深埋地热水中三氮分布特征及其影响因素研究

为有效控制深埋地热水中三氮污染,并为合理开发地热水资源提供理论依据,基于开封市城区44眼地热井(埋深为600~1 800m)的理化指标,绘制了三氮在各含水层中的浓度等值线图,研究了开封市地热水中三氮空间分布规律及其影响因素。研究结果表明:以《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)的Ⅲ类水质要求为评价标准,开封市埋深为600~1 800m的地热水中,三氮污染以亚硝酸盐氮为主,硝酸盐氮与氨氮污染较轻;亚硝酸盐氮超标区主要分布在开封市火车站附近,其分布规律是发生不同程度硝化/反硝化作用的结果;除个别取样点外,各含水层中硝酸盐氮和氨氮的浓度均较低。相关分析结果表明,亚硝酸盐氮与硝酸盐氮显著相关,氨氮与pH显著相关,进一步证实了三氮浓度分布与硝化/反硝化作用有关。     

矿物载体锯末碳源低温生物修复硝酸盐污染地下水

研究了低温条件下,沸石和火山岩为载体,锯末为碳源的生物反应器对地下水中硝酸盐氮的去除效果。结果表明,在（14±1）℃,水力停留时间18 h,进水硝酸盐氮浓度为27 mg/L的条件下,以锯末为碳源能有效去除地下水中的硝酸盐,沸石为载体时对硝酸盐氮的平均去除率为98%;火山岩为载体时对硝酸盐氮的平均去除率为95%。实验过程中出现铵盐和亚硝酸盐的积累,出水中氨氮浓度为1～2.55 mg/L,亚硝酸氮浓度为0～0.98 mg/L。出水pH均介于7～8,满足饮用水标准中pH的要求（6.5～8.5）。     

挠力河流域地下水氮污染特征分析

挠力河流域是我国重要的粮食供应基地,随着农业现代化的发展,农田施肥量不断增加,地下水中氮浓度逐年升高。对挠力河流域2011—2013年地下水样品中三氮的空间分布、时间变化,三氮之间的相关性及其成因进行了分析。结果表明:挠力河流域地下水氮污染区主要分布在农业活动较为活跃的地区,同时还会受地下水径流条件的影响;研究区地下水硝态氮与氨氮浓度在丰水期高于枯水期;地下水中氨氮和硝态氮的相关性受包气带厚度的影响而呈现不同的结果。     

基于化学与生物膜耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮

我国华北地区超过80%的地下水受到污染,其中硝酸盐氮的污染日益严重,威胁着人类健康。基于单质铁去除地下水中硝酸盐氮,因伴随氨氮的产生而受限制;生物反硝化脱氮因地下水中碳源不足无法满足脱氮要求。采用自制的微电解化学催化固体颗粒与天然生物质构成耦合生物载体,通过自养与异养反硝化耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮,并建立了地下水易位好氧、厌氧深度脱氮新工艺。结果表明:好氧反应器在HRT为12 h、DO为2.0～3.0 mg·L-1的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥91.24%;厌氧反应器在HRT为14 h的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥96.32%;反应器中微电解化学催化固体颗粒可为自养反硝化菌提供电子,生物质可为微生物提供必要的有限碳源,硝酸盐氮的脱除是自制微电解化学催化固体颗粒与生物膜耦合作用的结果。出水均无亚硝酸盐氮和氨氮积累。此技术可为受污染地下水的修复提供理论依据。     

玉米秆碳源去除地下水硝酸盐

研究比较了经氢氧化钠、氨水预处理的玉米秆和玉米芯作为生物反硝化碳源时,不同氮负荷条件下的脱氮性能。结果表明,经3%氢氧化钠溶液预处理的玉米秆,在不同氮负荷下均具有较高的硝酸盐去除率,最高达到了97.17%。在原位净化模拟实验中,用该方法预处理的玉米秆作为可渗透反应墙(PRB)的填充介质,硝酸盐和总氮的去除率分别达到了89.68%和84.97%,且出水中没有亚硝酸盐氮和氨氮的积累。结果表明,经3%氢氧化钠溶液预处理的玉米秆,可以作为地下水原位净化修复的固相碳源。     

不同土地利用方式和地下水埋深对水中硝态氮浓度分布的影响

针对广州市地下水硝态氮污染状况及其影响因素开展研究。结果表明,广州市地下水硝态氮质量浓度为(8.53±7.57)mg/L,对照世界卫生组织(WHO)规定的饮用水硝态氮限值(10mg/L),所采集的地下水样品超标率达到34.97%。地下水硝态氮的主要来源有生活污水、工业废水、农业化肥和酸雨。地下水硝态氮浓度受到土地利用类型的影响。其中,城区地下水硝态氮污染最严重(超标率为48.22%),其次为水稻田(超标率为40.00%)与菜园(超标率为36.25%),林地地下水硝态氮污染最轻(超标率为6.25%)。在垂向分布上,地下水硝态氮浓度与地下水埋深呈负相关关系。埋深介于2~5m时,硝态氮浓度较高且有超标的潜在危险;埋深介于5~23m时,地下水硝态氮污染程度减轻;当埋深大于23m时,硝态氮质量浓度基本稳定在2mg/L左右,与珠江三角洲地下水硝态氮背景值接近。!     

间歇曝气比在短程硝化中对硝化活性的影响

采用序批式间歇反应器(SBR)处理生活污水,温度控制在(25.0±0.5)℃,研究好氧曝气与缺氧搅拌时间比(间歇曝气比)分别为30min∶30min(A模式)和40min∶20min(B模式)对亚硝酸盐氮积累、污泥性能参数、反应速率(比氨氮氧化速率、比硝酸盐氮产生速率、比亚硝酸盐氮产生速率)、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的影响。A模式下运行64个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.04mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达99.21%;B模式下运行75个周期时,出水亚硝酸盐氮质量浓度为19.42mg/L,亚硝酸盐氮积累率高达95.47%;研究表明缺氧时间所占比例越大越有利于短程硝化的实现。在实现短程硝化过程中,A模式在38个周期之后AOB活性超过NOB活性;B模式在34个周期之后AOB活性超过NOB活性。     

一株分离于含水层介质的好氧反硝化菌脱氮性能研究

从受氮污染的浅层地下水含水层介质中分离、纯化得到一株具有好氧反硝化能力的细菌PJ21,经过形态、生理生化特性及分子生物学鉴定为假单胞菌属门多萨菌(Pseudomonas mendocina)。菌株PJ21能在好氧(DO=6.9～7.8mg/L)条件下快速脱氮,最大硝酸盐氮脱氮速率可达27.98mg/(L·h),平均脱氮速率为4.41mg/(L·h),60h的总氮和硝酸盐氮脱氮率分别可达65.42%、95.55%。菌株PJ21的最佳碳源为柠檬酸三钠,适宜生长温度为25～35℃,最适温度为30℃,适宜生长的初始pH为6.0～8.0,最佳为7.0。培养期间菌株PJ21快速脱氮的同时未出现明显的亚硝酸盐氮累积现象,最大比生长速率、Monod生长半饱和系数分别为4.30×10~(-4)s~(-1)、142.99mg/L,衰亡速率系数为7.90×10~(-5)s~(-1),硝酸盐降解过程的产率系数为1.26。该菌株在浅层地下水氮污染修复方面具有潜在工程应用价值。     

以红薯浸泡液为碳源的生物反硝化

为选择低碳氮比污水生物脱氮中合适的碳源,以搅拌罐浸泡淀粉类物质释放碳源,在确定利用红薯浸泡液为碳源后,以浸没式生物滤池为反应器进行生物反硝化实验。实验结果表明:20 g红薯置于2 L自来水中,采用250 r/m in的搅拌速度,搅拌频率为每搅拌3 h停1 h,2 d后得到的浸泡液COD浓度平均为5 921 mg/L,最高可超过7 000 mg/L;将此红薯浸泡液和污水以1∶50的流量比例,采用分别投加的方式进入反应器,污水中总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮及氨氮的平均去除率分别为88.6%、91.6%、88.2%和54.8%,出水COD平均在30 mg/L以下;在红薯浸泡液COD浓度为5 700 mg/L左右时,进水中亚硝酸盐氮浓度与硝酸盐氮浓度比为3∶2时总氮去除率为95.3%,当该比例为2∶3时总氮去除率为88.2%。研究表明,红薯浸泡液是一种经济合适的碳源,采用红薯浸泡液作为低碳氮比污水生物处理中反硝化的碳源是可行的。     

喀斯特石漠化土壤中施用城市污泥的环境影响分析

城市污泥广泛用于土壤增肥,但其中的重金属、氮等污染物可能对土壤和地下水环境造成潜在影响。为探索污泥在喀斯特石漠化土壤中进行土地利用的可行性,分析了不同污泥质量分数的混配土壤重金属含量,以及熟化过程土壤淋溶液中重金属、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的含量。结果表明:(1)当混配土壤中污泥质量分数低于50%时,混配土壤中重金属均不超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)的农用地污染土壤风险筛选值;但总Cd在混配土壤中污泥质量分数为50%～75%时超标7.8%～32.8%,总Zn在混配土壤中污泥质量分数为75%时超标6.8%。(2)污泥质量分数为75%、熟化30d时,淋溶液中总Cu超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)Ⅳ类标准,其他情况下各重金属均不超标;土壤熟化过程中,混配土壤淋溶液中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮均不超标。污泥在石漠化土壤中进行土地利用时,建议污泥质量分数低于50%,熟化30d以上。     

复合介质渗透反应格栅去除地下水中的氨氮

针对受低浓度氨氮污染的地下水,实验筛选组合了不同的反应介质,利用串联的多介质填充柱模拟渗透反应格栅,通过物理吸附及生物硝化-反硝化作用来实现氮的去除。结果表明,在进水氨氮浓度为10 mg/L、流速为0.5 m/d的条件下,模拟柱对氨氮的去除率达到98%以上,且不会出现亚硝酸盐及硝酸盐浓度的升高。水体经过释氧柱后溶解氧由2mg/L升高至10 mg/L以上,表明释氧材料可提供硝化细菌所需的好氧环境。好氧柱中填充易于生物挂膜的生物陶粒及对氨氮有较强吸附能力的沸石,二者联用通过生物硝化-物理吸附协同作用实现对氨氮的去除,其中生物作用实现的氨氮去除量占总去除量的50%左右。后续厌氧反应柱填充海绵铁除氧并利用松树皮颗粒作为碳源,创造反硝化菌生长条件,硝酸盐氮浓度可由10 mg/L降低至5 mg/L以下,实现对好氧反应阶段所产生的硝酸盐的去除,避免了地下水的二次污染。     

水及废水中氮形态的分析

本综述介绍了自然界水中有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮分析方法的近况,并特别注意到了各种浓度水平时方法的精密度。氨氮根据所要求的精密度和所适用的浓度,氨氮的分析方法以可分为三个范围。为得到20微克/升以上氨氮的大概值,可采用不经予处理的直接纳氏试剂法。此法可适用于饮用水或色度、浑浊度小的较洁净废水等。在STANDARD METHOD(1971)(Standard Methods for the Examination 0f water and Wastewater,1971) (美国公共卫生协会法)中,将直接纳氏试剂法用于废水分析,一般认为可望使分析误差达到1～2毫克/升以内。直接纳氏试剂法由于干扰因素多,因而在US EPA METHOD     

纳米铁-微生物耦合体系去除硝酸盐的影响因素研究

采用液相还原法制备出纳米铁粒子,并与自养反硝化细菌耦合,以解决单独使用生物反硝化和纳米铁还原法的不足。本实验在纳米铁-微生物耦合体系可以有效还原硝酸盐的基础上,研究了pH、温度和DO等环境因素对该耦合体系脱氮速率和产物的影响,以期通过优化参数达到最好的脱氮效果。结果表明,该体系在中性条件下能够快速将硝酸盐还原,随pH升高,氨氮比例无显著变化,均在40%左右,但还原速率有所下降;随温度的升高,氨氮比例有所上升,而反应速率明显升高,但该体系在5℃时仍能将硝酸盐完全去除;耦合体系中的DO过高或过低都会导致产物中氨氮比例的增加,0.4 mg/L左右为较适宜DO水平,但对硝酸盐还原速率的影响不大,当DO为0.8 mg/L时,硝酸盐仍可以在8 d内完全去除。因此,该耦合脱氮体系对pH、温度和DO的适应能力较强,有利于实际地下水的原位修复。     

分段进水对人工快渗系统脱氮效率的影响

为提高人工快速渗滤系统（CRI）的处理效率,研究了分段进水方式下以河砂/钢渣（1#）和河砂/天然沸石（2#）为填料的两个快渗池中氮的垂直分布规律,以及对氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮及总氮四种形态的氮和CODMn的去除效果。结果表明,1#池、2#池采用2∶1的进水比例在表层下600 mm处分段进水对总氮的平均去除率分别为50.90%和45.93%,相对常规进水1#、2#池总氮去除率分别提高12.45%和12.23%,但对氨氮及CODMn的去除率影响较小;1#池、2#池采用1∶1的进水比例在表层下1000 mm处分段进水对总氮的平均去除率分别为47.80%和36.21%,相对常规进水1#、2#池总氮去除率分别提高9.35%和2.51%,但是对氨氮及CODMn的去除率大幅下降。CRI系统中不同形态氮、DO及ORP垂直分布特征显示表层为好氧环境,有利于有机物的分解及硝化作用,底层为缺氧环境,有利于反硝化作用的顺利进行。此外,相对于天然沸石而言钢渣对污染物具有更好的去污效果。本研究表明,选取适当的分段进水位置及进水比例是提高CRI系统对氮的去除率的有效途径。     

关中清灌区农田生态系统污染现状研究

对陕西关中地区清灌区土壤、粮食、地下水及农田退水中的重金属、含氮化合物等污染物进行了分析研究,结果表明：灌区土壤重金属含量在陕西土壤背景值范围内,主要粮食作物尚未受到污染（除F外）,但地下水已受到重金属、含氮化合物的污染。同时,灌区农田退水中三氮含量较高,直接排放渭河水体后,影响了渭河水质。另外还发现灌溉能减低土壤F污染。     

重庆市页岩气开采的浅层地下水污染风险评价

采用岩溶地下水评价模型的欧洲法完成重庆市浅层地下水脆弱性评价,以重庆市重点水污染行业空间分布为基础,结合区域页岩气井分布及开采量,完成重庆市浅层地下水污染源负荷评价。基于GIS设置叠置矩阵,实现重庆市页岩气开采浅层地下水污染风险评价。结果表明:重庆市浅层地下水固有脆弱性中等及以上区域面积29 065.4 km~2,占全市35.27%,主要分布在渝东北大巴山及渝东南武陵山地区;重庆市页岩气开采污染源负荷中等及以上区域面积29 124.98km~2,占全市35.35%,主要分布在中部涪陵区、渝西都市区及周边;浅层地下水污染中等及以上风险区域面积12 628.07km~2,占全市总面积的15.33%,其中页岩气规划开采区内面积8 450.86 km~2,占类型区面积的66.92%,占规划区18.38%,高风险区主要分布在渝中部涪陵及渝东南彭水局部、黔江局部及秀山等地,中等风险区呈分散分布。页岩气开采应尽量避开岩溶大泉、落水洞等高风险区域,强化防范地下水环境风险的措施,以保证区域地下水安全。     

缓释碳源净水基质吸附-生物协同脱氮的机理研究

以聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、玉米芯(Y)为原料制备了PVA-SA(基质Ⅰ)和PVA-SA-Y(基质Ⅱ),研究了缓释碳源净水基质的释碳性能、吸附性能、脱氮性能及机理。结果表明,基质Ⅰ、基质Ⅱ的释碳量分别为0.30～1.00、0.30～1.60mg/g,平衡吸附量分别为0.317 8、0.907 9mg/g,总氮平均去除率分别为10.90%、32.40%,Y疏松多孔的结构特征是提高基质Ⅱ吸附、脱氮性能的关键,高通量测序结果表明基质Ⅱ中脱氮单胞菌属(Denitratisoma)、食酸菌属(Acidovorax)等与反硝化顺利进行相关的菌种比例较高。基于脱氮过程中COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变化情况,提出了缺氧条件下基质的脱氮模型。根据模型计算,基质Ⅱ通过同化和反硝化削减的COD量与基质Ⅰ相似,通过吸附途径削减的氨氮比基质Ⅰ高11.2百分点,通过反硝化作用去除的硝酸盐氮比基质Ⅰ高43.0百分点。     

不同阳离子对Fe~0还原硝酸盐的影响

由于水中硝酸盐污染的普遍性、难去除性和对人体健康的潜在危害性而引起人们的广泛关注。通过批实验,考察了不同阳离子(Fe2+、Fe3+和Cu2+)对Fe0还原硝酸盐的影响。结果表明,由于加入阳离子可直接或间接地增加溶液中的Fe2+而都能促进硝酸盐的还原,作用顺序为Fe3+Fe2+Cu2+;Fe2+对硝酸盐的还原具有重要作用,并随着反应的进行,转化为铁氧化物附着在铁表面而降低铁的活性;硝酸盐还原的主要产物为氨氮,亚硝酸盐只在反应初期有少量积累,尤其是加Cu2+的体系中,但随后都很快降低;在所有体系中,检测到的三氮(NO3--N、NO2--N和NH4+-N)之和只占理论总氮的51.5%~82.6%;动力学分析表明,硝酸盐的还原在不加阳离子的体系中更符合一级反应,而加了阳离子的处理更符合Lo-gistic模型。本研究结果阐明了Fe2+对Fe0还原硝酸盐的重要性。     

城市生活垃圾和污泥混合堆肥中氮素变化规律研究

进行了不同比例的垃圾和污泥混合的高温好氧静态堆肥小试试验,主要研究了堆肥过程中全氮、氨氮、硝态氮、水溶性氮以及有机碳等的变化.结果表明,堆肥过程中有机碳、全氮和碳氮比呈下降趋势;堆肥产品中全氮与其初始浓度成正比,初始浓度越高,结束时全氮越高;碳氮比在整个堆肥过程中变化不大;氨氮的变化显著,堆肥23 d,3种比例的混合样品(垃圾和污泥体积比分别为9∶1、5∶1和3∶1)中的氨氮分别由堆肥前的11.1、10.9、10.5 g/kg下降到1.1、2.1、3.1 g/kg;水溶性全氮和水溶性氨氮的下降趋势明显,水溶性氨氮是构成水溶性全氮的主要成分,堆肥前期温度的上升引起水溶性全氮和水溶性氨氮的迅速下降;硝态氮和水溶性硝态氮的浓度低,变化小;氮素损失主要在第3～10天的堆肥高温期,污泥量越大,氮素损失越严重,氮素损失率最高达45%.     

基于农业生产胁迫下的地下水脆弱性评价与分析

以山东省农业大市济宁市为研究区,在充分考虑地下水埋深、含水层介质等7个典型影响因子的同时,将含水层厚度、污染物毒性、污染物迁移性、污染物降解性纳入评价体系,对国际主流DRASTIC模型进行了因子扩充。综合运用地理信息系统(GIS)空间分析、熵值权重等技术,建立了基于农业生产胁迫下的地下水脆弱性评价模型,并进行了定性的评价分析。结果表明:济宁市地下水脆弱性总体呈现由西北向东南递减的空间格局,统计得到脆弱性很高区域占总面积的8.16%;梁山县的农业生产胁迫严重,地下水脆弱性很高;微山县的地下水脆弱性较低,受污染风险较小。