气候变量和设计参数对生物滞留系统去除硝酸盐氮的影响

为探究生物滞留系统对NO₃^--N去除不稳定的主要影响因素,利用国际最佳管理措施数据库(BMPDP)和相关论文中的研究数据,统计分析了气候变量和设计参数对生物滞留系统去除NO₃^--N的影响,结合偏最小二乘回归(PLS)定量分析了不同影响因素的相对重要性,并提出了不同气候类型下的优化设计建议.结果表明,不同气候类型下生物滞留系统对NO₃^--N的去除能力分别为亚热带湿润气候(Cfa)>温带大陆气候(Dfa/Dfb)>温带地中海气候(Csb)>寒冷半干旱气候(BSk),对数去除率(LRV)中位数分别为-0.058、-0.212、-0.241和-0.327.设置内部存水区(IWS)、提高植物多样性、设置合理的服务面积比、添加介质土改良剂等措施均可在一定程度上增强生物滞留系统对NO₃^--N的去除能力.最小二乘回归(PLS)分析表明,气候变量较设计参数更能影响生物滞留系统对NO₃     

PRB技术同步去除地下水中硝酸盐和镉

为评估可渗透反应墙(PRB)技术同步去除复合污染地下水中硝酸盐和重金属的可行性,选取蛭石、活性炭、固定化微生物为PRB反应介质,采用批实验和柱实验在不同填装方式及不同水力停留时间等条件下,考察PRB技术对硝酸盐和Cd~(2+)的同步去除效果。结果表明:PRB介质为蛭石或活性炭与固定化微生物组合型填料时,Cd~(2+)对PRB去除复合污染水体中的硝酸盐影响甚微,可实现高效的同步去除;当进水NO_3-N浓度为50 mg·L-1、Cd~(2+)浓度为10 mg·L-1时,活性炭与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达93.13%和95.80%,蛭石与固定化微生物的组合型反应介质对NO_3-N和Cd~(2+)去除率分别可达92.70%和99.50%,经处理后的水质可达到地下水Ⅲ级质量标准(GB/T14848-2017)。以蛭石+固定化微生物、活性炭+固定化微生物作为反应介质的PRB技术可以实现NO_3-N和Cd~(2+)的同步去除,该技术可应用于处理硝酸盐和重金属复合污染地下水。     

武汉市秋季PM2.5中硫酸盐、硝酸盐理化特征及影响因素

为了解武汉市秋季PM_(2.5)中硫酸盐、硝酸盐理化特征,2016年9—11月利用热还原法在线连续监测分析系统对此进行了采样分析,并同步收集气象因子和离子色谱方法监测结果。结果表明,硫酸盐、硝酸盐的热还原分析方法与离子色谱法的相关系数分别为0.88、0.94;PM_(2.5)中硫酸盐、硝酸盐的水溶性部分占比达92.5%,难溶性部分为7.5%;空气质量为优、良和轻度污染时,硫酸盐、硝酸盐与PM_(2.5)的占比分别为45%、42%、45%;硫酸盐、硝酸盐在降水日和非降水日平均质量浓度分别为(19.6±18.5)μg/m~3和(31.0±9.1)μg/m~3;硝酸盐与硫酸盐的质量比为1.1,高于国内其他城市,与武汉市机动车保有量大幅增加有关。     

以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌驯化

以活性污泥为种泥,通过序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),在厌氧-缺氧-好氧交替的条件下驯化培养以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌(Denitrifying Phosphorus-Accumulating Organisms,DPAO)。在330 d的培养时间内监测磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等常规指标,并研究驯化不同阶段的一个周期内各指标的变化及进行相应的动力学分析。结果表明,随着驯化的进行,厌氧阶段释磷速率逐渐增加,释磷量也相应增大,出水磷质量浓度最终维持在0.8mg/L,去除率达到91.8%,硝氮全部去除。通过对16S r RNA测序结果的比对,得到聚磷菌占总菌的76.93%,反硝化除磷菌占聚磷菌的一半以上。而聚糖菌仅占5.13%,聚磷菌成为优势菌种。此外,在整个驯化过程中,水质和环境条件的变化使出水中磷质量浓度出现波动,而出水硝氮的变化不大。研究表明,以硝酸盐作为主要氮源培养反硝化除磷细菌的方式是可行的,并有利于聚磷菌对聚糖菌的竞争,使聚磷菌成为优势菌种。     

厌氧氨氧化电子受体的研究

在无机条件下,以该课题组已经培养出来的厌氧氨氧化污泥作为接种污泥,分别以硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体来研究氨的氧化反应。从去除速率的角度来看,以NO2--N、NO3--N和SO42--S为电子受体的反应器,分别在运行的第24.5天、40天和31天时达到0.030 0 kg/(m.3d)NH4+-N去除速率,则氧化氨的能力由大到小依次是:亚硝酸盐>硫酸盐>硝酸盐;从标准吉布斯自由能变化来看,3种反应都是可以发生的;以亚硝酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗酸度的生物过程,而以硫酸盐为电子受体的反应过程是一个消耗碱度的生物过程。     

东湖沉积物中dNaR活性和硝酸盐还原菌的垂向分布

测定了武汉东湖污染负荷不同的3个点位(污染负荷为3号2号1号)柱状沉积物中异化性硝酸还原酶(dNaR)活性以及硝酸盐还原菌数量、TOC、TN、NO3--N的垂向变化,分析了dNaR活性与硝酸盐还原菌数量、TOC、TN、NO3--N的相关性.结果表明,不同点位沉积物中dNaR活性不同,污染负荷最高的3号点位dNaR活性最高,污染负荷最低的1号点活性最低.不同点位沉积物中dNaR活性在垂向分布上具有相似特征:0～15cm沉积物中活性较大,15cm以下随着深度的增加,酶活性迅速降低.硝酸盐还原菌数量在垂向分布上随着深度的增加而减小.dNaR活性与TOC、TN不具有相关性,而与NO3--N呈正相关(P0.05);dNaR活性与硝酸盐还原菌数量呈显著性相关(P0.01).     

N掺杂TiO_2光催化还原地下水中硝酸盐

以硫酸钛为前驱体,采用水热沉淀法制备TiO2光催化剂,采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和光电子能谱仪(XPS)进行表征和分析,考察了硫酸钛浓度、焙烧温度对光催化还原水中硝酸盐活性的影响.结果表明,制备的催化剂为掺杂N的锐钛矿型TiO2.硫酸钛浓度为0.5mol.L-1、焙烧温度为400℃时制备的催化剂活性最佳,反应120min后,硝酸盐转化率为95.8%,中间产物NO--N浓度为0.17mg·mL-1,副产物NH+-N浓度为1.52mg·mL-1.     

纳米铁系材料与反硝化细菌复合去除地下水硝酸盐氮研究

采用不同液相还原法制备了纳米Fe、纳米Fe/Ni和油酸钠包覆型纳米Fe粒子,并将其与反硝化细菌复合应用于地下水中硝酸盐氮的去除研究中.分别考察了不同纳米铁系材料与反硝化细菌复合体系去除硝酸盐氮的反应速率及对脱氮产物生成的影响.同时,从核糖核酸(RNA)水平考察了不同纳米铁系材料对反硝化细菌的影响.结果表明,纳米Fe/Ni复合体系脱氮速率最快,6d内对硝酸盐氮的去除率可达到100%,最终产物主要为氨氮,占体系总氮的69%;而纳米Fe和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系9d可将硝酸盐氮100%去除,氨氮的转化率分别为52%和16%.另外,从反应前后反硝化细菌总RNA浓度的变化情况看,纳米Fe/Ni复合体系、纳米Fe复合体系和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系的反硝化细菌总RNA浓度分别降低了93%、40%和34%,可见3种纳米铁系材料对反硝化细菌毒性大小顺序为:纳米Fe/Ni纳米Fe油酸钠包覆型纳米Fe.     

纳米催化剂Pd/SnO_2的制备及催化还原硝酸盐反应的调控

采用热分解法制备了SnO2载体,并用浸渍法制备了Pd/SnO2催化剂.同时,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)及BET比表面积仪等对所制载体和催化剂材料进行了分析表征.结果表明,热分解法和浸渍法都能够获得纳米材料,SnO2及Pd/SnO2的粒径均在9～10nm左右,比表面积分别达到144.99m·2g-1和147.36m·2g-1.在以甲酸为还原剂的Pd/SnO2催化还原硝酸盐体系中,在Pd与SnO2负载比为2%～7%,反应温度为20～50℃和甲酸投加量4.0～24.0mmol·L-1的条件下,催化活性为0.70～9.48mg·min-·1g-1,且催化活性随着负载比、温度和甲酸投加量的增大而增大,随着pH的升高先升后降,最佳pH为3.反应温度升高及pH降低都能够提高Pd/SnO2的选择性.甲酸-Pd/SnO2催化还原硝酸盐体系中还原反应的调控策略为:反应温度宜控制在40～50℃内,这样可同时获得较高的催化活性和选择性,温度过高对催化活性和选择性影响很小,温度过低则会同时降低催化活性和选择性;控制pH为3时,可以获得最大的催化活性及较好的选择性,pH升高会降低Pd/SnO2的催化活性和选择性,pH降低会导致催化活性迅速降低,但对选择性影响不大;甲酸与硝酸盐的物质的量比宜大于4:1,此时可以有效地抑制pH的上升,同时获得较高的催化活性和选择性,甲酸与硝酸盐的物质的量比小于4:1时,会同时降低Pd/SnO2的催化活性和选择性.     

Forecasting the e ects of EU policy measures on the nitrate pollution of groundwater and surface waters

We used the interdisciplinary model network REGFLUD to predict the actual mean nitrate concentration in percolation water at the scale of the Weser river basin (Germany) using an area di erentiated (100 m 100 m) approach. REGFLUD combines the agro-economic model RAUMIS for estimating nitrogen surpluses and the hydrological models GROWA/DENUZ for assessing the nitrate leaching from the soil. For areas showing predicted nitrate concentrations in percolation water above the European Union (EU) groundwater quality standard of 50 mg NO3-N/L, e ective agri-environmental reduction measures need to be derived and implemented to improve groundwater and surface water quality by 2015. The e ects of already implemented agricultural policy are quantified by a baseline scenario projecting the N-surpluses from agricultural sector to 2015. The REGFLUD model is used to estimate the e ects of this scenario concerning groundwater and surface water pollution by nitrate. From the results of the model analysis the needs for additional measures can be derived in terms of required additional N-surplus reduction and in terms of regional prioritization of measures. Research work will therefore directly support the implementation of the Water Framework Directive of the European Union in the Weser basin.