盐质量浓度从27. 125 mg·L~(-1)升高到55. 91 mg·L~(-1).微生物群落变化中,鉴定为聚磷菌的变形菌门(Proteobacteria)的含量增加约2倍,红环菌科(Rhodocyclaceae)和厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)的富集效果分别提高了2. 28和5倍.降低好氧段碳源浓度,有利于聚磷菌的筛选和富集,强化了好氧段磷酸盐的去除以及厌氧段磷酸盐的释放,获得了更高的磷酸盐富集液,并且为以资源回收为目的的未来城市污水处理厂提供降低好氧段碳源需求的理论基础.     

低碳源条件下BSBR工艺磷酸盐强化吸收影响因素分析

相较于传统强化生物除磷工艺通过测流实现污泥磷酸盐的富集和回收,生物膜法可对废水中的磷酸盐进行高效同步去除和富集,具有应用潜力。针对生物膜法厌氧释磷需要高碳源刺激的问题,通过优化工艺条件强化生物膜好氧吸磷能力提高生物膜蓄磷量,进而减少厌氧释磷时的碳源消耗。采用生物膜法序批式反应器(BSBR),考察了在低碳源投加下,蓄磷量与磷富集罐磷浓度的响应关系,采用正交试验探究溶解氧、搅拌速度以及好氧时间对磷酸盐强化吸收的影响。结果表明:当温度为(25±2)℃、厌氧外加碳源为(180±20) mg/L时,富集罐磷浓度随着生物膜蓄磷量的增加而增加,最高可达到90.62 mg/L。相同蓄磷量下,溶解氧浓度从2 mg/L增加至8 mg/L,磷酸盐最大吸收速率可从2.60 mg/(L·h)上升到8.70 mg/(L·h)。正交实验结果表明:各因素对磷酸盐强化吸收的影响顺序为溶解氧>好氧时间>搅拌速度。当溶解氧浓度为6 mg/L,搅拌速度为200 r/min,好氧时间为5 h时,除磷效率最高可达99.98%。     

天然水及地质样品中磷酸盐氧同位素测试技术及其应用研究综述

磷酸盐氧同位素在古气候重建和地表水富营养化研究中得到了广泛的应用。本文介绍了自20世纪60年代以来磷酸盐中18 O同位素测试的8种方法,并对它们进行了对比和评价,认为最近发展起来的在线高温热解法(HTR-CF-IRMS)和激光技术在我国具有推广应用前景;对使用磷酸盐氧同位素恢复古气候做了详细报道,其优点是P-O键能够抵抗成岩蚀变作用,δ18 OPO4值反映了源的同位素组成,在平衡时水和磷酸盐之间的氧同位素分馏值仅仅是温度的函数,可用于计算古气温;大量资料证实,使用磷酸盐氧同位素可以识别河、湖泊和海洋中磷酸盐来源,指示富营养化程度,研究磷酸盐的生物地球化学演变过程,因此在我国应当使用磷酸盐18 O、硝酸盐15 N和18 O同位素组成大力开展富营养化研究;最后提出5点建议,特别是应当加强磷矿开采、矿山排水、尾矿淋滤扩散及生物地球化学作用中磷酸盐氧同位素的研究,从源头阻断污染源。     

磷酸盐氧同位素示踪环境中磷的来源与转化:原理、方法与应用

磷是地表环境中重要的生命元素。由于研究手段的限制,目前有关磷生物地球化学循环过程及机制的认识仍然匮乏。作为一种新兴示踪剂,磷酸盐氧同位素(δ~(18)O_p)成为当前研究磷生物地球化学循环的潜在有效工具。本文综述了δ~(18)O_p示踪环境中磷来源与循环的基础原理,不同环境介质中δ~(18)O_p的分离纯化及测试方法的研究进展,梳理了近年来δ~(18)O_p在环境科学领域的应用,重点是土壤、沉积物和水生生态系统(河流、湖泊和海洋)。在此基础上,提出了δ~(18)O_p在未来工作上的展望:进一步扩展δ~(18)O_p分析测试技术(如低磷、高溶解有机质的样品),在藻类、微生物体系中分馏效应的探索。     

长江源区降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源

基于长江源区冬克玛底流域2014年5～10月连续采集的73个降水同位素数据,结合相关气象资料,分析了降水中δD、δ~(18)O及氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ~(18)O与气温、降水量的关系,利用HYSPLIT模型追踪流域降水的水汽来源并估算不同水汽来源对降水量的贡献比例.结果表明:研究区降水中δ~(18)O和δD变化范围分别为-26.5‰～1.9‰和-195.2‰～34.0‰,且δ~(18)O和δD值随时间变化波动较大,与不同来源水汽输送有直接的关系;区域降水线的斜率和截距均大于全球大气降水线,与青藏高原北侧地区的降水线相近;不同降水类型中的δ~(18)O和δD的关系差异显著,主要与水汽来源和形成降水时的气象条件有关;由于受局地蒸发水汽及水汽输送过程影响,流域大气降水d-excess值整体上相对偏大;研究区的降水同位素存在显著的降水量效应,但不存在温度效应,表明降水量对大气降水中稳定同位素含量的控制作用更强;水汽来源轨迹表明,研究区大气降水水汽来源主要有西南季风携带的海洋性水汽、局地蒸发水汽及西风输送水汽,对降水量的贡献比例分别为43%、36%和21%.该研究结果有助于进一步了解长江源头区冬克玛底流域的大气环流特征及水循环过程.     

湖水氢氧同位素组分的时间变化特征及影响因子分析

湖水氢氧稳定同位素组分对于水文学、气象学和古气候学研究都有重要的意义.本研究在太湖对湖水HDO和H_2~(18)O组分(δDL和δ~(18)OL)开展了长期连续地观测,计算了过量氘(dL),分析了它们的时间变化规律,并研究其主要控制因素.结果表明:1湖水氢氧同位素组分存在明显的时间变化,δDL的变化范围-59.8‰~-24.2‰,δ~(18)OL的变化范围-8.6‰~-2.6‰,dL的变化范围为-7.9‰~12.9‰;暖季δDL和δ~(18)OL较高,dL较低;冷季反之.2在月尺度上,湖水蒸发量及其占湖泊入水量的比重是湖水氢氧稳定同位素富集的主要控制因素,湖水蒸发量或者蒸发量占湖泊入湖水量比重增加,δDL和δ~(18)OL升高,dL降低.3对于太湖而言,降水氢氧稳定同位素组分和水温并非湖水稳定同位素变化的控制因素.本文的研究结果可以为稳定同位素水文学研究以及与湖水稳定同位素富集相关的气象学和古气候学研究提供科学参考.     

亚硝酸盐对聚磷菌好氧摄磷的影响研究

利用批量试验研究了不同浓度的亚硝酸盐对聚磷菌好氧摄磷过程的影响,以及在含盐废水硝化过程中亚硝酸盐的累积对聚磷菌好氧摄磷的影响.试验结果表明:亚硝态氮浓度为4 mg/L时,对聚磷菌摄磷有抑制作用,其对摄磷速率的抑制系数为0.08;亚硝态氮浓度为15 mg/L时,对聚磷菌摄磷产生明显的抑制,抑制系数增加到0.61.亚硝酸盐对聚磷菌的抑制作用主要与亚硝酸有关.本研究中亚硝酸浓度在0.000 2 mg/L以上时即对聚磷菌产生较强的抑制作用.亚硝酸盐对聚磷菌的抑制作用只是在亚硝酸盐存在的条件下才发生,一旦亚硝酸盐消失,对聚磷菌的抑制作用即可解除.含盐废水硝化过程中,在好氧反应开始1～2 h内,由于亚硝态氮浓度低,其对聚磷菌摄磷抑制作用小.随着亚硝态氮的逐步累积,亚硝态氮浓度达到8～9mg/L以上时,其对聚磷菌摄磷的抑制作用逐渐增强.进水氨氮浓度高时,好氧反应过程中pH值较低,会导致亚硝酸浓度增高,致使磷酸根的吸收量减少.     

生物强化除磷机理的探讨

对生物强化除磷(EBPR)的机理进行了探讨。首先介绍了聚磷菌胞内贮存物(聚磷、PHAs和糖原)的性质和功能,然后对这些贮存物在厌氧和好氧(缺氧)情况下的反应加以分析。旨在从能量转化的角度对EBPR过程加以阐述,加深对生物除磷机理的认识。     

凹凸棒石粘土吸附剂去除磷酸盐的研究

以天然凹凸棒石粘土为吸附剂,采用恒温振荡间歇式吸附处理方法,讨论磷酸盐去除特性。通过对粘土的热处理和表面处理,优化出加工凹凸棒石粘土为除磷吸附剂的适宜处理条件。即通过3 mol/L碱处理12h,并在300℃下灼烧2h可获得对磷酸盐的最佳处理效果。该吸附剂除磷的动力学和热力学性能可分别用扩散控制模式和稳定状态固定反应吸附等温式得到较好的描述,求得单分子层最大吸附量为8.62mg/g。      

NO2-作为缺氧吸磷电子受体的试验研究

利用SBR反应器,采用NO₂^-的2种投加方式研究了以NO₂^-为电子受体吸磷的聚磷菌的诱导过程.采用NO₂^-连续投加方式,经过23d的诱导,聚磷菌可以利用NO₂^-为电子受体吸磷,最大吸磷速率达到10.44 mg/(g·h),缺氧吸磷量占缺氧和好氧吸磷总量的97%以上;比较NO₂^-的2种投加方式,发现NO₂^-集中投加方式的缺氧吸磷速率及缺氧段吸磷百分数都小于连续投加的运行方式,为了得到较好的缺氧聚磷效果,建议采用连续加入NO₂^-的运行方式.在SBR反应器内,通过调节COD负荷、沉淀时间、HRT等操作条件,培养出了具有反硝化聚磷能力的颗粒污泥,颗粒污泥的平均粒径为315μm,污泥比重在1.006 4～1.016 5之间,含水率为96.78%～98.14%,SVI在25～40 mL/g之间.试验中COD处理负荷高达1.5 kg/(m³·d),氮、磷的去除率也在90%以上.     

磷酸三丁酯萃取邻苯二酚的研究

以磷酸三丁酯（TBP）为络合剂，正辛醇，石油醚，氯仿，四氯化碳，环己烷为稀释剂，测定了络合萃取剂对邻苯二酚溶液的相平衡分配比，讨论了稀释剂，盐，体系pH值和磷酸三丁酯（TBP）络合剂的含量对萃取相平衡分配比D的影响，并分析了形成络合物的组成。     

活性氧化铝对水中磷的去除与回收研究

使用活性氧化铝作为吸附剂研究其对磷的吸附特性,并对不同提取剂对磷的回收效果进行了讨论.结果表明,活性氧化铝对使用蒸馏水、自来水及洱海入湖河流罗时江水配制的磷溶液有不同的磷吸附效果,其对3种不同磷溶液的吸附等温线模型均符合Langmuir模型,经计算得到理论最大吸附量分别为20.88、32.15和29.85 mg·g-1.通过吸附试验表明,电解质的存在对吸附效果有促进作用.pH值越低,活性氧化铝表面的Zeta电位越高,越有利于磷吸附.对比使用4种不同提取剂的试验结果表明,使用0.1 mol·L-1NaOH基本可以完全提取活性氧化铝吸附的磷.     

基于钴的磷酸盐离子选择性电极研究

文章以金属钴为基体,在其表面形成对磷酸二氢盐有良好电化学响应的氧化钴敏感膜,成功的制备了磷酸盐离子选择性电极。详细讨论了不同活化时间和不同活化溶液对磷酸盐检测的线性响应范围、响应斜率及检测限的影响。实验结果表明:该基于钴的磷酸盐离子选择性电极在0.025 mol/L邻苯二甲酸氢钾的底液中,对磷酸二氢盐在10-4~10-1mol/L浓度范围内呈线性响应,其响应斜率为-48.27 mV/dec,检测限为2.27×10-5mol/L,相关系数R2为0.99。该电极具有良好的稳定性和重现性。已成功用于实际自来水样中磷酸二氢盐的检测,结果满意。     

田间原位开顶式臭氧熏蒸系统研究

臭氧污染造成的粮食作物减产及经济损失受到普遍关注,研究植被对臭氧的响应是评估臭氧污染造成影响的重要依据. 针对国内外已有开顶式熏蒸系统的缺点,改进布气管的布气孔大小和形状,以保证气室内布气的均匀性;改进风机的供气方式,采用一供三的方式以提高各平行样间的平行性;通过计算机负反馈控制和采用引流装置,以提高臭氧浓度控制和测定的准确性. 在国内率先尝试在跟随环境臭氧浓度的基础上增加一定浓度的臭氧作为熏蒸气体. 田间实测表明:该装置气室内臭氧浓度与设定浓度一致且分布均匀,平行样的平行性好,气室内外温度、相对湿度及光照强度衰减均达到了国内外同类装置水平,可广泛用于田间原位大气污染物对植被影响的研究.      

基于实测资料海洋内孤立波诊断模型设计

目的基于实测的海洋资料,研究设计海洋内孤立波诊断模型。方法首先对实测的ADCP海洋资料和温度链资料进行质量控制处理,然后利用海洋内波动力学理论和诊断分析技术,建立提取海洋内波特征的诊断模型。结果成功设计了能够提取海洋内波振幅、内波周期、变差流矢量时间序列、内波波致流和内波传播方向的诊断模型。结论该诊断模型通过实测的温度链、潜标、ADCP等连续观测的海洋资料,可诊断出海洋内波周期、内波振幅等特征要素,为实施海洋水文气象保障提供了重要技术手段。