外置植物碳源型人工湿地系统反硝化脱氮效果及N2O释放

人工湿地系统在处理低碳氮比污水时,通过外加碳源来提高系统的脱氮效率。碳源是反硝化过程中重要的影响因素,对N_2O释放必然也产生影响。采用芦苇(Phragmites australis)和二球悬铃木(Platanus acerifolia)树叶为碳源的外置碳源型的人工湿地系统,以葡萄糖作为对比碳源,研究有机碳源对脱氮效果及N_2O释放量的影响。结果表明,芦苇和悬铃木树叶作为碳源,在植物分解稳定后,脱氮效果稳定,TN平均去除率分别为90.3%和92.5%,比空白组高出15%左右;单批次试验中,芦苇组和树叶组N_2O平均释放量分别为40.91μg/(m~2·h)和34.16μg/(m~2·h),略高于葡萄糖组的6.20μg/(m~2·h),但显著小于空白组的127.45μg/(m~2·h),累积释放量与TN去除量的比值小于0.1%且显著小于空白组;芦苇和树叶组基质微生物的反硝化作用强度及PLFAs总量均显著高于空白组,细菌PLFAs占PLFAs总量的比例均接近50%,而真菌PLFAs仅大于7%,细菌为优势种群。因此,向处理低C/N污水的人工湿地系统补充适宜的植物碳源材料,可以有效提高脱氮效率并降低N_2O释放。     

模拟氮、硫复合沉降对杉木幼龄林土壤交换性铝的影响

采用二次正交回归旋转设计,研究了杉木人工幼龄林土壤交换性铝含量与氮、硫沉降之间的关系并建立模型.根据福建氮、硫沉降量及临界水平和森林容纳量确定模拟沉降量,氮沉降量分别为0 kg/(hm2·a)、20 kg/(hm2·a)、70 kg/(hm2·a)、120 kg/(hm2·a)、140 k/(hm2·a),硫沉降量分别0 kg/(hm2·a)、6 kg/(hm2·a)、22 kg/(hm2·a)、38 kg/(hm2·a)、44 kg/(hm2·a).结果表明,土壤交换性铝含量随着土层的加深没有显著差异.在试验初期,氮、硫沉降对土壤交换性铝的影响不显著,处理6个月后,氮、硫沉降显著活化土壤交换性铝(p<0.05).对杉木林土壤交换性铝的增效作用中,氮沉降占有较大的贡献率;氮、硫沉降无明显交互作用.0～20 cm土层受氮、硫沉降影响最明显,中硫沉降处理和高硫沉降处理的土壤交换性铝含量分别比无硫处理高2.68%和3.53%,中氮沉降处理和高氮沉降处理分别比无氮处理高6.56%和8.22%.氮、硫沉降量大于120 kg/(hm2·a)和38 kg/(hm2·a)后,氮、硫沉降对铝含量作用由促进转为抑制.     

污水生化处理过程中N2O的产生特征研究进展

N2O是大气中重要的温室气体之一,而污水生化处理已被报道是导致N2O产生的潜在人为源之一。大量研究表明,污水生化处理过程中N2O主要产生于微生物的硝化和反硝化代谢过程中。从微生物学和生物化学反应角度,阐述了硝化和反硝化过程中N2O的生成机理,同时给出了几种典型污水处理工艺N2O的产生量和相关影响因素,并对A/A/O工艺中不同处理单元N2O的释放情况进行重点论述。研究发现,对于几种典型的污水处理工艺,由于工艺条件和主要影响因素的不同,N2O的释放量存在较大的差异;对于同一污水处理工艺,不同处理单元N2O的释放量也存在很大差别。污水处理厂中,好氧处理单元是N2O的主要排放单元,而在好氧单元中,DO质量浓度及NO2--N质量浓度是影响N2O释放量的主要因素。在综合分析硝化和反硝化过程N2O产生机理的基础上,进一步总结了污水生化处理过程中DO质量浓度、NO3-和NO2-质量浓度、pH值、C/N比、污泥龄等对N2O释放的影响。     

温度升高对湿地系统温室气体排放的影响

综述了湿地系统温室气体CO2、CH4和N2O的排放机制及温度升高对湿地系统温室气体排放影响的研究进展.温度升高使得湿地植物生长季节延长,促进湿地生态系统生产力的提高,影响湿地生态系统的稳定性.温度升高可改变湿地系统温室气体CO2、CH4和N2O排放的源汇转换,使温室气体排放增加,并对温度变化形成一种正反馈影响.温度升高使得湿地CO2排放增强,降低湿地土壤碳汇的能力,甚至转变为净碳源.温度升高可增加湿地CH4排放量,夏季温度升高对CH4排放通量没有明显影响.温度升高使湿地土壤硝化和反硝化作用增强,促进N2O的产生与排放,湿地成为N2O的排放源.同时,温度升高使得湿地水位降低、土壤水分减少,一定程度上约束了温室气体排放增加的强度.并对进一步的研究进行了展望.     

A/O工艺处理市政污水温室气体CH_4排放规律的研究

以我国广泛应用的A/O污水处理工艺为研究对象,分析了CH4排放情况。结果表明,CH4在各污水处理单元均有排放,其中曝气池和初沉池是CH4排放的主要单元,分别占污水处理过程CH4总排放量的77.73%和14.86%。在曝气池中CH4排放通量沿程迅速减小,主要集中在沿程前96 m。内回流比和曝气池曝气量可能影响曝气池CH4排放。调整回流比分别为200%、300%、400%,曝气池CH4排放通量随内回流比增大而减小;调整曝气量分别为3.5 m3/h、4.5 m3/h、5.5 m3/h、6.5 m3/h,曝气池CH4排放通量随曝气量提高而减小。     

氮负荷波动下污水地下渗滤系统除污及释放N2O的特征

通过实验室模拟试验分析了进水氮负荷对污水地下渗滤系统出水水质及N2O产生的影响。结果表明:随进水氮负荷升高,系统对NH_4~+-N、COD等污染物的去除率呈下降趋势,而对TN的去除率呈先增加后降低的趋势;在低进水氮负荷(≤1.6 g/(m~2·d))和高进水氮负荷(≥6.4 g/(m~2·d))时,生物脱氮作用的N_2O气体产率相对较低,不超过(31.8±2.7)mg/(m~2·d);在中等进水氮负荷(2.4~5.6g/(m~2·d))时,N_2O气体产率最大值达到(60.6±2.0)mg/(m~2·d);N_2O的转化率也呈先升高后降低的变化趋势,在氮负荷为2.4 g/(m~2·d)时,转化率达到最大值,即1.33%±0.03%。综合考虑地下渗滤系统处理效果及N_2O产率等方面的要求,建议在工程应用中,污水地下渗滤系统的进水氮负荷为4.0~5.6 g/(m~2·d)。在该负荷区间下,N_2O主要产生在地下渗滤系统的下层,即厌氧区域是N_2O的主要释放源,占总体的70%以上。     

半干旱地区农田地表粉尘释放的野外观测试验研究

通过研究不同时期半干旱地区农田地表粉尘释放特征,采用野外观测对比分析的方法,分析不同地表特征与地表空气动力学粗糙度的相关性、不同季节和不同地表土壤类型与地表粉尘释放的相关性,得到了半干旱地区农田粉尘释放通量.结果表明,半干旱地区裸露的农田中沙壤土农田地表粉尘释放通量最大,地表粉尘释放通量为21～39 μg·m-2·s-1; 其次是壤土农田,地表粉尘释放通量为12～19 μg·m-2·s-1; 黏壤土农田地表粉尘释放通量最小,在5～8 μg·m-2·s-1.     

水分对典型天然性激素在我国东北黑土中降解的影响

通过室内培养试验研究了不同水分条件下,孕酮、雄烯二酮、17β-雌二醇、雌酮4种天然性激素在我国东北黑土中的降解情况。结果表明:4种激素在土壤中的降解符合一级动力学模型(R2=0.84~0.98,p0.01),降解速率常数为0.010 0~1.004 2 d-1;4种激素在灭菌土壤中的降解半衰期均远大于未灭菌土壤,分别为未灭菌土壤的24.7、20.1、49.5和23.6倍;微生物是影响孕酮、雄烯二酮、17β-雌二醇、雌酮在黑土中降解的主要因素;4种激素在不同含水量黑土中的降解半衰期为0.69~4.92 d,孕酮和雄烯二酮的降解速率随土壤含水量升高而加快;17β-雌二醇和雌酮的降解速率随土壤湿度增加而增加,但当土壤含水量达到淹水状态时,其降解速率受到抑制。     

太湖水-气界面温室气体N2O日通量变化特征

阐述了最重要的温室效应气体N2O的来源,湖泊中N2O产生机理,监测了太湖水-气界面四季N2O日通量,并分析了N2O日通量变化特征,发现太湖大部分时间是N2O的源,少部分时间是N2O的汇.春、夏、秋、冬四季的平均N2O日通量分别是0.018 mg/(m2·h)、0.065 mg/(m2·h)、0.003 mg/(m2·h)和-0.002 mg/(m2·h).夏季较高,而春、秋、冬季较低.     

城市生活垃圾与煤循环流化床混烧N2O排放规律研究

氧化亚氮会对全球气候变化造成不良影响,这促使世界各国对燃煤系统的N2O排放进行一系列研究,本针对我国垃圾特性,在0.2MWth循环流化床装置上进行了垃圾与煤混烧实验,研究了在混烧过程中垃圾与煤掺烧比例及床层温度变化对N2O排放浓度的影响,实验结果显示,掺烧比例较低时,N2O排放浓度迅速降低,随着掺烧比例增加,N2O排放浓度略有升高,当垃圾与煤掺烧比例恒定时,随床温增加,N2O排放浓度呈下降趋势。     

微波和催化剂联合作用对污染土壤中石油烃去除的影响

采用微波加热技术,微波频率2 450 MHz、额定微波输出功率400 W、压力0.2 MPa条件下,分别添加催化剂活性炭C、Fe3O4和TiO2,去除污染土壤中的石油烃.结果表明,添加3种催化剂后,微波作用下土壤中石油烃的去除效果显著提高.Fe3O4和C加入量为0.2%时,石油烃去除效果最好;TiO2加入量为0.5%时,石油烃具有最佳去除效果.TiO2作催化剂时的最佳微波辐射时间为5 min,C和Fe3O4为7 min.土壤含水量是影响石油烃去除的重要因子,土壤含水量为16%～20%时,石油烃去除效果最好.TiO2作催化剂、微波辐射7 min、土壤含水量16%时,石油烃的去除率最高,可达84.5%.微波加热和催化剂联合作用可增强污染土壤中石油烃的去除,对石油污染土壤有一定修复作用,具有一定应用前景.     

新农药硫肟醚在土壤中降解的影响因子研究

在实验室条件下对新农药硫肟醚(O(3苯氧苄基)2甲硫基1(4氯苯基)丙基酮肟醚)在土壤中降解的影响因子进行了研究.结果表明,在20 d的培养时间内,随着土壤含水量的增加,硫肟醚的降解速率加快.当土壤含水量增加到80%(质量分数)时,其降解率达到最大(46.73%),然后随土壤含水量增加反而下降.随着土壤温度的升高,硫肟醚在土壤中的降解速率增加.30 ℃时降解速率达到最大(47.83%),以后温度继续升高,其降解速率呈现出下降趋势.在5～100 mg/kg的质量比范围内硫肟醚在土壤中的降解速率随其质量比的增加而提高;但当质量比继续增加时,硫肟醚的降解速率表现出下降趋势.硫肟醚在土壤中的降解遵循一级动力学方程,其在非灭菌与灭菌土壤中的降解速率常数k分别为8.106×10-3和1.63×10-3;半衰期分别为85.5 d和425.2 d.微生物对硫肟醚在土壤中的降解具有显著的影响.     

碱溶液对As污染土壤的化学萃取修复

通过实验室浸泡试验,研究了0～200 mmol/L的NH3·H2O和KOH溶液对As污染土壤的化学萃取修复效果,同时分析了碱溶液萃取导致的土壤pH值变化以及土壤组分Ca、Mg、Fe、Al、Si的溶出情况.结果表明,NH3·H2O溶液仅能去除很少的土壤As,KOH溶液对土壤As的去除效果则较好.5～200 mmol/L的NH3·H2O和KOH溶液对土壤As的去除率分别为1.47%～4.44%和2.32%～23.33%.碱溶液能有效去除土壤As是由于OH-的作用.NH3·H2O和KOH溶液萃取导致土壤pH值增加,以及土壤中Fe、Al和Si不同程度地溶出,而KOH溶液导致土壤pH值增加和Al、Si溶出的作用明显大于NH3·H2O溶液.研究表明,采用KOH溶液萃取能有效修复As污染土壤,但应密切关注KOH溶液对土壤的负面影响.     

钨矿区尾矿及周围土壤中砷的形态与释放特征研究

为了考察赣南某钨矿尾矿砂及其周围土壤中砷的赋存状态及释放特征,通过二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法对尾矿砂和矿区周围土壤中的砷进行了全量分析,同时采用Tessier连续提取法和静态释放试验对不同形态的砷进行提取与分析。结果表明:尾矿砂中砷的质量比达到63.2 mg/kg,主要以残渣态的形式存在,残渣态砷占总砷的39.4%;周边土壤中砷的平均质量比达到83.83 mg/kg,已受到了严重的砷污染,土壤中砷主要以铁锰氧化物结合态的形式存在,占总砷的36.13%~38.63%;而且离尾矿砂堆越近,土壤中砷的富集越明显。尾矿砂和土壤中砷的释放能力受外界条件和体系pH值等因素的影响。经振荡处理后,尾矿砂和土壤中砷的释放量有明显提高;砷在酸性条件下的释放能力小于碱性条件下的释放能力,而且在一定范围内释放量会随pH值升高而增加。     

超声波强化电动法修复铜污染土壤的室内研究

采用超声波强化电动法对铜污染土壤进行室内修复研究,探讨了超声波强化电动法修复铜污染土壤的可行性,并对其影响机理进行初步探讨.结果表明,超声波可以强化铜污染土壤的电动修复效果,提高Cu2+的迁移和富集效率.在试验开始后连续施加频率为50 kHz的超声波3 h时,随着超声波声强的增大,修复效果增强.当声强(以超声波电压表示)达到150 V时,阴极附近的Cu2+富集质量比 C/C0 比未施加超声波时提高了43%.土壤含水量对试验结果的影响较大,在超声波作用下,含水量为14%时,土壤的修复效果较好;含水量增加到16%时,修复效果无明显提高.增加超声波辐照时间也可以提高土壤修复效果,但当辐照时间超过5 h后,土壤修复效果无明显增加.研究表明,施加超声波可以强化电动法修复铜污染土壤的效果.     

CO_2浓度升高对铜镉污染土壤中水稻N、S、P吸收的影响

采用盆栽试验,研究了CO2浓度升高对铜镉不同复合污染水平土壤中5种粳稻吸收N、S、P的影响。结果表明,在铜镉复合污染下,除千重浪2号外,CO2浓度升高总体上使其他品种粳稻的生物量增加。对低复合污染土壤,CO2浓度升高均降低了稻米N质量比,降低幅度为2.66%~14.02%,但对不同品种稻米S、P质量比的影响不同。对高复合污染土壤,CO2浓度升高均降低了稻米中N、S质量比,降低幅度分别为4.71%~10.35%、10.59%~22.84%,但对稻米P质量比的影响不明显。CO2浓度升高对稻米N、S、P总吸收量的影响与稻米干物重和其N、S、P质量比有关。对低复合污染土壤,除千重浪2号外,CO2浓度升高均增加了稻米对N、S的吸收量,增加幅度分别为6.29%~21.88%、21.34%~26.57%;除富禾77外,其他品种稻米对P的吸收量也有所增加,增加幅度为2.12%~45.48%。对高复合污染土壤,CO2浓度升高均降低了稻米N、S吸收量,降低幅度分别为2.99%~17.33%、10.22%~25.70%,而稻米对P的吸收量有升高有降低。     

北京市沙河水库沉积物重金属分布特征及扩散通量估算

对北运河上游沙河水库沉积物中典型重金属元素的污染特征进行了分析,采用Lars H¨okanson潜在生态风险指数评价了重金属的污染程度和环境风险,并利用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)估算了微量重金属在沉积物-水界面的扩散通量。结果表明,沙河水库沉积物重金属质量比随深度增加均呈现明显下降趋势,以库心区最明显。沉积物中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的平均质量比分别为49.8 mg/kg、42.8 mg/kg、42.9 mg/kg、18.3 mg/kg、167.9 mg/kg,除Pb外均超过北京市土壤自然重金属质量比近2倍。库心区重金属污染最为严重,表层沉积物中Cr、Cu、Ni、Zn质量比分别超过北京市土壤自然背景值2.8、4.3、2.6、5.9倍。各采样点综合潜在生态风险指数(RI)以库心区最大,为49.9,但所有样点RI及均值都低于150,处于低潜在生态风险状态。随深度增加沉积物孔隙水中Cr质量浓度基本保持恒定;As质量浓度呈明显增加趋势,即存在孔隙水中As向上覆水释放;Zn、Ni和Cu质量浓度随深度增加呈下降趋势,并逐渐趋于稳定。Cr、Zn、As、Ni、Cu在沉积物-水界面的扩散通量分别为13.05μg/(m2·d)、-20.89μg/(m2·d)、108.4μg/(m2·d)、-35.67μg/(m2·d)、-5.11μg/(m2·d)。     

干湿比对地下渗滤系统出水及N2O释放的影响

通过场地试验研究干湿比对地下渗滤系统(SWIS)除污能力及N_2O释放的影响,在原位平台的6个子单元上,设置干湿比分别为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、0。结果表明,随干湿比减小,SWIS对COD和TN的去除率呈先增后减的趋势,而NH_4~+-N的去除率逐渐下降。N_2O产率随干湿比减小而逐渐升高,表明N_2O主要产生在氮的反硝化阶段。当干湿比为1∶1时,N_2O转化率达到最大值,即0.065%。因此建议在工程应用中将污水地下渗滤系统的稳定运行干湿比控制为1∶1,此时N_2O产率低于0.09 mg/(m~2·h),COD、NH_4~+-N及TN的去除率可分别达到92.8%、90.2%和82.4%,出水满足GB/T 18921—2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》。     

黑麦草对TCP污染土壤的修复研究

通过生物盆栽试验研究了黑麦草(Lolium multiflorun L)对2,4,6-三氯酚(TCP)污染土壤的修复作用及其对污染土壤中微生物生物量碳、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性的影响.结果表明,培养75 d后土壤中TCP的可提取态质量比随着时间延长而逐渐减少,黑麦草加快了土壤中可提取态TCP质量比的下降.在TCP质量比为1mg·kg-1、10 mg·kg-1、100 mg·kg-1的处理中,种植黑麦草的去除率分别为92.5%、78.2%、55.6%,无植物处理的去除率分别为56.3%、49.2%、37.5%.黑麦草在TCP各质量比处理的污染土壤中能够存活,状态良好.种植植物士壤中的微生物生物量碳以及多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性都存在增加的趋势,明显高于对照土壤(p＜0.05),提高了土壤植物和微生物对污染物的降解能力.同时,高质量比处理对酶的活性也有一定的抑制作用.由于土壤自身具有修复TCP污染的自然本能,种植黑麦草具有强化TCP污染土壤的修复作用,可以通过促进黑麦草生长,增加土壤酶的活性,增强土壤微生物活性,提高黑麦草修复TCP污染土壤的能力.     

海州露天矿采空区地表CO2通量的试验研究

为探究海州露天矿东邦废弃采空区自然发火状态,基于采空区遗煤自燃特性和气体扩散理论,采用智能土壤气体通量监测系统,以月为单位,对东邦自燃采空区上覆地表CO₂通量开展长周期、多测点连续性监测试验;根据试验区域内地表CO₂通量和土壤温度分布特征,探究地下火区释放CO₂的地表涌出范围和变化情况;同时,着眼于温室气体排放的评估,计算试验区域内的CO₂涌出量,并分析其随时间的变化特征。结果表明:地表CO₂通量与土壤温度有明显正相关性;试验区域地表CO₂高通量区域呈逐月扩大和递增的趋势;CO₂涌出量随月份逐渐递增,试验区域年CO₂涌出量约为3.6×10⁶ m³。