厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

崇明东滩湿地植被类型和沉积特征对土壤碳、氮分布的影响

滨海湿地碳、氮储量的分布可能受盐沼植被和外源沉积物的综合影响.本文以长江口典型滨海湿地为研究对象,分别在崇明东滩湿地北部、中部和南部设置3条样线,根据外源沉积物的区域特征研究了3种主要盐沼植被(芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter))和土壤中的有机碳(TOC)、总氮(TN)的季节变化及空间特征.结果显示,崇明东滩湿地北、中部为淤积型滩涂,南部呈侵蚀态势.盐沼植被中芦苇和互花米草生物量TOC、TN累积量均显著高于海三棱藨草带.北、中样线的相同植被类型中的土壤TOC、TN显著高于南样线.高潮滩的芦苇带土壤TOC储量高于中潮滩的互花米草带,而互花米草带土壤TN储量略高于芦苇带,海三棱藨草带和光滩土壤TOC、TN储量最低.盐沼植被类型显著影响土壤各层次TOC和TN储量的分布,其中,0~10 cm层次储量受植被类型和表层外源沉积物空间特征的交互作用影响.     

模拟SO42-沉降对闽江口淡水感潮野慈姑湿地N2O通量的影响

选取闽江口塔礁洲淡水感潮野慈姑(Sagittaria trifolia L.)湿地为研究对象,2015年12月—2016年10月,每月小潮日原位定期向实验样地施加2个沉降量水平的硫酸钾溶液:S60(60 kg·hm-2·a-1)和S120(120 kg·hm-2·a-1),运用静态箱-气相色谱法研究模拟硫酸根沉降对河口区淡水感潮湿地N2O通量的影响及主要环境影响因子.对照、S60和S120 3个处理下N2O通量分别为(58.06±23.07)、(23.50±22.85)和(20.75±7.83)μg·m-2·h-1,年尺度上,S120处理显著降低N2O通量(p0.05),S60处理与CK处理差异不显著(p0.05).闽江口淡水感潮野慈姑湿地整体上表现为大气中N2O源.野慈姑湿地N2O排放通量与间隙水盐度呈显著负相关关系.研究表明,对于亚热带河口区淡水感潮野慈姑湿地,施加量为120 kg·hm-2·a-1的模拟硫沉降显著降低其N2O排放通量.     

苏北潮滩温室气体排放的时空变化及影响因素

滨海湿地温室气体CO_2、CH_4和N_2O的排放在全球碳氮循环中发挥着重要的作用,进一步影响着全球气候变化.为研究滨海湿地CO_2、CH_4和N_2O排放的时空变化及影响因素,以苏北潮滩为例,采用静态暗箱-气相色谱法,于2013年4月至2014年3月,测定了不同时空尺度下CO_2、CH_4和N_2O通量的变化规律,并分析了影响温室气体通量变化的环境因素.结果表明,CO_2、CH_4和N_2O通量的季节变化的最大值出现在夏季,CO_2和N_2O通量的最小值出现在冬季,而CH_4在春季表现为弱吸收;互花米草滩年均排放CO_2量最大,为(766.3±496.9)mg·(m2·h)~(-1),芦苇滩年均排放CH_4和N_2O最大,分别是(0.420±0.900)mg·(m2·h)~(-1)和(17.4±5.0)μg·(m2·h)~(-1).光滩表现为对CH_4的吸收,为(-0.004±0.032)mg·(m2·h)~(-1),对CO_2和N_2O的排放,且排放通量最小,分别是(57.1±16.2)mg·(m2·h)~(-1)和(6.1±2.1)μg·(m2·h)~(-1).全球变暖潜能的最大值出现在互花米草滩,为68 841.280 kg·(hm2·a)~(-1),分别是芦苇滩和碱蓬滩的1.41倍和3.02倍,光滩的GWP最小,为5 002.100 kg·(hm2·a)~(-1).通过Pearson相关分析发现,除光滩外,CO_2通量与气温、土温呈显著的相关性(P0.05),而CH_4和N_2O通量与温度则不存在显著的相关性.尽管如此,CO_2、CH_4和N_2O通量的时间变化更多地是受温度以及植被生长状况的影响,而空间变化则主要由植被的状况所决定;外来种互花米草主要是通过增加CO_2排放来影响滨海湿地的全球变暖潜能.     

外源氮输入对不同土地利用排水沟底泥反硝化和N2O排放影响

农田排水沟通过底泥硝化-反硝过程可消纳部分农业面源氮.水稻、蔬菜和水果是太湖地区种植业的主要土地利用类型,各种植区排水河沟密布,且不同种植区沟道接受外源氮差异明显,直接影响沟道消纳氮能力.分别采集太湖地区果园、稻田和菜地种植区排水沟道沉积物,设计上覆水N0、N1、N2、N3和N4这5个外源NO-3-N输入梯度,净氮输入量分别为0、0.5、1.0、5.0和10 mg·L~(-1),开展室内培养试验,研究外源氮输入对不同土地利用区排水沟道底泥反硝化和N2O排放的影响.结果表明,外源氮输入激发了排水沟底泥反硝化作用,3条沟道底泥反硝化速率均随上覆水NO-3-N输入浓度增大显著增大(P0.05),底泥累积反硝化量与输入NO-3-N浓度呈显著线性正相关关系(R20.75);除菜地外,沟道底泥N2O排放速率和累积排放量随外源NO-3-N输入浓度增大均无显著增大趋势(P0.05).在无外源氮或低外源氮输入时(N0和N1),果园、菜地和稻田种植区3种沟道之间底泥反硝化和N2O排放累积损失氮量的差异不显著(P0.05).随NO-3-N输入浓度增大,特别是高外源氮输入(N3和N4)条件下,果园和稻田排水沟道底泥反硝化消纳氮量显著高于菜地沟道底泥反硝化损失氮量(P0.05),而菜地排水沟底泥N2O排放损失氮量显著高于其它2条沟道底泥的N2O排放损失氮量(P0.05).排水沟底泥有机碳矿化速率与反硝化损失速率成正相关关系(n=15),微生物矿化(CO2-C)作用促进了沟道底泥硝化反硝过程.     

崇明东滩芦苇湿地温室气体排放通量及其影响因素

通过静态箱-气相色谱法对崇明东滩芦苇群落在生长周期内的3种温室气体——CH4、N2O和CO2的排放、吸收特征进行研究.结果表明:芦苇群落湿地CH4排放通量受温度影响较大,夏季排放通量明显高于其他季节,年均排放通量为74.46μg/(m2·h);N2O年均排放通量为2.22μg/(m2·h),冬季排放通量最大;CO2的吸收率季节变化明显,年均排放通量为-101.93mg/(m2·h).温度、芦苇植株光合作用及呼吸作用是影响CH4产生和排放的主要因素;而沉积物氮素不足和限制,则是促使芦苇群落表现出对N2O吸收的原因;芦苇的光合作用及土壤呼吸作用随温度和季节的变化是控制芦苇湿地CO2的排放和吸收的主要因素.芦苇植株发达的通气组织是CH4和N2O由大气向沉积物扩散的通道,同时分子扩散过程也是沉积物产生的CH4、N2O和CO2扩散到大气中的途径和方式.     

闽江口互花米草入侵过程对短叶茳芏沼泽沉积物硝化-反硝化作用的影响

2014年4、7、10月和2015年1月在闽江口鳝鱼滩湿地选择未被入侵的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)群落(A)、互花米草入侵斑块边缘(B)以及互花米草(Spartina alterniflora)入侵斑块中央(C)为研究对象,基于时空互代研究方法,探讨互花米草入侵序列下湿地沉积物硝化-反硝化变化规律.结果表明:在互花米草入侵序列中,湿地沉积物硝化速率为0.19~1.66μmol·m~(-2)·h~(-1),反硝化速率为12.41~27.19μmol·m~(-2)·h~(-1).沉积物硝化-反硝化作用存在明显的季节变化,硝化速率表现为夏季春季秋季冬季,反硝化速率表现为夏季秋季冬季春季;入侵不同状态下,沉积物硝化速率表现为BCA,反硝化速率表现为CBA.互花米草入侵提高了沉积物-水界面N_2O交换通量.互花米草入侵引起的沉积物pH、NH_4~+-N、含水量、容重和电导率等理化性质的改变是导致不同入侵阶段沉积物硝化-反硝化速率以及N_2O释放差异的重要原因.     

硝化作用对盐碱湿地N2O排放的影响及其环境因子分析

湿地是温室气体氧化亚氮(N_2O)重要的源或汇,盐碱湿地作为湿地的重要组成部分,研究其N_2O排放对于探究盐碱湿地N_2O产生的硝化作用机制及评估其在温室效应中的作用具有重要意义.本文对代表性盐碱湿地——扎龙芦苇沼泽湿地生长季的N_2O释放量及相关环境因子进行了研究.结果表明,生长季N_2O通量呈波动性下降趋势,最大值出现在7月中旬,平均排放通量为(37. 49±15. 75)μg·(m2·h)-1,表现为N_2O的释放"源". N_2O通量与不同深度土层温度存在显著正相关关系(P 0. 05),且上层土温对N_2O排放的影响程度高于深层土;淹水期间N_2O通量与积水深度呈显著负相关关系(P 0. 05);且土壤TOC和TN含量较低,N_2O通量与0～40 cm土层NH+4-N含量呈显著正相关关系(P 0. 05),而与NO-3-N含量没有关系,硝化作用程度要比反硝化强;此外,土壤氨氧化菌活性与0～20 cm土层温度存在极显著正相关关系(P 0. 01),且N_2O通量与氨氧化菌活性也呈极显著的线性正相关关系(P 0. 001),表明盐碱湿地的N_2O释放受硝化作用影响巨大.     

川中丘陵区农田源头沟渠玉米季中氧化亚氮排放及其影响因素

农田周边的排水沟渠不仅是农田养分迁移的重要通道,也是氮转化非常活跃的场所和潜在的氧化亚氮(N_2O)排放源.本研究以川中丘陵区农田源头沟渠为对象,在6~9月的玉米季(雨季),采用静态箱-气相色谱法对其N_2O排放开展原位观测.结果表明,在整个观测期有自然植被覆盖的沟渠生态系统(V)N_2O累积排放量(以N计)为0.43 kg·hm~(-2),而无自然植被覆盖的对照处理(NV,代表沟渠中的沉积物-水界面系统)则为0.07 kg·hm~(-2).该沟渠生态系统的N_2O平均排放通量[14.7μg·(m~2·h)-1]已达到本地区玉米农田直接排放的水平,表明玉米季中农田源头沟渠是不容忽视的N_2O源.川中丘陵区雨季丰富的降雨径流携带大量农田硝态氮进入沟渠,促进N_2O产生和排放,此外,植物的存在可大幅度提高农田沟渠的N_2O间接排放系数(V:0.05%vs.NV:0.01%).由于本研究的N_2O间接排放系数远低于2006年IPCC建议的缺省值(0.25%),如果仅采用IPCC缺省值来估算本地区沟渠生态系统的N_2O排放,可能导致较大误差.未来研究中应对原位观测多予以重视,为进一步修正其缺省值提供理论依据.     

水氮组合模式对双季稻甲烷和氧化亚氮排放的影响

为给双季稻水肥高效利用调控技术提供理论基础,设置间歇灌溉和淹水灌溉两种灌溉方式,高氮、中氮、低氮和不施氮这4种施肥方式,开展大田小区试验,探讨了水氮组合模式对双季稻CH4和N2O排放的影响.结果表明,间歇灌溉显著降低了CH4积累排放量,与淹水灌溉相比,早晚稻分别降低13.18~87.90 kg·hm-2和74.48~131.07 kg·hm-2,分别减排了24.4%~67.4%和42.5%~66.5%;但促进了N2O排放,早晚稻的增排量分别为0.03~0.24 kg·hm-2和0.35~1.53 kg·hm-2,分别比淹水灌溉增加6.2%~18.3%和40.2%~80.9%.总体上,间歇灌溉降低了稻田温室气体的增温潜势,其中早稻降低了18.8%~58.6%,晚稻降低34.4%~60.1%,两季综合降低2 388~4 151 kg·hm-2(以CO2eq计),下降41%~54%.通过相关分析发现,土壤CH4排放和土壤溶液Eh显著负相关,和溶液CH4浓度显著正相关.与淹水灌溉相比间歇灌溉模式有利于减排CH4,虽增排了N2O,但增温潜势显著减少.综合来看,间歇灌溉配施中氮更有利于双季稻种植.     

基于ZrO2/TiO2催化H2O2氧化低温脱硝的实验研究

以纳米TiO_2为载体,采用等体积浸渍法掺杂过渡金属氧化物ZrO_2进行改性,制备了一系列ZrO_2/TiO_2催化剂,以催化H_2O_2低温氧化NO脱硝,并采用X射线衍射(XRD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温氧化(O_2-TPO)、X射线光电子能谱(XPS)及电子顺磁共振(EPR)等表征分析探究了影响H_2O_2脱硝活性的因素.表征结果表明ZrO_2的负载量会影响催化剂中晶格氧的含量,晶格氧相对含量的增加有利于氧化还原反应中的电子传递,这是促进H_2O_2活化分解的关键.在微观表征的基础上,通过实验研究筛选获得了催化剂的最佳ZrO_2负载量,同时对比考察了非催化和纳米TiO_2催化作用下的H_2O_2氧化低温脱硝性能;针对获取的最优催化剂,进一步考察了不同烟气工况对催化剂活性的影响.实验结果表明,ZrO_2/TiO_2催化剂能有效促进H_2O_2的活化分解实现低温脱硝,且ZrO_2负载量为4%(质量分数)时,催化活性最高;在烟温为160℃、[H_2O_2]/[NO]物质的量比为2及空速为30000 h~(-1)时,NO转化率最高可达81%.     

Effect of Ce doping of TiO2 support on NH3-SCR activity over V2O5-WO3/CeO2-TiO2 catalyst

CeO2–TiO2composite supports with different Ce/Ti molar ratios were prepared by a homogeneous precipitation method, and V2O5–WO3/CeO2–TiO2catalysts for the selective catalytic reduction（SCR） of NOx with NH3 were prepared by an incipient-wetness impregnation method. These catalysts were characterized by means of BET, XRD, UV–Vis,Raman and XPS techniques. The results showed that the catalytic activity of V2O5–WO3/TiO2 was greatly enhanced by Ce doping（molar ratio of Ce/Ti = 1/10） in the TiO2 support.The catalysts that were predominantly anatase TiO2 showed better catalytic performance than the catalysts that were predominantly fluorite CeO2. The Ce additive could enhance the surface adsorbed oxygen and accelerate the SCR reaction. The effects of O2 concentration, ratio of NH3/NO, space velocity and SO2 on the catalytic activity were also investigated. The presence of oxygen played an important role in NO reduction. The optimal ratio of NH3/NO was 1/1 and the catalyst had good resistance to SO2 poisoning.     

V2O5/TiO2催化剂中毒机理的试验研究

选择性催化还原(SCR)催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心,是整个SCR系统脱硝效率和经济性的决定因素.本文工作的主要研究思路是以钒钛SCR催化剂为研究对象,研究了H2O和SO2,以及相同含量下K、Na、Ca、Pb的氧化物对钒钛催化剂NO转化率的影响.H2O的存在会抑制V2O5/TiO2催化剂脱硝活性,而SO2在一定程度上促进(V2O5/TiO2)催化剂的SCR脱硝反应,提高NO转化率;碱金属K对钒钛催化剂的钝化作用都是最强,K2O和Na2O的掺入会抑制钒钛催化剂上V2O5的还原能力,而CaO和PbO的掺入对钒钛催化剂上V2O5的还原能力影响较小.     

臭氧过氧化氢降解西马津试验研究

利用O3/H2O2体系降解内分泌干扰物类除草剂西玛津,对氧化产物进行了色谱分析,以评价该体系去除西玛津效能.西玛津浓度为2mg/L,过氧化氢与臭氧摩尔比为0.7,臭氧浓度为10.0mg/L,室温(26℃), pH值为7～8条件下,西玛津的去除率最高可达87.1%,说明O3/H2O2体系氧化西玛津的反应条件温和,易于工程应用;自来水本底西玛津的去除率较纯水中高约10%,达到86.9%;腐殖酸对西玛津的降解影响表现为低浓度促进高浓度抑制,碳酸氢根对西玛津降解的抑制作用较小;GC-MS检测到脱乙基西玛津的存在,通过对LC-MS谱图的分析也证明伴随西玛津的氧化,有脱乙基产物的生成;产物的IC检测结果表明存在脱氯反应过程,且有部分三嗪环被打开,说明臭氧过氧化氢系统氧化降解能力较强.     

O3/H2O2降解水中扑灭通效能研究

利用拟一级降解速率常数表征O3/H2O2对扑灭通(Prometon)的氧化效能,探讨了n(H2O2)/n(O3)、pH值、水质和碳酸氢根离子对去除的影响,对有机氧化产物进行了气相和液相质谱分析,以离子色谱法测定了反应过程中产生的NO3-,在此基础上对扑灭通降解途径进行了研究.结果表明,扑灭通初始浓度2 mg.L-1,反应温度25℃,O3投量13 mg.L-1时,最佳反应条件为n(H2O2)/n(O3)=0.7,体系pH为7～8;扑灭通在自来水中的去除效果好于纯水;HCO3-浓度>50 mg.L-1时,对扑灭通的氧化有明显的抑制作用.液质和气质的分析结果表明扑灭通并未开环,氧化过程中扑灭通三嗪环支链上的2个异丙基首先被氧化脱去,离子色谱检测到的NO3-是三嗪环支链胺基氧化的产物.     

Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系下降解TCE的研究

采用浸渍法成功合成了新型催化剂纳米Fe3O4/CeO_2,并且用Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE进行降解研究,考察了初始pH、H_2O_2浓度、温度及催化剂投加量等因素对于TCE降解效率的影响.实验结果表明,Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE具有较好的去除效果:在初始pH=3,温度50℃,H_2O_2浓度30 mmol·L-1和Fe3O4/CeO_2投加量0.5 mg·L-1时,TCE去除率高达97.29%.同时实验结果表明pH在2~7范围内对TCE均有降解效果,所以相对于传统Fenton体系,该体系拥有更宽pH应用范围.目标污染物的降解符合一级动力学,反应活化能为30.77 k J·mol-1,表明反应易于进行.     

Fe3O4/TiO2-H2O2非均相类Fenton体系对3，4-二氯三氟甲苯的降解

用Fe_3O_4/Ti O_2-H_2O_2体系对3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)进行降解反应研究,同时考察了pH值、催化剂投加量、H_2O_2投加量、温度等因素对3,4-DCBTE降解效率的影响.实验结果表明,Fe_3O_4/Ti O_2-H_2O_2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;并且在H_2O_2投加量为45.0 mg·L~(-1)、Fe_3O_4/TiO_2的物质的量比为1∶1、pH=3.0、温度为40.0℃的条件下反应效果最佳,去除率高达99.1%.同时从实验结果可以看出,pH在2.0~7.0范围内该体系对3,4-二氯三氟甲苯均有降解效果,说明该体系相比于传统的Fenton体系有较宽的pH适用范围.目标污染物的降解符合一级反应动力学,其发生反应所需的活化能为36.9 k J·mol~(-1).     

Fe2O3添加对钛基SCR催化剂表面硫酸氢铵分解行为的影响规律

采用共沉淀法合成了TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体,并对硫酸氢铵与上述载体之间的相互作用及硫酸氢铵的具体分解行为进行了研究.结果表明,催化剂载体表面含硫官能团主要以双齿硫酸盐的形式存在,含氮官能团以铵根离子的形式存在.当硫酸氢铵沉积于催化剂载体表面时,由于硫酸根离子具有较强的电负性,Ti原子及Fe原子处于电子缺失状态.对于TiO_2载体,硫酸根离子主要与Ti原子相连;而对于TiO_2-Fe_2O_3载体,Ti原子及Fe原子均为硫酸根离子主要的附着位点.采用热分析方法及原位红外对硫酸氢铵在TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体表面的分解行为进行了研究,发现铁氧化物的添加显著促进了硫酸氢铵在低温区间内的分解行为;与铵根离子相比,硫酸根离子具有更高的热稳定性.催化剂稳定性测试结果表明,铁氧化物的添加显著提高了低温抗硫抗水性能,为实现低温SCR技术的工业应用提供了理论基础.     

Ni2P/Bi2MoO6复合材料的制备及可见光催化活性

分别制备了花状Bi₂MoO₆和片状Ni₂P,采用研磨、水热及超声的方式将两种材料复合,考察了负载方式、负载率和溶液pH值对其可见光下降解亚甲基蓝（MB）的影响;利用XRD、XPS、FTIR、SEM、PL和UV-Vis等测试手段表征了样品的微观结构、形貌和光学性质;研究表明Ni₂P作为助催化剂,可加速电子空穴对分离,显著提高Bi₂MoO₆的光催化活性,其中当Ni₂P负载率为4%时,TOC去除率为64.28%,降解速率为纯Bi₂MoO₆的2倍,且将Ni₂P/Bi₂MoO₆复合催化剂循环利用3次后,同实验条件下降解率为94%,证明复合催化剂稳定性好.     

Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2电极的制备及降解不同污染物性能研究

采用溶胶凝胶法和电沉积法分别制备了Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2电极的中间层和表面活性层,并通过XRD和SEM对电极的中间层和表面活性层进行了相关表征.结果表明,制得的电极表面为β型PbO2,表面形貌均匀致密.同时,采用线性伏安扫描和交流阻抗测试对电极的电化学性能进行了测试.结果表明,电解液中污染物的存在可提高电极的析氧电位,中间层的制备可以有效提高电极的催化性能.另外,通过测定电极对苯酚、靛蓝胭脂红、甲基橙3种不同类型污染物的去除率、COD去除率,研究了该电极对不同类型有机物的降解规律.结果表明,在相同条件下该电极对靛蓝胭脂红的去除速率较高且所需电压最低,降解1 h时靛蓝胭脂红去除率即达100%,甲基橙降解3 h时其COD去除率高达55%.