厌氧氨氧化工艺脱氮及其污泥形态的研究

为研究厌氧氨氧化工艺对高浓度含氮废水的脱氮性能,在以聚乙烯海绵作为填料的上流式厌氧固定床反应器中利用人工配置高浓度含氮废水进行了实验研究.实验中通过添加充足无机碳源,实现了厌氧氨氧化反应器在总氮浓度900～1 210 mg/L长期稳定的运行,脱氮效率在80％以上,最高氮负荷为5.9 kg/m3·d.结果表明:充足的无机碳源在一定程度上可有效地降低高浓度亚硝氮对厌氧氨氧化菌的抑制作用.通过对污泥性状的研究,明确寻找出污泥上浮的原因所在.通过Stover-Kincannon模型确定系统动力学参数KB和Umax分别为30.2 g/L·d和2L2g/L·d,这将有助于对该厌氧氨氧化系统各控制条件的有效调节和准确设定,也为日后应用于实际工程中提供重要的理论依据.     

鄱阳湖悬浮颗粒物絮凝沉降典型藻类的动力学研究

为了探讨鄱阳湖水动力条件改变引起的悬浮颗粒物浓度变化可能导致的鄱阳湖浮游植物群落结构的变化,本文研究了鄱阳湖悬浮颗粒物絮凝沉降3种典型藻类的动力学过程.以铜绿微囊藻(蓝藻)、四尾栅藻(绿藻)和菱形藻(硅藻)为研究对象、鄱阳湖采集沉积物为悬浮颗粒物,使用混凝试验搅拌仪模拟动力学条件,在颗粒物投加量为20 mg·L-1时分别研究了静置沉降时间、扰动强度和扰动时间对颗粒物絮凝沉降藻细胞的影响.结果表明,絮凝沉降效率:蓝藻绿藻硅藻.在扰动强度为20 s-1、扰动时间为30 min时,0.5~4 h静置沉降时间均促进3种藻类的絮凝沉降.绿藻和硅藻的絮凝沉降效率随着静置沉降时间的延长而降低,前0.5 h的絮凝沉降效率最大;而蓝藻的絮凝沉降效率变化无明显规律.扰动时间和静置沉降时间均为30 min时,随着扰动强度在2~40 s-1增加时,3种藻的絮凝沉降效率逐渐增大.扰动强度为20 s-1、静置沉降时间为30 min时,5~60 min扰动时间均促进藻细胞的絮凝沉降,并且随着扰动时间的增加,絮凝沉降效率呈先增大后降低的趋势.30 min为蓝藻絮凝沉降的最佳扰动时间,絮凝沉降效率为12.56%;45 min为绿藻和硅藻絮凝沉降的最佳扰动时间,絮凝沉降效率分别为11.93%和7.54%.因此,水动力条件的改变可以引起悬浮颗粒物与藻类的絮凝沉降效率发生变化,从而对藻类的群落结构以及水华发生规律产生影响.     

白洋淀典型持久性有机污染物污染特征与风险评估

对白洋淀表层水体和表层沉积物中多环芳烃(PAHs)、有机氯农药(OCPs)和多溴联苯醚(PBDEs)三类典型持久性有机污染物(POPs)的污染特征进行综合调查和分析。结果表明:(1)白洋淀水体中PAHs、OCPs和PBDEs浓度范围分别是71.32~228.27、2.62~6.13和0~6.5 ng·L-1;沉积物中PAHs、OCPs和PBDEs含量范围分别是163.20~861.43ng·g-1、2.25~6.07ng·g-1和230.96~1224.13pg·g-1。与历史数据相比,白洋淀沉积物PAHs和OCPs含量均有明显下降;与国内外湖泊相比,白洋淀沉积物中PBDEs含量处于较低水平。(2)水体和沉积物PAHs污染来自于油类排放和木材、煤炭燃烧的共同作用;白洋淀水体和沉积物中OCPs组成均以HCHs为主(93.76%,63.10%),水体中HCHs主要来源于工业HCHs的降解,部分地区来源于大气的远距离传输和林丹的使用,DDTs则主要来源于历史残留。沉积物中HCHs主要来源于新的林丹的使用,也有少量工业HCHs的输入,DDTs则以历史残留为主,可能部分地区存在新的DDTs输入;白洋淀水体中PBDEs组成以BD1E-2为主(65.80%),可能主要来源于大气远距离传输和高溴代联苯醚的降解,沉积物中PBDEs组成以BDE-209为主(63.82%),主要来源为商用的十溴联苯醚。(3)生态风险评价结果表明,白洋淀尚无明显生态风险,但部分采样点存在生态风险的可能性,应加强监控。     

CO2/pH对三种藻生长及光合作用的影响

研究了在不同pH值和不同溶解性无机碳(DIC)浓度下太湖中惠氏微囊藻、四尾栅藻和菱形藻的生长和光合作用特征.研究表明, CO2/pH对3种藻的影响明显不同.惠氏微囊藻生长的最适pH值为8.0～9.0,pH7.0～9.0时具有较高的光合作用速率;四尾栅藻在偏酸性和偏碱性环境水体中均能较好生长,在本实验的pH值范围内均具有较高的光合作用速率;四尾栅藻在偏酸性和偏碱性环境水体中均能较好生长,在本实验的pH值范围内都具有较高的光合作用速率;菱形藻生长的最适pH值为7.0左右,在此pH值下光合作用速率也最高.惠氏微囊藻的K0.5(DIC)略小于四尾栅藻和菱形藻,表明对外源无机碳的亲合力要略大于四尾栅藻和菱形藻;但当DIC浓度达到饱和时,惠氏微囊藻和四尾栅藻的最大光合作用速率要远大于菱形藻.     

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.      

滇池河流氮入湖负荷时空变化及形态组成贡献

为给进一步实施滇池入湖污染控制及小流域污染治理提供依据,以滇池环湖28条河流入湖水量及水体中不同形态氮的质量浓度逐月调查数据为基础,研究了滇池河流不同形态氮的入湖浓度(ρ)和入湖负荷的时空变化,并探讨了不同形态氮的入湖负荷贡献. 结果表明:①滇池河流入湖ρ(TN)在2.91～94.01 mg/L之间,以ρ(DIN)(DIN为溶解性无机氮)最高,而ρ(DON)(DON为溶解性有机氮)和ρ(PN)(PN为颗粒态氮)均较低. ②滇池河流氮入湖负荷总量为6 908.47 t/a,绝大多数河流以DIN负荷为主,平均贡献为67.15%;DON和PN入湖负荷贡献相近,平均分别为17.86%和14.99%. ③不同形态氮入湖负荷贡献的季节性差异明显,DIN入湖负荷较高值出现在春夏季(3—9月),平均贡献达74.01%;DON入湖负荷较高值则出现在秋冬季(9月—翌年1月),平均贡献达33.42%;PN入湖负荷贡献月份变化差异较小,最高值出现在2月,贡献为40.19%. ④滇池河流氮入湖负荷不仅要考虑DIN的贡献,也应重视DON和PN负荷,控制滇池河流氮入湖负荷需要考虑不同河流不同形态氮负荷组成及其季节性差异,有针对性地采取相应措施.      

外加氮源对滇池沉积物氮矿化影响的研究

采用连续培养法,在淹水条件下研究了添加外源氮对滇池沉积物氮矿化过程的影响.结果表明,在本研究条件下,添加水生植物残体或无机氮,均未改变沉积物氮矿化的总体趋势,表现为培养前期矿化量迅速升高并达到峰值,之后逐渐下降.各处理累积氮矿化量最大值为722.34~625.67mg/kg,约占总氮的10.5%~20.3%,与土壤相比,具有较大的矿化潜能.外加水生植物(孤尾藻,芦苇)残体的处理约在21d达到累积氮矿化量的峰值,比原沉积物分别增加了15.9%和9.3%.外加水生植物(孤尾藻,芦苇)残体和无机氮的处理比仅添加水生植物残体的处理累积氮矿化量达到峰值的时间晚一周,其最大累积氮矿化量分别减少了7.5%,9.8%和8.3%.运用Two–pool模型对试验结果进行了非线性回归拟合,通过参数和实际应用可能性剖析,Two–pool模型能较为准确地描述沉积物氮矿化过程.     

水体营养水平对3种沉水植物生长及抗氧化酶活性的影响

模拟研究了沉水植物狐尾藻Myriophyllum spicatum L、轮叶黑藻Hydrilla verticillata L和金鱼藻Ceratophyllum demersum L在中、富两种营养水平下的生长及生理特性.研究结果表明,在45 d的培养过程中,狐尾藻、轮叶黑藻和金鱼藻在中营养(TN1.86 mg·L-1;TP0.087 mg·L-1)和富营养(TN2.47 mg·L-1;TP0.16 mg·L-1)水平下的单株最大生物量分别是0.92、0.27、1.11、0.56、0.41和0.87 g,狐尾藻和金鱼藻在中营养水平下单株最大生物量分别较富营养水平下高出39%和22%,而黑藻在中营养水平下单株最大生物量较富营养水平下低了51%,表明狐尾藻和金鱼藻在中营养水平下的生长较黑藻好.通过对3种沉水植物可溶性蛋白和叶绿素质量分数的分析发现,黑藻在中富两种营养水平下,质量分数较低且波动平稳,金鱼藻和狐尾藻可溶性蛋白和叶绿素质量分数持续升高,表明这两种沉水植物对水体中营养盐的耐受能力较黑藻强.金鱼藻超氧歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(peroxidase)活性和丙二醛(MDA)含量在试验后期上升速度加快,且富营养水平下金鱼藻MDA质量分数的最大值是中营养水平下最大值的5倍,表明在中营养水平下金鱼藻已经受到明显胁迫,而在富营养水平下受到胁迫更为显著.在本试验条件下,黑藻生物量小,而金鱼藻SOD活性、POD活性和MDA质量分数变化幅度大,在试验后期急速上升,表明这两种沉水植物受到的营养盐胁迫较狐尾藻大,而狐尾藻在中营养水平下的耐营养盐胁迫能力较强.     

白马湖水污染特征及其成因分析

为揭示白马湖水污染特征及其成因,在历史监测数据收集的基础上,于2016年11月初对白马湖25个采样点的水质指标进行了分析。结果表明:近年来白马湖水质波动较大,2010~2014年期间,白马湖水体水质总体处于Ⅳ类;2015年好转为Ⅲ类;2016年又下降为Ⅴ类。白马湖水体富营养化综合指数(TLIc)呈显著增加趋势,由最初的轻度富营养化水平演变到目前的中度富营养化水平(TLIc:66.66)。采样期间,白马湖水体主要以氮污染物为主,其次是磷污染物和耗氧污染物。湖泊水体污染程度依次为:北部湖区东部和中部湖区南部湖区。湖水中总氮(TN)约83%以溶解性总氮(TDN)的形式存在,氨氮(NH+4-N)占TDN的65%,其次是NO3--N(25%);总磷(P)约60%以溶解性总磷(TDP)的形式存在,正磷酸盐(PO3-4-P)占TDP的55%左右。北部湖区TDN/TDP比值最高(50.51±19.16)(p0.05),P是北部湖区藻类生长的限制因子;中部、东部和南部湖区TDN/TDP比值均已适应藻类生长。陆域外源污染源输入是引起白马湖水质空间异质性和水质下降的主要因素,湖内水生植被消亡和水产养殖污染引起的生态功能退化也是造成白马湖水质下降的一个原因。研究可为当下白马湖水质演化研究及水环境治理提供新的理论基础。     

长江中下游浅水湖泊沉积物磷释放动力学

在室内模拟条件下,通过沉积物磷释放动力学实验,研究了长江中下游浅水湖泊13个沉积物的磷释放动力学特征,并分析了沉积物组成特征对磷释放动力学的影响,结果表明:(1)指数动力学模型可以很好地拟合长江中下游浅水湖泊沉积物磷释放动力学特征,前20h为快反应,磷释放速度较大,随后进入慢反应,逐渐达到最大释放量;(2)沉积物磷释放动力学特征与其组成有关,其中与总氮、总磷和有机质含量呈显著正相关,与沙粒含量呈显著负相关,而与粘粒含量没有达到显著水平,与Olsen-P(0.5mol·L-1NaHCO3,pH8.5提取的磷)和易解吸态磷(RDP)含量达极显著正相关水平;(3)可以根据总磷和有效磷含量来比较和预测湖泊沉积物磷释放动力学特征,且根据有效磷含量可以得到比根据总磷含量更可靠的结果。研究成果可为系统揭示浅水湖泊富营养化发生机制提供依据。