松花江流域氮时空分布特征及源解析研究

松花江流域是我国氮污染较为严重的流域之一,为了研究松花江流域氮时空变化特征和主要来源,结合松花江流域2003-2018年国控断面NH₄+-N、TN及相关指标的监测数据和典型断面采样检测数据,采用季节性Kendall检验法分析了松花江流域ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的历史变化趋势,利用Origin 8.0软件绘制了ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的沿程分布图及水期规律图,并采用氮氧稳定同位素技术解析了水体中氮的主要来源.结果表明:①松花江流域城市污染排放对水体氮浓度具有较大影响,城市下游断面氮浓度远高于城市上游断面,并且松花江流域支流氮浓度高于干流.②时间维度上,松花江流域水体中不同水文期ρ（NH₄+-N）和ρ（TN）变化规律为枯水期>平水期>丰水期,ρ（COD_Mn）变化规律为枯水期 < 平水期 < 丰水期.③季节性Kendall检验法分析结果显示,松花江流域90.0%的断面ρ（NH₄+-N）呈下降趋势,62.5%的断面ρ（TN）呈上升趋势,且上升趋势断面主要集中在支流伊通河、阿什河上.④13个典型采样断面δ15N-NO₃（硝酸盐氮同位素）和δ18O-NO₃（硝酸盐氧同位素）值域范围分别为1.52‰~11.15‰、-13.82‰~1.32‰,水体氮主要来源于含氮肥料、土壤侵蚀造成的有机氮输入以及人畜排泄物和城市生活污水输入.研究显示,近15年来松花江流域干流水体氮污染情况呈好转趋势,但重要支流水体氮污染仍严重,城市污染排放是流域水体氮污染的重要影响因素之一,需要加强对城市生活污水及化肥和粪肥等农业面源输入的管控.      

埃格草(Egeria densa)对铵氮胁迫的生长和生理响应

为了解富营养水体中NH₄+-N胁迫对埃格草（Egeria densa）的影响,通过室外模拟试验,研究了埃格草在不同ρ（NH₄+-N）（0、0.5、2.0 mg/L）下的RGR（relative growth rate,相对生长率）、R/S（root/shoot ratio,根冠比）、w（SC）（SC为可溶性糖,soluble sugar）、w（淀粉）、w（蔗糖）、w（FAA）（FAA为游离氨基酸,free amino acid）、w（NH₄+-N）和w（NO₃--N）的变化.结果表明:随着外源ρ（NH₄+-N）的增加,埃格草的RGR和R/S呈降低的趋势,并且在ρ（NH₄+-N）为2.0 mg/L时显著降低（RGR为P < 0.001,R/S为P < 0.05）;埃格草中w（SC）和w（淀粉）在ρ（NH₄+-N）为0.5和2.0 mg/L下有不同程度显著降低[w（SC）为P < 0.01和P < 0.001,w（淀粉）为P < 0.001和P < 0.05],w（蔗糖）在ρ（NH₄+-N）为2.0 mg/L时显著降低（P < 0.001）;w（FAA）和w（NH₄+-N）有随外源ρ（NH₄+-N）升高而升高的趋势,并且在ρ（NH₄+-N）为2.0 mg/L时升高显著[w（FAA）为P < 0.01,w（NH₄+-N）为P < 0.05];w（NO₃--N）在ρ（NH₄+-N）为0.5和2.0 mg/L下有不同程度显著降低（P < 0.01和P < 0.001）.相关分析表明,w（SC）、w（淀粉）和w（蔗糖）之间呈显著正相关,三者与w（FAA）和w（NH₄+-N）之间均呈显著负相关,而与w（NO₃--N）呈显著正相关;w（FAA）和w（NH₄+-N）呈显著正相关,而二者与w（NO₃--N）均呈显著负相关.研究显示,NH₄+-N影响埃格草的生长,导致C-N代谢的不平衡.      

瞬时NH4+-N冲击对微压反应器污染物去除效果的影响

探究NH₄+-N冲击对微压反应器(MPR)污染物去除效率的影响,通过提高单周期瞬时进水NH₄+-N浓度至40,50 mg/L,对MPR进行冲击。结果表明:常规负荷下,MPR具有良好的污染物去除效果。冲击周期降解历时数据显示,在进水40 mg/L NH₄+-N冲击周期内进水ρ(COD)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TP)分别为192.58,40.96,2.52 mg/L,出水分别为38.16,0.70,0.26 mg/L,去除效果无显著变化,出水TN浓度上升至16.04 mg/L。增加NH₄+-N冲击浓度至50 mg/L,冲击周期内NH₄+-N降解速率不变,反硝化速率提高,出水ρ(NH₄+-N)、ρ(TN)升高至4.95,17.62 mg/L,TN降解主要受碳源不足影响;TP去除效果无变化,冲击后57个周期内除磷系统受到影响,出水TP出现较大波动,最高浓度达到2.6 mg/L。以上结果表明,MPR系统受到NH₄+-N冲击后1个周期内,脱氮性能即可恢复,说明冲击对脱氮系统造成了可逆的短期影响,但对除磷系统造成不可逆的长期影响。     

富营养条件下不同形态氮对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的生理影响

在实验室条件下,研究了在富营养水平(ρ(TN)为4.0 mg/L,ρ(TP)为0.2 mg/L)下不同ρ(NH₄+-N)/ρ(NO₃--N)(4/0,5/1,1/1,1/5,0/4)对沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)生理生化的影响,以期阐明富营养化水体中不同形态氮对沉水植物的影响.结果表明,不同ρ(NH₄+-N)/p(NO₃--N)对轮叶黑藻的生理活动和生长具有明显的影响,随着培养液中ρ(NH₄+-N)比例的上升,尤其当ρ(NH₄+-N)/ρ(NO₃--N)＞1时,轮叶黑藻的相对生长率、叶绿素含量和可溶性糖含量明显下降,谷氨酰胺合成酶(GS)和过氧化物酶(POD)活性升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性下降,蛋白质含量降低.当水体中铵盐含量上升到一定比例时对轮叶黑藻产生的胁迫作用,影响了其生理功能,抑制其生长.      

不同填埋结构渗滤液中的氮动态变化特性

建立了准好氧和厌氧的垃圾填埋模拟试验装置,研究了渗滤液中ρ(NH₄＋-N),ρ(NO₃－-N),ρ(NO₂－-N)和ρ(TN)的动态变化特性. 结果表明:装入模拟装置的城市生活垃圾,经过12个月的降解后,准好氧填埋结构渗滤液中的ρ(NH₄＋-N)和ρ(TN)显著下降,分别降至945和986 mg/L,下降率(分别为79.2%和77.3%)远远大于厌氧填埋结构;ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)变化波动较大,在第25～31周时,NO₃－-N与NO₂－-N都有一个累积的过程;厌氧填埋结构中,ρ(NH₄＋-N)由初始的4 599 mg/L降至2 812 mg/L,ρ(TN)则降至2 859 mg/L,其降解效果远不如准好氧填埋,而ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)较低,波动不大.      

奎河河水入渗对河岸带地下水氨氮和硝酸盐氮浓度的影响

为研究不同水文期河水与河岸带地下水的水量补给关系,以及河水中的氮污染物对河岸带近岸地下水水质的影响,选取了安徽省宿州市杨庄乡的奎河断面作为研究对象,基于氢氧同位素示踪技术、末端元混合模型、Pearson相关性分析和多元线性回归方法,分析河水、上游潜水等补给源对近岸含水层的ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）的影响,并构建河岸带地下水氮浓度预测模型.结果表明:①平水期至丰水期期间河水与地下水的补给来源主要为大气降水,河水始终补给河岸带地下水,其中,河水对潜水层及弱承压层的补给率分别为10.87%~49.74%和0~19.78%.②空间分布上,ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）均表现为河水>近岸潜水>近岸弱承压水,且在地下水中均呈现由河流向两岸递减的关系.③近岸潜水层与弱承压层的ρ（NH₄+-N）均随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高,近岸潜水层的ρ（NO₃--N）随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高.④相比于ρ（NO₃--N）,多元线性回归模型更能准确地预测近岸潜水层与弱承压层ρ（NH₄+-N）在ORP、ρ（DO）、河水ρ（NH₄+-N）贡献量,以及上游潜水ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）贡献量综合影响下的变化趋势.研究显示,河水与上游潜水的线性混合是造成河岸带地下水氮污染的重要途径,河流氮污染防治措施将为河岸带地下水水质提供重要保障.      

绿潮硬毛藻分解对天鹅湖水体氮磷水平的影响

为了解绿潮硬毛藻衰亡分解对上覆水体营养水平的影响,以荣成天鹅湖不同湖区的沉积物和暴发的硬毛藻为试材,通过室内模拟研究了藻类分解过程中水体氮磷水平及理化性质的变化,并评价了不同湖区沉积物中氮磷的释放潜力.结果表明:硬毛藻衰亡分解使上覆水体中ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)均明显上升,并且前期(0~16 d)上升较快,ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)最高分别可达12.40和7.98 mg/L;水体中ρ(TP)和ρ(SRP)表现为前期变化不大,19 d后大幅增加,含量变幅分别为0.02~1.14和0.01~0.40 mg/L.在试验中后期(约16 d后),不同湖区沉积物处理的水体中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TP)、ρ(SRP)均表现为有沉积物含藻处理>无沉积物含藻处理>有沉积物无藻处理.在藻分解的条件下,不同湖区沉积物的氮磷释放能力存在很大差异,氮释放量的顺序为湖中心>西北部>南部,而磷表现为西北部>湖中心>南部.在硬毛藻绿潮的衰亡阶段,由于初期藻体营养盐的直接释放和后期促进沉积物内源释放的间接影响,水体中ρ(TN)和ρ(TP)均明显增加,进而加重了天鹅湖水体的富营养化水平.      

环境治理工程对蠡湖水体中氮空间分布的影响

为评估蠡湖水环境治理工程措施对蠡湖水体营养状况的影响,于2012年4月及10月对蠡湖湖区及环湖河口共64个采样点进行了采样及分析,探讨了水体及表层沉积物中各形态氮的空间分布特征及其影响因素. 结果表明:蠡湖上覆水中ρ(TN)为0.82~3.20mg/L,平均值为1.35mg/L;间隙水中ρ(DTN)为1.28~5.36mg/L,平均值为2.51mg/L. 上覆水和间隙水分布趋势均为自西向东递增,并且环湖河口ρ(TN)显著高于湖区. 研究期间蠡湖NH₄+-N平均扩散通量为4.80mg/(m2·d),并且NH₄+-N扩散通量与表层沉积物中w(TN)和w(E-NH₄+-N)呈显著正相关. 2003年以来,经过一系列水环境治理工程后,蠡湖水质改善较为明显,但仍未从根本上解决蠡湖的富营养化问题,因此在外源污染得到严格控制的情况下,需加强对蠡湖水体沉水植物的恢复,优化调控蠡湖目前的生态系统结构.      

低温对亚硝化颗粒污泥系统的影响特性

考察了温度变化对亚硝化颗粒污泥反应器的长期和短期影响特性,结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为（35.8±5.2）mg/L、水力停留时间为2.0 h以及运行温度为7~17℃的条件下,反应器保持着95%的亚硝化率和0.18~0.25 kg/（m3·L）的NH₄+-N去除负荷;反应器中较低的ρ（DO）∶ρ（NH₄+-N）（<0.25）是实现亚硝酸盐氧化细菌（NOB）有效抑制的关键因素;长期低温运行造成颗粒污泥比NH₄+-N氧化速率（SAOR）从（237±14）g/（g·d）下降至（93±11）g/（g·d）,但颗粒污泥中氨氧化细菌（AOB）的活化率（实际SAOR与最大SAOR之比）从48%升至约85%。批式实验结果表明,在7.1~28℃的短时温度变化内,亚硝化颗粒污泥NH₄+-N氧化反应的温度系数（θ）和活化能（E_a）分别为1.042~1.063,29.7~41.9 kJ/mol,均显著低于同等条件下絮体污泥的数值,表明颗粒污泥AOB比絮体污泥AOB具有更好的抗温度冲击能力。该研究结果可为基于颗粒污泥的高效城市污水亚硝化技术提供参考。     

2010年洱海全湖氮负荷时空分布特征

为探讨不同来源的氮负荷对洱海水体富营养化的贡献,对洱海入湖河流、干湿沉降和沉积物内源等来源的氮的负荷、形态及其时空变化特征进行了研究. 结果表明:与2008年相比,2010年洱海入湖TN负荷下降了28%. 入湖河流是TN负荷的主要来源,占总入湖负荷的37%;入湖河流TN负荷与ρ(TN)、ρ(Chla)呈极显著正相关;入湖河流TN负荷以NO₃--N为主,占39%. 入湖河流氮负荷季节性变化明显,7月最高;区域性差异较大,北部3条河流是主要来源,其中弥苴河入湖TN负荷占入湖河流TN负荷的57%. 沉积物内源TN负荷占总入湖负荷的29%,NH₄+-N负荷占内源TN负荷的98%,并且与水体ρ(Chla)呈显著正相关. 沉积物中TN和NO₃--N扩散通量北部湖区最高,NH₄+-N扩散通量南部湖区最高;TN扩散通量9月最高、12月最低. 干湿沉降入湖TN负荷以NH₄+-N为主,季节性变化明显,6月最高. 控制洱海外源入湖氮负荷,应以雨季之初为关键时期,以弥苴河及其流域为重点区域,兼顾坝区农业种植结构调控,同时应加强湖泊水体生态修复,控制内源释放.      

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合, 系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(COD_Cr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(COD_Cr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;COD_Cr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3·d). 与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 　L/d,占系统COD_Cr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.      

UASB-MBR组合工艺处理模拟黄连素废水

采用升流式厌氧污泥床-膜生物反应器(UASB-MBR)组合工艺处理模拟黄连素废水,模拟废水中有机污染物由葡萄糖和黄连素配制,以葡萄糖作为初级能源物质,通过微生物协同降解作用去除废水中的黄连素.在水力停留时间(HRT)为24 h,进水ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(黄连素)分别为1 717～4 393,91.8～158.7和64.4～276.8 mg/L,废水中黄连素的ρ(COD_Cr)贡献率为7.5%～25.0%的条件下,组合工艺可实现ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(黄连素)的去除率分别为92.5%～95.9%,67.0%～98.9%和99%以上,废水中黄连素主要通过UASB去除,去除率为95.2%～98.9%.在进水COD_Cr负荷为0.54～1.88 kg/(m3·d),黄连素负荷为0.71～12.42 g/(m3·d)的条件下,MBR可保证出水ρ(COD_Cr),ρ(黄连素)和ρ(NH₄+-N)分别低于50,1.0和2.0 mg/L;随着MBR进水ρ(黄连素)升至3.45～12.42 mg/L,在黄连素的微生物毒性胁迫作用下,MBR中污泥呈由分散态向聚集态的转变.      

丹江口水库水体氮的时空分布及入库通量

为解析丹江口水库水体氮的时空分布特征及主要污染来源,以丹江口库区及主要入库河流为研究对象,分析了水体氮的空间分布、季节及年际变化;利用回归分析,解析了氮污染驱动因素;并估算了入库河流氮通量及对库区氮污染负荷的贡献率. 结果表明:研究区水体ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)分别在0.07~16.73和0.01~10.65 mg/L之间,年均值分别为2.34和0.71 mg/L,空间分布呈入库河流高于库区的趋势;季节特征表现为春季、冬季>秋季>夏季. 2005—2014年库区水体ρ(TN)整体呈先升后降的趋势,其中取水口陶岔断面ρ(TN)上升较快,2012年较2007年增加了1.5倍,2013年开始ρ(TN)有所下降,但仍然维持在较高水平. 近10年来库区水体ρ(NH₄+-N)始终维持在较低水平. 神定河、犟河、泗河、剑河等环库支流河口氮污染最严重,城镇化是造成流域水体氮污染的主要驱动力. 汉江TN入库量贡献最大,占63.0%,其中境外来水TN入库量占总量的59.2%,为达到丹江口水库生态环境保护要求的Ⅲ类水质(GB 3838—2002《地表水环境质量标准》)目标,汉江TN需削减量为16 715.0 t/a. 境内河流中,环库河流的TN入库量最大,其中泗河、老灌河、神定河、金钱河、犟河和天河等TN入库量较大,TN需削减量分别为 2 286.7、2 197.7、1 493.6、1 106.9、979.1和728.9 t/a.      

活性污泥及其与秸秆共基质的厌氧消化特性

为分析秸秆对污泥厌氧消化特性的影响,在中温[（35±1）℃]条件下,研究了活性污泥单基质及其与秸秆共基质在SRT（固体停留时间）分别为10和15 d,以及C/N（质量比）分别为5.5:1、10.0:1的情况下,厌氧消化产沼气量及其组分、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）、ρ（COD_Cr）及ρ（VFA）[以ρ（乙酸）计,其中VFA为挥发性短链脂肪酸]的变化特性.结果表明:活性污泥-秸秆共基质厌氧消化在SRT为10、15 d时,累积沼气产量为5 818.0、9 026.0 mL,比活性污泥单基质的沼气产量（4 930.0、7 760.0 mL）分别提高了15.3%、14.0%;共基质所产沼气中φ（CH₄）最高为69.3%,比活性污泥单基质高出15.4%.此外,在SRT为10和15 d时,活性污泥-秸秆共基质厌氧消化COD_Cr去除率分别为25.0%和28.0%,优于单基质的10.2%和13.1%;共基质平均ρ（NH₄+-N）分别为278.5和254.9 mg/L,单基质平均ρ（NH₄+-N）分别为215.6和213.5 mg/L;活性污泥-秸秆共基质平均ρ（TP）分别为168.6和175.9 mg/L,高于活性污泥单基质的129.2和152.2 mg/L.共基质有利于厌氧消化液中有机物的提高,从而增加ρ（VFA）、提高甲烷产量.研究显示,共基质可优化厌氧消化底物的C/N,促进厌氧消化反应,提高产气量.      

淮河流域(河南段)水质时空变化特征及其与土地利用类型的关系

水质的定量评估有利于地方政府制定和实施水污染防治政策.为研究近期淮河流域行政区划尺度上水质的时空变化特征及其受土地利用类型的影响,以淮河流域（河南段）为研究区,根据2009-2017年31个水质站点的水质周测浓度,结合土地利用遥感监测数据,利用季节性Mann-Kendall趋势检验法及Spearman相关分析法,对ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TP）的时空变化特征及其与土地利用类型的相关性进行分析.结果表明:①在时间上,ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TP）在大部分地区呈下降趋势,但各水质指标依然较高,ρ（COD_Cr）和ρ（TP）在丰水期略高于枯水期,ρ（NH₄+-N）在枯水期高于丰水期.②在空间上,水污染比较严重的有沱河、浍河、惠济河、涡河、贾鲁河、清潩河、颍河中游、黑茨河、汾泉河和洪汝河,大部分站点为GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类或Ⅴ类水质,部分站点甚至属于GB 3838-2002劣Ⅴ类水质;而颍河上游、北汝河、沙河、淮河干流及史灌河的水质较好,基本属于GB 3838-2002Ⅰ类或Ⅱ类水质.③土地利用类型与水质之间的相关性表现为ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）与旱地和城镇面积占比均呈正相关,与林地、草地和荒地面积占比均呈负相关,与水域面积占比也呈负相关但不显著.研究显示,淮河流域（河南段）水质有所改善,但部分地区水污染问题仍然比较严重,旱地与城镇用地是造成研究区水污染的主要原因,林地、草地、荒地和水域能够缓解水污染.