NO-3和NO-2作为电子受体时的反硝化除磷实时控制

采用SBR厌氧/缺氧运行方式,研究了NO^-₃和NO^-₂作为电子受体时的反硝化除磷效能及ORP与pH作为反硝化除磷过程控制参数的可行性.结果表明,反硝化除磷过程中COD、磷酸盐、电子受体浓度与体系pH和ORP的变化具有较强的相关性.在厌氧阶段,当释磷结束时,pH值平台的出现指示了释磷的结束;在缺氧阶段,吸磷结束后,ORP出现拐点,标志着缺氧吸磷的完成.另外,考察了2种电子受体（NO^-₃和NO^-₂）反硝化除磷的效能.在以NO^-₃为电子受体的反应中,在缺氧初期30 min反应中,平均摄磷速率为32.68 mg/(L·h),每吸收1 mg PO^3-₄-Ｐ 约消耗1.14 mg NO^-₃-Ｎ.在以NO^-₂为电子受体的反应中,在缺氧初期30 min反应中,平均摄磷速率为17.66 mg/(L·h),每吸收1 mg PO^3-₄-Ｐ 约消耗1.57 mg NO^-₂-Ｎ.综上,提出pH和ORP可以作为2种电子受体（NO^-₃和NO^-₂）反硝化除磷的实时控制参数,并且,以NO^-₃为电子受体系统在摄磷方面优于NO^-₂电子受体系统.     

O2、NO-3、NO-2为电子受体的生物除磷比较

通过平行运行3个分别以O₂、NO^-₃、NO^-₂为电子受体的SBR除磷系统,探讨了反硝化除磷区别于好氧除磷的工艺特征及其内在微生物竞争机制.NO^-₂不会对经驯化后反硝化聚磷菌（DPAO）的缺氧吸磷产生直接抑制作用,但其作为反硝化除磷电子受体的效能远低于NO^-₃;具备利用NO^-₃而缺乏NO^-₂反硝化酶系的DPAO（DPAO₅）流失及聚糖菌（GAO）增殖是根本原因.而NO^-₃是一种高效电子受体,其反硝化除磷效能与以O₂为受体的好氧除磷系统相当,两者在除磷计量学和功能菌群构成上十分接近.作为聚磷菌（PAO）的竞争者,GAO在3个研究系统中均大量存在.基于对不同电子受体的利用能力,PAO包含P_O、P_N、P_n、P_Nn、P_ON、P_ONn等6个种类.P_ON和P_ONn等兼性PAO是生物除磷的主体,其在污泥中比例越高,系统的除磷负荷也越大,即SBR_o＞SBR_n5＞SBR_n3.     

岩溶易旱区地下水水文地球化学特征及其控制因素——以兴仁县为例

地下水是岩溶易旱区极其重要的水资源,是当地生态环境和人类生存的基本保障。通过收集整理岩溶易旱区兴仁县地下水水化学数据,分析与研究,发现岩溶易旱区地下水的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶蚀,水化学类型主要为HCO_3-Ca型和HCO_3-Ca·Mg型,部分地区由于受到岩层中石膏夹层溶解的影响,水化学类型为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-等离子受流经区域地层岩性和水-岩相互作用的影响,表现出显著的区域性特征,属自然来源;K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-等指标与人类活动关系密切,SO_4~(2-)受水-岩相互作用和人类活动共同影响。岩溶易旱区地下水水文地球化学容易受到人为活动的干扰且日趋明显,降低人为活动对岩溶地下水的影响是确保岩溶易旱区地下水环境及饮水安全的关键。     

岩溶洞穴系统CO2迁移特征及其环境耦合关系研究

作为岩溶地下空间特有的窗口,洞穴CO₂通常较高且补给过程复杂,研究洞穴CO₂不仅有利于探明岩溶系统CO₂三相运移过程,对寻找遗漏碳汇也具有积极意义。为了研究不同季节下岩溶洞穴系统各层CO₂变化特征,揭示其迁移路径,进一步探究洞穴系统CO₂来源,对不同季节麻黄洞上覆土壤、洞穴滴水及洞穴空气CO₂进行密集监测,结合数理统计及相关模型对数据进行分析。结果表明:(1)麻黄洞洞穴系统各层CO₂存在雨季高旱季低的季节特征,作为主要补给源,土壤CO₂在各层CO₂变化中发挥重要的作用,通风效应影响洞穴CO₂浓度的变化。(2)pCO_2(H)计算结果表明,麻黄洞内滴水点存在不同的补给过程,除上覆土壤CO₂补给外,还存在表层岩溶带的补给。(3)模型分析表明,麻黄洞洞穴滴水全年均处于脱气状态,使洞内发生沉积,形成洞穴沉积物。分析洞穴系统上各层CO₂运移特征,为寻找遗失碳汇以及岩溶地区碳循环研究提供科学参考。     

亚热带土壤反硝化过程中NO-3-N对CH4排放的影响

研究了发育于不同成土母质和不同土地利用方式下的45个亚热带土壤样本,在反硝化严格厌氧培养条件下（密闭、淹水、充N₂）,加入KNO₃的处理（加入N量为200 mg·kg^-1）和不加KNO₃的空白对照对CH₄产生和排放的影响.结果表明,厌氧培养条件下无论加入KNO₃与否,CH₄的产生和排放首先取决于土壤有机碳总量水平及其有效性.对照土壤中花岗岩母质发育的土壤和KNO₃处理土壤中稻田利用方式下的土壤CH₄排放量最高.加入KNO₃显著抑制了CH₄的产生和排放,NO^-₃-N对CH₄产生的抑制效应可能较N₂O对CH₄产生的抑制效应更大.加入KNO₃处理中厌氧培养第1周内的NO^-₃-反硝化量和降低速率是决定CH₄排放量的关键因素.不加KNO₃的对照土壤中,73％的土样表现为 Fe²⁺的产生和CH₄的排放之间呈指数关系增长,表明Fe³⁺和CO₂的还原可同步进行.NO^-₃-N不仅显著抑制了CH₄的产生和排放,也抑制了Fe³⁺的还原.     

间歇曝气对硝化菌生长动力学影响及NO-2积累机制

采用间歇曝气方法处理低氨氮浓度生活污水,在SRT 10、 5、 2.5和1.25 d条件下,SBR反应器出水中NO^-₂含量（以N计,下同）为18、 19、 14和5　mg/Ｌ,积累率达到73%、 85%、 91%和78%,而连续曝气SBR仅为14%、 21%、 31%和34%;同时氨氮去除率维持在97%、 95%、 76%和39%,与连续曝气SBR的92%、 97%、 71%和47%相当.对硝化菌的生长动力学分析表明,在间歇曝气硝化系统中,氨氧化菌（AOB）可以通过产率系数（Y_AOB）的增加来提高自身在反应器中的绝对生物量,并补偿因间歇曝气引起的比底物利用速率下降,从而使比增殖速率（μ_m）和NH⁺₄的氧化速率不变.与此相反,亚硝酸盐氧化菌（NOB）却不具备这种补偿特性,导致其μ_m和对NO^-₂氧化速率降低,引起了NO^-₂在出水中积累.     

3,5-二甲基吡唑对尿素氮转化及NO-3-Ｎ淋溶的影响

采用室内培养和田间试验相结合的方法,探讨了新型硝化抑制剂3,5-二甲基吡唑（DMP）对尿素氮转化及玉米田硝酸盐淋溶损失的影响.结果表明,DMP对尿素水解仅起短暂的抑制作用,但可在较长时间内显著抑制土壤铵的氧化,且随DMP用量的增加,抑制效应显著增强.培养第10 d时,DMP各处理 （0.002?5、0.01 及 0.025 g/kg）的土壤NH₊₄-Ｎ累积量分别比CK提高了5.17、9.36和11.04倍,而NO^-₃-Ｎ累积量于培养第14 d时差异最大,与CK相比分别降低了33.30%、61.19%和73.72%（p<0.01）.土壤NO^-_2-Ｎ只在尿素施用前期有少量累积,但第3 d DMP各处理土壤NO^-_2-Ｎ含量降低幅度达95.77%～96.13%;土壤矿质氮总量于10 d以后,随DMP用量的增加,显著降低,而DMP1处理的土壤微生物量N在培养14～56 d期间显著提高.连续2 a的玉米田间试验原位取土测定结果表明,2004和2005年,DMP的施用使作物根系密集层以下（40～100 cm）土层的NO^-₃-Ｎ累积总量分别比CK降低了28.77%和44.70%.因此,硝化抑制剂DMP与尿素配合施用是调控氮素转化、缓解氮肥污染的有效措施.     

土壤CO2浓度变化特征及其对岩溶碳循环的影响

为探究土壤CO₂浓度变化特征及其对岩溶碳循环的影响,于2018年6—12月对重庆市南川区后沟泉水化学及泉域上覆土壤CO₂(监测点土地利用类型为玉米-油菜轮作地)进行为期7个月的连续监测和采样,并结合1—5月的监测数据,定量分析旱雨季土壤CO₂浓度与岩溶碳汇量的季节性演变特征及二者的相互关联性. 结果表明:①土壤CO₂浓度具有显著的季节性变化特征,主要表现为雨季较高、旱季较低,其最高值和最低值分别出现在9月(13 316 μmol/mol)和1月(2 262.63 μmol/mol). ②温度与土壤CO₂浓度之间存在较强的正相关关系(R2=0.82,0.0012浓度之间不具相关性(R2=0.17,P>0.5),说明土壤CO₂浓度主要受温度的影响. ③泉水Ca2++Mg2+、HCO₃?浓度在雨季明显高于旱季,而水体CO₂净消耗量在旱雨季无较大差异,这可能是由于受土壤CO₂效应、降水稀释效应和H₂SO₄/HNO₃释放CO₂的共同影响. 研究显示,土壤CO₂浓度的变化特征表现为季节性差异,但在土壤CO₂浓度及外部环境的多重影响下,岩溶碳循环的季节性变化并不明显.      

川东平行岭谷区典型岩溶含水系统中NO3-的存储和运移

为了研究NO3-在岩溶含水系统中的存储和运移规律,对降雨条件下重庆川东平行岭谷区青木关地下河系统的水化学动态进行在线监测和高密度采样测试,结合NO3-的月动态变化,并利用主成分分析方法.结果表明,降雨期间地下河中的NO3-与全Fe、全Mn、Al3+是两组不同来源的元素,在含水系统中表现出不同的地球化学行为.NO3-从地表输入后随土壤水下渗存储于岩溶非饱和带的裂隙、孔隙和溶隙等含水介质中,而全Fe、全Mn、Al3+则是地表受雨水侵蚀的土壤随地表径流通过落水洞、竖井等通道,以集中流的形式灌入地下河造成的.进而将NO3-在岩溶含水系统中的运移过程分为输入存储、快速输出和再输入存储这3个理想的阶段.在外部条件大致相同的情况下,非饱和带的岩溶发育程度是影响降雨期间地下河中NO3-浓度变化的关键因素.降雨条件下存储于非饱和带的NO3-很容易被释放出来,破坏地下水生态环境,严重威胁着当地群众的健康安全.需要加强岩溶生态系统管理工作,改善土地利用方式,科学施肥,有效控制地下水营养成分的地表输入.     

基于电化学传感器的大气NO2与O3监测研究

利用四电极电化学传感器开展大气NO₂和O₃监测研究.为解决温度和湿度对传感器响应的影响问题,提出了一种具有温湿度补偿与零点校正功能的大气NO₂和O₃测量结果校准模型,通过活性炭吸附特性获得干净的背景气体,实现传感器准确的零点校正,并利用实验系统实测数据结合多元线性回归方法获得校准模型参数.首先对传感器线性响应特性进行了测试,发现O₂和O₃的测量灵敏度分别为3.889 ppbv·mV^-1和4.107 ppbv·mV^-1.同时,在合肥西郊科学岛开展了为期2 d的大气NO₂和O₃连续观测,发现两者的浓度分别为0~30 ppbv和2~100 ppbv.最后将传感器观测结果与NO_x/O₃分析仪测量结果进行了回归分析,发现两者测得的NO₂线性拟合斜率为0.9701±0.0182,R²为0.8378,测得的O₃线性拟合斜率为0.9850±0.0101,R²为0.9431.研究表明,校准后的电化学传感器可用于大气NO₂和O₃的长期监测,可为推动大气环境监测技术发展提供新的思路.     

鄂西丹水流域岩溶水流系统圈划与结构模式

鄂西丹水岩溶流域内碳酸盐岩与非碳酸盐岩的组合关系复杂,地表水与地下水的转化频繁,岩溶水资源开发利用评价难度极大.为服务后续岩溶区水资源开发利用和保护规划的编制,通过水文地质现场调查和分析的方法,在地球系统科学和水循环理论的指导下,提出丹水流域岩溶水流系统的划分方法.该方法遵从完整性和级次性原则,按照从整体到局部、从空间...     

淮南潘谢矿区岩溶水化学特征及其形成机制研究

淮南煤田深部煤层开采受其下部岩溶水害的干扰,分析其化学组分分布规律、探讨其形成过程,可为水害防治提供一定的理论指导。本文以淮南潘谢矿区太原组岩溶含水层为研究对象,通过分析其水文地质背景,采用多元统计、水化学组分、水文地球化学反向模拟等方法,对该区两个次一级水文地质单元的水化学组分进行分析。结果表明：受挤压-拉张作用下的古地貌是影响古地下水补、径、排的重要因素;Ⅰ区、Ⅱ区阴、阳离子均以Cl^-、Na⁺+K⁺为主,但Ⅱ区中HCO₃^-占比较大,且Ⅰ区SO₄^2-含量大于Ⅱ区;受局部开放的氧化环境影响,Ⅰ区主要以阳离子交换作用为主,存在黄铁矿氧化,而Ⅱ区以阳离子交换作用与黄铁矿的氧化为主,为还原环境,但逐步向部分氧化环境转变;长期的矿山开采活动使得区内岩溶地下水流系统发生持续改变,也是影响单元间岩溶水质产生差异性的重要因素。     

一种新型电化学法处理硝态氮废水的初步研究

通过对Pd-Me双金属催化还原NO 3--N和折点氯化法处理NH 4+-N的相关理论分析,提出了一种基于电化学法的新型NO 3--N废水处理工艺.即利用具有电子空轨的常见金属元素修饰Ti基获得催化阴极,在电场的作用下,将NO 3--N催化还原;通过调整催化元素的配比和电解条件,控制NO 3--N还原产物主要为NH 4+-N;利用阳极氧化Cl-生成高氧化性物质HOCl,将NH 4+-N氧化为无害产物N2-N.结果表明,金属元素Co和Cu修饰Ti基制得阴极可以有效地催化还原模拟废水中的NO 3--N;按前驱物溶液金属元素摩尔比1∶1制得Ti基Co-Cu复合涂层催化阴极,可以将NO 3--N高效催化还原为NH 4+-N;电解体系中引入Cl-后,通过阳极作用可将NO 3--N还原生产的NH 4+-N有效地氧化为N2-N.在100 mg/L NO 3--N模拟废水中添加1 000 mg/L Cl-,设置极板间距6 mm、电流400 mA,电解2.5 h后出水NO 3--N、NO 2--N、NH 4+-N和TN分别为2.9、0.5、1.7和6.0 mg/L.     

好氧反硝化细菌的筛选鉴定及处理硝酸盐废水的研究

采用污泥驯化手段富集好氧反硝化细菌,将得到的驯化污泥分离纯化,共得到5株好氧反硝化细菌.f1、f2、f3、f5和f7的TN去除率为90.4%、 91.2%、94.6%、95.6%和97%,表现出较好地去除总氮的能力.经过生理生化鉴定和16S rDNA测序, 建立了系统发育树,可基本确定分离的菌株f1、f3和f5为Pseudomonas sp., 分离菌f2和f4为Paracoccus sp..采用筛选的5株好氧反硝化细菌建立连续流反应器.在反应器进入稳定运行阶段时,可以观察到系统对于硝酸盐的去除率稳定在98.16%左右.表现出较好的硝酸盐去除效果,出水亚硝酸盐含量一直维持在较低的水平,其最大值不超过3.56　mg/L.COD的平均去除率为87.24％,基本实现了同一反应器中有机物和硝酸盐的共同去除.     

亚热带典型岩溶溪流水气界面CO2交换通量变化过程及其环境影响

具有较高水体CO_2分压(p CO_2)的岩溶地下水出露地表后常与大气形成较高的正向CO_2浓度梯度,因此评价岩溶水体水气界面CO_2交换通量对于岩溶碳循环过程研究具有重要意义.本文以广西柳州官村地下河补给的地表溪流为研究对象,详细讨论了岩溶溪流水-气界面CO_2交换通量.使用静态箱法和手持式二氧化碳测量仪GM70对脱气通量进行检测,结果表明,溪流的CO_2交换通量以脱气为主,地下河出口(G1点)脱气通量变化范围为139.48~890.84 mg·(m~2·h)~(-1),平均值为445.72mg·(m~2·h)~(-1),溪流下游(G2点)脱气通量变化范围为16.54~844.18 mg·(m~2·h)~(-1),平均值为159.81 mg·(m~2·h)~(-1),脱气通量的时空变化特征表现为雨季要大于旱季,地下河出口地区要大于下游地区.溪流CO_2脱气会对附近空气中CO_2气体碳同位素(δ~(13)C-CO_2)产生影响,使溪流附近空气中CO_2气体碳同位素(δ~(13)C-CO_2)值逐渐偏负,并表现出明显的时空变化,即δ13C-CO_2雨季偏负于旱季,G1点δ~(13)C-CO_2偏负于G2点.并且由于脱气作用的进行,溪流的水化学性质沿流程变化,表现为HCO-3沿流程逐渐降低,p H值升高,电导率降低,p CO_2沿流程递减,常见碳酸盐矿物的饱和指数SIc逐渐升高,δ~(13)C-DIC值逐渐偏正.