基于31P-NMR与SMT方法的海河流域典型河流沉积物中磷形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法和SMT分级方法,对比研究了海河流域典型人工河流子牙新河和滏阳新河、自然河流子牙河表层沉积物中磷形态.结果发现,两条河流沉积物中TC、TN、TP含量均很高,且相关性显著,污染较重且具有同源性.沉积物中总磷在568.2~9171.9mg·kg-1之间,其中以HCl-P为主,占总磷的25.5%~81.8%之间,其次为NaOH-P,所占比例为9.3%~55.5%.使用~(31)P-NMR技术在沉积物中共检测到7类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)、膦酸盐(Phon-P)及多聚磷酸盐(Poly-P).Ortho-P和Mono-P分别为总磷和有机磷的主要组成成分,含量分别在113.8~6226.1 mg·kg~(-1_和27.0~1991.9 mg·kg~(-1)之间.子牙河、子牙新河和滏阳新河两条河流在沉积物磷组成方面存在很大的差异子牙新河和滏阳新河沉积物中总磷明显高于子牙河.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.     

环渤海滨海湿地土壤磷形态特征研究

利用SMT分级方法和液相31P核磁共振分析方法,研究了环渤海典型滨海湿地表层土壤磷形态.结果发现,湿地土壤中总磷在410.35~691.57 mg·kg-1之间,其中以HCl-P为主,占总磷的46.67%~82.95%;较易释放的Na OH-P含量较少,占4.98%~22.31%;同时,由于有机质含量丰富,有机磷含量也较高,在受水产养殖污染的湿地中,有机磷含量明显偏高.使用31P-NMR技术在湿地土壤中共检测到6类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)及膦酸盐(Phon-P),其中以正磷酸盐为主,含量在181.69~350.64 mg·kg-1之间;磷酸单酯为有机磷的主要组分,占总量的5.25%~37.17%.渤海湾南部湿地土壤中有机磷含量明显高于北部湿地,以稳定性较高的磷酸单酯为主,同时,DNA磷较多地存在于南部湿地,北部湿地含量极少,说明南部湿地微生物活性较高.     

基于液相31P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究

利用改进的沉积物有机磷提取方法和液相31P核磁共振(NMR)分析方法,研究了巢湖表层沉积物有机磷形态.结果表明:西部湖区表层沉积物总磷含量高于东部湖区,其平均含量分别为(1089.82±108.14) mg·kg-1和(497.80±51.59) mg·kg-1;东部湖区沉积物中有机磷百分含量(31.88％±2.41％)高于西部湖区(20.86％±1.65％);表层沉积物主要磷份组成包括膦酸盐(Phon-P)、正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P);磷酸单酯为有机磷的主要组分,平均含量占总磷的22.12％±5.32％;磷酸单酯和DNA百分含量东部湖区大于西部湖区,磷酸单酯百分含量分别为25.99％±2.29％和16.30％±1.06％,DNA百分含量分别为5.61％±0.24％和3.85％±1.01％.31P核磁共振技术可以有效的应用于巢湖等富营养化湖泊沉积物磷形态分析;巢湖表层沉积物以无机磷为主,有机磷种类丰富,以磷酸单酯为主.     

白洋淀沟壕系统水陆交错区生物质磷形态特征研究

利用液相³¹P核磁共振的分析方法,研究了白洋淀水陆交错区中生物质磷（Biogenic-P）的形态特征.结果表明：不同类型水陆交错区磷含量差异较大,水陆交错区中间土壤总磷（TP）含量最高,为1342.81~2444.90 mg·kg^-1;水陆交错区Biogenic-P含量为437.65~1309.20 mg·kg^-1,占TP含量的25.62%~60.26%;使用液相³¹P-NMR技术共检测到7类磷化合物,其中,Biogenic-P共计检测到6种,包括磷酸单酯（Mono-P）、DNA磷（DNA-P）、焦磷酸盐（Pyro-P）、磷脂（Lipids-P）、多聚磷酸盐（Poly-P）和膦酸盐（Phon-P）;水陆交错区Biogenic-P以Mono-P为主,含量为372.94~1086.96 mg·kg^-1,TP含量平均值是全国土壤磷含量平均值的3.41倍;水陆交错区界面土壤与中间土壤相较沉积物和边缘土壤Biogenic-P含量更高;从水陆交错区的中间土壤到沉积物,Biogenic-P含量变化趋势与总有机质（OM）含量变化趋势相反.基于液相³¹P核磁共振技术,本文对白洋淀沟壕系统水陆交错区中Biogenic-P形态特征与分布提出了新的认识,有助于深入理解水陆交错区磷的生物地球化学循环过程,为流域磷输入的控制提供理论支撑.     

污水厂尾水受纳河段沉积物磷形态及释放风险效应

2018年10月～2019年4月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水厂尾水排放口上、下游河道4个采样点位,按照每两个月采样一次的频率采集沉积物和上覆水样,分析尾水排放对河道沉积物磷形态及磷平衡浓度(EPC_0)的影响,解析沉积物磷平衡浓度及磷释放风险的外源碳(乙酸钠)响应.结果表明,板桥河水体沉积物磷素受污水厂尾水影响较大,排放口上、下游沉积物总磷均值分别为789. 39 mg·kg~(-1)和854. 41 mg·kg~(-1),生物有效性磷均值分别为157. 19 mg·kg~(-1)和173. 37 mg·kg~(-1); 4个采样点的EPC_0值大小排序为:SP1 SP2 SP3 CP,表明尾水排入提高了河流EPC_0,致使河流沉积物磷释放风险增加;外源碳的添加明显降低沉积物的EPC_0值,特别是紧邻排放口的SP1下降最为显著,表明外源碳添加对降低沉积物磷释放风险有效.     

富营养湖泊沉积物中磷组分对硫酸盐的响应

采用室内模拟实验于厌氧条件下持续6周,研究不同外源硫酸盐浓度下南湖沉积物和上覆水之间的硫酸盐转化及还原情况,采用31P核磁共振(31P-NMR)研究沉积物磷组分所受影响.结果表明,硫酸盐输入促进了上覆水中pH值的升高,而氧化还原电位则呈相反的变化趋势.上覆水中SO24-浓度随时间推移而降低,但间隙水中SO24-浓度的增加幅度并不与上覆水中降低幅度一致,表明沉积物中SO24-发生了转化.沉积物的硫酸盐还原指数随SO24-输入浓度的增大而增加,沉积物中硫酸盐还原菌(SRB)的数量在第2周达到峰值,输入硫酸盐的S500和S1000处理中SRB数量远远高于未加硫酸盐的对照(CK).利用31P-NMR测定了南湖沉积物NaOH-EDTA萃取物中各种磷化合物的相对含量,南湖沉积物中的磷组分主要有正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐,且正磷酸盐含量占绝对优势(占总磷的84.10%～95.54%),沉积物中其它磷组分含量顺序为磷酸单酯>磷酸二酯>焦磷酸盐.从总趋势来看,硫酸盐促进了沉积物中正磷酸盐的释放,且在硫酸盐还原菌数量较高时使沉积物中磷酸单酯、磷酸二酯和焦磷酸盐含量增加.     

扬州瘦西湖水体氮磷污染特征及内源释放潜力

本研究通过实地调查及原位柱芯静态培养实验,分析了瘦西湖上覆水和沉积物氮、磷污染负荷空间分布格局,估算了内源氮、磷释放通量.结果表明:①瘦西湖上覆水中总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH~+_4-N)的浓度区间分别为1.5～2.9、0.05～0.11、0.2～1.7 mg·L~(-1),TN是影响上覆水水质的主要因子;②沉积物TN、TP的含量范围分别为500～4500、100～3700 mg·kg~(-1),空间上呈现TN含量从扬州闸下至二十四桥逐渐增加而TP含量先升后降的趋势;③内源释放模拟结果显示,瘦西湖沉积物NH~+_4-N、NO~-_3-N、NO~-_2-N及PO_4~(3-)-P的释放速率分别为35.3～90.1、30.2～80.6、0.95～5.10、7.2～58.8 mg·m~(-2)·d~(-1),其氮、磷释放速率相较于国内外类似研究呈现较高水平,表明瘦西湖沉积物是其上覆水体氮、磷污染负荷的一个重要潜在来源.     

阿哈水库沉积物-水界面磷、铁、硫高分辨率空间分布特征

选取贵州典型高原亚深水型湖库阿哈水库为研究对象,利用薄膜扩散梯度技术获取夏季分层期不同湖区沉积物-水界面磷、铁、硫的原位、二维高分辨分布信息,并结合水化学及沉积物磷形态分析,探讨了沉积物P-Fe-S分布规律及控制因素.结果表明:沉积物-水界面DGT-P的浓度变化范围0.00~0.43 mg·L~(-1),DGT-Fe的浓度变化范围0.00~2.83 mg·L~(-1),DGT-S的浓度变化范围0.00~0.10 mg·L~(-1).阿哈水库沉积物孔隙水磷、铁、硫浓度在垂向分布上没有显著的相关性,DGT-P、DGT-Fe甚至还呈反向变化,这与很多湖泊的研究结果存在明显差异,其原因可能是阿哈水库沉积物具有很高的Fe/P和Fe/S比值,过剩的Fe导致还原态S以FeS/FeS_2形式沉淀后,P仍然被Fe(Ⅲ)固定在沉积物中.阿哈水库沉积物磷形态以Na OH-SRP和BD-P为主,Na OH-SRP含量变化范围为192~604 mg·kg~(-1),平均值约为392 mg·kg~(-1),BD-P含量变化范围为143~524mg·kg~(-1),平均值约为225 mg·kg~(-1).阿哈水库底层水体长期处于厌氧环境,Fe、S地球化学循环对沉积物内源磷释放起着重要控制作用.     

污水处理厂中有机磷阻燃剂的污染特征

为了研究污水处理厂中有机磷阻燃剂(organophosphorus flame retardants,OPFRs)的污染特征,于2017年采集苏州市8个污水处理厂(7个A2/O工艺与1个氧化沟工艺)的进水、二沉池出水、污水厂出水、生物池污泥以及脱水剩余污泥.采用加速溶剂萃取(ASE)-固相萃取方法测定了污水与污泥中10种OPFRs的浓度,并比较了两种不同工艺各个工艺段OPFRs的去除效果,估算了最终排入环境的日均排放量.结果表明:7种OPFRs在进水、出水、污泥中均有检出,进水和总出水中OPFRs总浓度范围分别为0.74~222.65μg·L~(-1)和0.46~175.41μg·L~(-1),均值分别为65.56μg·L~(-1)和22.99μg·L~(-1);二沉池出水中OPFRs总浓度为0.48~178.14μg·L~(-1),均值为43.14μg·L~(-1);估算污水厂出水中OPFRs日排放量为36.69~2 177.12 g·d~(-1).剩余污泥中OPFRs总含量(以干重计)范围为89.32~596.24μg·g~(-1),均值(以干重计)为249.35μg·g~(-1),剩余污泥中OPFRs的日排放量最小为3.57~7.15 kg·d~(-1),最大为47.70~95.40 kg·d~(-1).氧化沟工艺对OPFRs有较好去除,去除率达到92%;A_2/O工艺则为11%~99%,差异性较大.3种氯代类的OPFRs[分别为磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯]是进水与出水中主要成分,主要由于氯代OPFRs的使用量大和传统污水处理技术对其去除率低.     

基于液相31P核磁共振技术的河流沉积物有机磷提取剂选择研究

以高磷污染河流沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术研究了沉积物中有机磷提取剂的选择和提取过程.结果表明:前提取以BD和EDTA效果最佳,TP和Po的提取量分别为(322.87±13.81)和(119.76±16.00)mg·kg-1、(24.91±15.25)和(20.90±2.58)mg·kg-1,2种提取剂均促进了NaOH的提取效率,前提取后NaOH提取液中TP和Po的提取量分别达到(2271.20±75.63)和(2477.40±112.71)mg·kg-1、(152.04±1.55)和(186.93±20.53)mg·kg-1;对顺磁性离子Fe和Mn而言,利用BD和EDTA+Na2S2O4作为前提取剂可以提取更多的Fe离子,提取液中的浓度分别为(5116.57±24.32)和(10677±215.61)mg·kg-1;EDTA和EDTA+Na2S2O4提取剂对Mn的去除效量较高,提取液中浓度分别为(243.02±2.80)和(266.61±1.61)mg·kg-1.液相31P-NMR图谱显示,上述提取剂处理后均可得到正磷酸盐、焦磷酸、磷酸单酯、磷脂和DNA 5种磷形态,其中EDTA可提高沉积物中正磷酸盐、焦磷酸盐、磷脂和DNA的含量.综合考虑:利用EDTA和NaOH两步提取可实现较高的Po提取量和较低的顺磁性离子干扰,并得到理想的核磁共振图谱,从而保证沉积物中有机磷液相31P-NMR分析的科学性和有效性.     

河流沉积物中有机磷提取剂(NaOH-EDTA)提取比例与机制研究

选择海河流域高磷污染河流滏阳新河沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术优化了沉积物中有机磷提取剂NaOH和EDTA的配比,探讨了提取剂对总磷(TP)、有机磷(P o)及金属离子的提取机制.结果表明,不同配比的NaOH和EDTA提取液提取同一沉积物,所提取的TP和P o的量差异较大,但P o的提取量均高于NaOH单独提取,主要原因为EDTA与Fe、Al等离子的结合促进了无机磷(P i)和P o的释放;TP在1.00 mol·L-1NaOH+75 mmol·L-1EDTA配比的提取液中获得最大提取量,为3.88 mg·g-1,P o在0.25 mol·L-1NaOH+50 mmol·L-1EDTA配比的提取液中提取量最大,为0.24mg·g-1;相同浓度NaOH提取液中金属离子Fe、Mn、Ca、Mg、Al提取量随EDTA浓度增大呈升高趋势,主要是通过螯合作用、金属离子与OH-形成化合物实现.其中,Fe、Mn、Ca提取浓度与提取液pH呈显著负相关(P<0.01),说明其与OH-形成沉淀化合物;Al离子由于既可以与OH-生成可溶性的偏铝酸盐又可以被EDTA螯合形成可溶性络合物,因此其浓度随提取液pH升高呈指数增长趋势(P<0.01);NaOH与EDTA混合提取剂核磁共振图谱优于NaOH提取液,在本研究中均可以检测到膦酸盐、正磷酸盐、磷酸单酯、磷脂、DNA和焦磷酸盐.综合考虑:对北方河流富含Fe和Al的河流沉积物,0.25mol·L-1NaOH与50 mmol·L-1EDTA可以作为理想的沉积物有机磷提取剂.     

溶解氧对Biolak型A2O工艺脱氮除磷性能的影响

通过对Biolak型A2O工艺处理生活污水工程应用的研究,考察了好氧段溶解氧(DO)浓度对该工艺脱氮除磷的影响.试验结果表明,DO浓度变化对系统COD、NH+4-N处理效果的影响不大,而对系统总氮及总磷的去除效果影响显著.当DO浓度控制在0.80~1.50 mg·L-1之间时,系统总氮去除效果最佳,可以达到69.5%,系统好氧段可实现同步硝化反硝化除氮.通过对系统氮进行物料衡算发现,23.7%的总氮通过好氧段多级A/O反硝化脱氮去除.当DO浓度为1.00~3.00 mg·L-1时,总磷(TP)去除率较高,可以达到74.0%.DO浓度控制在1.00~1.50 mg·L-1之间时,系统脱氮除磷效果最佳,此时TN、TP的去除率分别为68.9%、73.7%,二级生化处理段出水TN、TP分别为12.02、0.95 mg·L-1.     

闽江河口短叶茳芏沼泽湿地沉积物磷的赋存形态和空间分布

对闽江河口区不同盐度短叶茳芏沼泽湿地沉积物中磷的赋存形态和分布特征进行了研究,探讨了河口沉积物中磷的来源及其影响因子.结果表明:1闽江河口湿地沉积物全磷(TP)含量介于607.91~807.60 mg·kg-1,平均值为726.29 mg·kg-1;有机磷(OP)含量介于120.44~166.63 mg·kg-1,平均值为139.43 mg·kg-1,约占TP的18.93%;无机磷(IP)含量介于479.65~647.56 mg·kg-1,平均值为586.86 mg·kg-1,约占TP的81.07%,IP是磷的主要赋存形态.2IP中,赋存形态以闭蓄态磷(O-P)和铁结合态磷(Fe-P)为主,分别占IP的39.97%和32.92%;其次是钙结合态磷(Ca-P)和铝结合态磷(Al-P),分别占IP的17.89%、9.22%.3在空间分布上,TP、OP、IP含量在由海向陆方向整体呈先降低后递增趋势;IP不同赋存形态在空间上也整体上呈现出以上趋势;垂直方向上,总体都表现为随土层深度波动降低,这在一定程度上反映了近年来河口湿地环境污染的加剧.4磷的赋存形态和空间分布特征是电导率、pH、容重、含水率和粒度等多因子综合作用的结果.     

胞外聚合物在生物膜同步去除/富集磷酸盐系统中的作用

以基于同步去除/富集磷酸盐的厌氧/好氧交替生物膜序批式反应器内生物膜为研究对象,研究了胞外聚合物（EPS）内磷含量形态及生物膜内微生物种群变化,探究EPS在生物膜去除/富集磷酸盐中的作用及其与微生物种群之间的联系.结果表明,生物膜反应器在厌氧外加COD为200 mg·L^-1的条件下富集到了磷浓度为120.95 mg·L^-1的富集液.EPS在生物膜吸/释磷过程中发挥重要作用,EPS磷含量占生物膜磷含量的69.16%~79.00%,³¹P核磁共振实验表明ortho-P为EPS内主要磷形态,占比为85.47%~88.60%.高通量测序结果表明生物膜内微生物种群变化明显,Candidatus_Competibacter为优势菌属,其丰度由1.23%增至38.87%,有利于形成更具粘性的EPS进而黏附在生物膜上,可能促进EPS在吸/释磷中发挥作用;暖绳菌科为优势聚磷菌,随实验温度升高,其丰度由5.29%减至4.90%.