基于氮平衡原理对南方污水处理厂中试脱氮工艺调控策略研究

通过建立A2/O工艺中氮的物料平衡方程,预测不同进水TN条件下,如何调控污泥回流比和混合液回流比使出水氮达到国家一级A标准;然后根据预测的运行参数,调试武汉市龙王嘴污水处理厂中试模拟装置,进行工况验证.结果表明,在进水TN低于30 mg·L-1,温度高于15℃时,不需要混合液回流即可实现良好的脱氮效果;在进水TN高于30 mg·L-1,温度在10~15℃之间时,增加混合液回流和DO可以提高脱氮效果,但当温度远远低于10℃时,必须同时提高混合液回流比来保证系统出水.该方法能较好依据水质状况通过调控回流比实现较好的脱氮效果.     

UASBB厌氧氨氧化反应器处理污泥脱水液的影响因素研究

研究基质质量浓度、温度、pH值、HRT和C/N比对厌氧氨氧化脱氮性能的影响.试验水样采用污泥脱水液,控制进水ρ(NH+4-N)/ρ(NO-2-N)为1∶1.32,分别考察了在不同基质质量浓度、HRT、温度、pH值和C/N比的情况下,UASBB厌氧氨氧化反应器的脱氮性能.结果表明,在进水NH+4-N和NO-2-N质量浓度分别为200 mg·L-1和264 mg·L-1、HRT=24 h、温度为30～35℃、pH值为7.5～8.5、C/N比在0.5左右的条件下,厌氧氨氧化反应器的脱氮效果最佳,NH+4-N、NO-2-N和TN平均去除率分别达到75.72%、76.36%和70.19%,TN平均容积负荷可达0.464 kg·(m3·d)-1,COD平均去除率在30%左右.通过合理控制进水基质质量浓度和HRT能够有效地提高厌氧氨氧化反应器的脱氮性能.只有在适宜的温度和pH值范围内,厌氧氨氧化菌才能表现出较高的活性.当进水添加有机物时,厌氧氨氧化反应器中存在反硝化现象,且随着有机物质量浓度的升高,异养反硝化菌的竞争优势逐渐增强,对厌氧氨氧化产生明显的抑制作用.     

内源呼吸过程溶解性代谢产物的光谱特性分析

微生物内源呼吸期对污水处理过程具有重要意义.为了更清晰地了解微生物内源呼吸过程,采用三维荧光光谱、紫外光谱结合呼吸图谱对微生物内源呼吸过程进行解析.结果表明,三维荧光光谱和紫外光谱在内源呼吸各个阶段有明显的不同:1内源呼吸快速下降期(第1 d):腐殖酸峰的激发波长(Ex)和发射波长(Em)分别出现5 nm、6 nm的蓝移,荧光指数f450/500和HIX(humification index)分别减小了9.3%、0.2%,UV253/203和UV254分别增加了37.5%、200%,预示着混合液中可生物降解有机物的存在;2内源呼吸慢速下降期(第2 d):f450/500增加了0.5%,HIX减小0.2%,UV253/203减小了20%,UV254增加了16.7%,预示着细胞可能出现了水解或自溶;3内源呼吸稳定期(第3~5 d):腐殖酸峰基本保持不变预示了微生物适应了饥饿环境.本研究从代谢产物的角度解析了内源呼吸过程,为污水处理过程控制提供了新的思路.     

苹果园土壤呼吸的变化及生物和非生物因素的影响

了解果园土壤呼吸变化及其影响因素,有利于深入理解退耕还果条件下黄土高原地区土壤碳源汇功能.在长武农田生态系统国家野外站,以盛产期果园(2000年建成)为对象,利用土壤碳通量测量系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)于2011、2012年监测了果树冠幅下距树干不同距离处土壤呼吸、土壤水分和温度变化,分析了土壤呼吸的时空变化及其影响因素.结果表明:①土壤呼吸速率随着距树干距离延长而降低.与2 m处相比,0.5 m处土壤累积呼吸量2011年提高20%,2012年提高31%;0.5 m和2 m处土壤呼吸的温度敏感性(Q10)2011年相应依次为1.79和1.56,2012年依次为1.79和1.38.②距树干2 m处温度和水分稍高于0.5 m处,但差异不显著(P>0.05).土壤呼吸与土壤温度均呈显著的指数关系,而与土壤水分的相关性不显著.温度变化可解释土壤呼吸的季节性变化,但并不能解释距离树干不同处的差异.③距离树干不同位置处的根系密度差异是影响果园土壤呼吸空间变化及其温度敏感性的重要生物因素;④冠幅下土壤呼吸的变异系数为23%~31%.估算果园土壤呼吸需考虑其距离树干的空间差异性.     

矿区不同复垦措施下土壤呼吸与环境因子关系的研究

为研究不同植被恢复方式和施肥处理下土壤呼吸的季节变化的影响因素,对山西省孝义市露天矿区复垦区土壤呼吸、温度和水分进行了2年的野外观测,采用不同单双变量模型分析了土壤呼吸与温度、水分间的关系.结果表明,植被恢复方式和施肥处理及其交互作用均显著影响土壤基础呼吸速率(R10)和土壤温度敏感性指数(Q10).在单变量模型分析中,百脉根和苜蓿草本恢复方式下,土壤呼吸与土壤温度间拟合水平较高,而油松林和混交林乔木恢复方式下,土壤呼吸与土壤水分间拟合水平较高;剔除土壤水分低于10%时的土壤呼吸值,可提高土壤呼吸与温度间拟合水平;对土壤呼吸值进行标准化,可提高土壤呼吸与水分间拟合水平.相较于其它施肥处理,有机肥处理的样地土壤呼吸与温度间拟合系数较高,而土壤呼吸与水分间的拟合系数较小.土壤呼吸与温度、水分间4个双因子模型的拟合系数因植被恢复方式和施肥不同而有所不同.总之,土壤呼吸与温度、水分间双变量模型比单变量模型可更准确预测土壤碳通量值.     

流溪河水体有机氯农药的生态风险评价

通过检测流溪河水体18个采样点水样中的有机氯农药浓度,构建了淡水生物对有机氯农药的物种敏感性分布,并计算出各类水生生物的HC5(Hazardous Concentration for 5%the Species)值,预测了不同浓度有机氯农药对生物的潜在影响比例(Potential Affected Fraction,PAF),最后采用商值概率分布法对流溪河水体的有机氯农药进行了生态风险评价.结果表明:流溪河水体中的有机氯农药浓度在216.41~389.70 ng·L-1之间,平均值为293.02 ng·L-1;甲体六六六(α-BHC)的HC5值最高,而硫丹硫酸酯和p,p'-滴滴滴(p,p'-DDD)对全部物种的HC5值均低于0.10μg·L-1,对生态系统的影响较大;当污染物的浓度达到0.50μg·L-1时,除甲体六六六、七氯之外,其余9种有机氯农药对全部物种的PAF值均超过了5%的阈值;除硫丹Ⅱ外,其余10种有机氯农药均具有潜在的生态风险;在假定保护95%物种的情况下,硫丹硫酸酯的生态风险最高.     

温度诱发的A/O除磷系统污泥沉降性变化与影响机理研究

本试验平行运行了两套A/O生物强化除磷系统,通过观测温度诱发的污泥性状及微生物群落结构的变化,探索了温度对污泥沉降性能的影响及机理.试验结果表明,温度从20℃升至25℃能够有效改善污泥的沉降性能,而从20℃降至15℃可以使污泥沉降性急剧恶化.升温和降温均可导致EPS中蛋白质含量在短期内急剧增加.高温(25℃)能够抑制丝状菌的生长,而低温(15℃)会刺激Thiothrix II型丝状菌大量增殖.SPSS相关性分析显示,丝状菌的数量变化不大时,污泥含磷量和不可挥发性固体含量对沉降性影响显著,EPS的增加不利于污泥沉降,污泥密度与污泥沉降性无相关性.聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析表明,不同温度会导致不同优势菌的生长.受高温影响较大的细菌为拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria),受低温影响较大的细菌为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria).     

土地利用变化下的生态系统服务敏感性研究——以克里雅绿洲为例

通过剖析传统的敏感性分析法,提出交叉敏感性概念,评价生态服务价值对土地利用类型转换的响应性。以克里雅绿洲为研究区域,以1991、2002 和2011 年三期遥感影像数据为基本信息源,运用交叉敏感性分析,计算生态系统服务价值对土地利用类型转换的敏感性,确定生态系统日趋敏感的土地利用变化过程,为土地管理对策提供参考依据。研究结果表明:20 a来,克里雅绿洲生态服务价值较敏感的土地利用转换类型相对稳定,主要集中在湿地和水体向荒漠和低覆盖度草地的转换;与1991 和2011 年相比,2002 年的交叉敏感性系数普遍上升,这主要是因为湿地、水体面积的减少加剧了研究区的生态脆弱性,从而表现出更大的敏感性;湿地和水体向耕地转换的交叉敏感性一直处于上升趋势,并不断接近于-1,表明生态服务价值对高强度的人为活动变得越来越敏感,从而警示地方管理部门采取必要措施制止此种转换的持续。     

浒苔绿潮与南黄海近岸海域水质的关系

浒苔绿潮在黄海海域连续暴发,为研究浒苔绿潮与该海域水质的关系,根据2010年3~6月5个航次对南黄海苏北近岸浒苔绿潮暴发区海域生态环境要素的调查数据,重点研究了该海域温度、盐度、溶解氧、pH值的分布特征及其与浒苔绿潮的关系.结果表明,受陆地径流及苏北沿岸流的影响,调查海区为低盐高营养盐区,为绿潮的暴发提供了一定物质基础.第1航次到第5航次温度由8.8℃升高到21.6℃,第3航次调查海区开始出现漂浮浒苔藻体,此航次温度平均值为14.6℃;盐度平均值为31.6,第3航次到第5航次温度和盐度值均处于浒苔藻体适宜的生长范围之内.调查海区整体上均处于富氧状态,且从第1航次到第5航次溶解氧值逐渐减低.受陆地径流的影响整个调查区域pH值基本都小于8.0.海区适宜的温度、盐度、溶解氧及pH值,为近些年黄海海域浒苔绿潮持续的大规模暴发,提供了一定的环境条件.     

Differential responses of short-term soil respiration dynamics to the experimental addition of nitrogen and water in the temperate semi-arid steppe of Inner Mongolia, China

We examined the effects of simulated rainfall and increasing N supply of different levels on CO2 pulse emission from typical Inner Mongolian steppe soil using the static opaque chamber technique, respectively in a dry June and a rainy August. The treatments included NH4NO3 additions at rates of 0, 5, 10, and 20 g N/（m2.year） with or without water. Immediately after the experimental simulated rainfall events, the CO2 effluxes in the watering plots without N addition （WCK） increased greatly and reached the maximum value at 2 hr. However, the efflux level reverted to the background level within 48 hr. The cumulative CO2 effluxes in the soil ranged from 5.60 to 6.49 g C/m2 over 48 hr after a single water application, thus showing an increase of approximately 148.64% and 48.36% in the efftuxes during both observation periods. By contrast, the addition of different N levels without water addition did not result in a significant change in soil respiration in the short term. Two-way ANOVA showed that the effects of the interaction between water and N addition were insignificant in short-term soil COz efftuxes in the soil. The cumulative soil CO2 fluxes of different treatments over 48 hr accounted for approximately 5.34% to 6.91% and 2.36% to 2.93% of annual C emission in both experimental periods. These results stress the need for improving the sampling frequency after rainfall in future studies to ensure more accurate evaluation of the grassland C emission contribution.