沂蒙山区典型小流域特殊降雨的磷素输出特征

为揭示沂蒙山区不同降雨条件下的磷素流失规律,对当地孟良崮小流域2010年13场自然降雨径流量及磷素浓度的动态过程进行实地监测,研究了年内产生有效径流的首场和最大强度2场特殊降雨的径流、磷素输出负荷、初期冲刷效应及径流量同磷素负荷之间的关系.结果表明,首场降雨径流中溶解态有机磷(DOP)、溶解态无机磷(DIP)、溶解态全磷(DP)、颗粒态全磷(PP)和总磷(TP)浓度明显高于最大强度降雨,而其输出负荷分别为最大强度降雨的168%、54%、71%、48%和54%;2场降雨对小流域磷素年输出负荷有重要影响,DOP、DIP、DP、PP和TP的输出总量分别占整个雨季输出的48%、81%、70%、87%和81%,其中DIP占DP流失的77%,PP占TP流失的71%;2场降雨均存在污染物的初期冲刷效应,最大强度降雨的初期冲刷效应较首场降雨强烈;2场降雨的各磷素累积输出负荷同累积径流量之间均呈线性关系,且拟合度较好,但首场降雨各形态磷素直线方程的斜率均大于最大强度降雨.根据气象预报尽量减少在特殊降雨期间翻耕、施肥等农事活动,以及有针对性地建立沟渠、池塘等截污措施减少初期冲刷效应,是降低农业非点源污染的有效途径.     

除磷颗粒污泥系统中不同粒径颗粒的理化特性分析

采用SBR反应器培养具有同步脱氮除磷特性的颗粒污泥.使用目数分别为100、60、40的标准检验筛将污泥颗粒按粒径大小筛分为3个等级,即150～280μm、280～450μm、>450μm进行研究,分析了不同粒径颗粒的理化特性.结果表明,颗粒化初期(第7～18 d),密实的颗粒提供良好的厌氧环境有利于加速GAOs和PAOs在颗粒内部的对底物的竞争;密实颗粒有利于PAOs的富集和加速生长,使得不同粒径颗粒含磷量存在差异:280～450μm的颗粒(以SS计)有机磷含量最高,达113.25 mg.g-1,无机磷含量最低,达15.55 mg.g-1.颗粒化后期,反应器运行第34 d,3种粒径颗粒中有机磷含量趋于一致,约为50 mg.g-1,第52 d,无机磷含量也趋于一致,约70 mg.g-1.成熟颗粒中总磷含量占11%,其中无机磷占4.24%.同时,反应器中污泥的磷含量比排水中污泥高,分析表明污泥活性和污泥龄对磷的去除效果有影响.另外,就反硝化而言,大、小粒径颗粒都有较好的厌氧反硝化能力,颗粒内部与外部溶液环境中的NO3--N浓度梯度是影响反硝化速率的重要因素.     

营养盐水平对念珠藻胞外有机物产生的影响

以我国湖泊典型固氮蓝藻发状念珠藻(Nostoc flagelliforme)为研究对象,考察了氮、磷营养盐对发状念珠藻生长特性及其胞外有机物产生的影响.采用藻细胞浓度计数法表征发状念珠藻生长特性;分别采用溶解性有机碳(DOC)、三维荧光光谱(EEM)和紫外-可见光谱法,从总量和主要物质方面分析了发状念珠藻胞外有机物的产生规律.结果表明,在不同氮、磷营养水平下,发状念珠藻的4个关键生长时期基本相同,氮是控制发状念珠藻生长的关键营养控制要素;氮营养元素浓度的增高,有利于发状念珠藻产生胞外有机物,其产生量逐渐增大,而磷营养元素浓度的增高对胞外有机物产生量贡献较小,氮营养盐是发状念珠藻产生胞外有机物的关键限制因子;通过EEM谱图分析,发状念珠藻胞外有机物主要以类氨基酸类物质和类富里酸物质为主.以磷为控制营养盐时,类富里酸是主要的胞外有机物之一,以氮为控制营养盐时,类富里酸产生量极低;作为主要的胞外有机物,蛋白质和碳水化合物的产生规律显著不同,其中蛋白质含量显著高于碳水化合物含量.     

黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附特征

研究了黄河入河沙漠颗粒物在天然水(河水和海水)中对磷酸盐的吸附行为,用改进的Langmuir和Freundlich等温吸附模型对实验数据进行了拟合.结果表明,①改进的Langmuir等温吸附模型更适用于描述黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附特征,其物理意义更明确,得到的拟合参数更合理;②颗粒物对磷的最大吸附容量Qmax变化范围为41.322～357.143mg.kg-1,其中居延海颗粒物Y2的Qmax最大.Qmax与颗粒物(Y1～Y5)的有机质有着极显著的正相关关系;③除巴丹吉林沙漠颗粒物Y1外,颗粒物的临界磷平衡浓度EPC0值均大于其相应水体的磷浓度.Y1在黄河水中吸附磷的EPC0小于相应水体的磷浓度0.0100.053 mg.L-1,而在渤海海水中却大于相应水体的磷浓度0.1090.074 mg.L-1,表明Y1吸附了黄河水中的磷,进入渤海后Y1原有吸附可交换态磷NAP转移到海水中.其它颗粒物与相应水体进行磷交换的过程中存在着解吸磷的现象,具有向相应水体释放磷的能力;④黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附等温线是过溶液浓度轴0.00的交叉型等温线,这种新型交叉型吸附-解吸模型较好地解释了其吸附特征和天然粒子的双重性作用.     

城市污水培养好氧颗粒污泥的中试研究

以城市污水为处理对象,在中试SBR反应器中接种厌氧消化污泥,经过210 d运行,培养出了平均粒径在330μm的好氧颗粒污泥.实验表明,经过前3个月较低的进水有机负荷,反应器对污染物的去除效果逐步提高并达到稳定,活性污泥中与脱氮除磷相关的微生物大量富集.运行周期缩短为6 h,污泥的沉降性能和污染物去除特性保持良好,同时污泥平均粒径开始增大.好氧颗粒污泥完全形成以后,SVI值为30 mL.g-1,污泥浓度MLSS达到8.8 g.L-1,MLVSS/MLSS增至82%,氧利用速率OUR达到5.32 mg.(min.L)-1.颗粒外层以杆状菌为主,内层主要是球菌.单个周期内颗粒污泥对COD和总磷的去除率保持在90%,氨氮几乎完全去除,出水中无硝氮和亚硝氮累积,总氮的去除率达到80%,实现了良好的同步硝化反硝化和同步脱氮除磷效果.     

单一好氧环境下的强化生物除磷研究

将乙酸钠为单一碳源、厌氧/好氧交替、具有较好除磷效果的传统生物除磷SBR系统,改为单一的好氧SBR运行方式,发现改变后的SBR系统仍可取得较好的除磷效果,除磷率最高达73.9%,最低约40%,平均维持在50%左右.这种现象可以维持长达80个周期.污泥含磷率由最初的1.43%增加到6.56%.对污泥微生物胞内PHB和糖原进行测定,结果表明此系统中微生物PHB和糖原在VSS中含量分别约为27 mg/g和26 mg/g,二者含量在好氧过程中都基本保持不变.通过对反应过程中碳源消耗与磷吸收关系的分析,认为该单一好氧条件下的生物除磷机制是由于长期以乙酸钠为唯一碳源下,试验系统中活性污泥被驯化,在胞内聚磷颗粒含量容纳能力范围内还可以在好氧环境下以乙酸钠氧化产生的ATP为能量进行磷吸收所致.     

平朔安太堡矿区复垦地土壤微生物与土壤性质关系的研究

调查安太堡大型露天矿区西排土场植被恢复与土壤微生物的关系.结果表明,土壤中微生物量与土壤中的水分、速效磷、土壤有机质、有效性氮和海拔高度有明显的关系.麦地、林地、草地的土壤中呈现出:细菌》放线菌》固氮菌》霉菌;撂荒地呈现为:细菌》放线菌》霉菌》固氮菌;裸地呈现出:细菌》放线菌》霉菌.细菌、放线菌和霉菌呈现麦地最高,裸地最低,固氮菌为林地高于其他样地.在撂荒地和裸地中,细菌占微生物总量的一半以上.麦地、林地、草地、撂荒地中的各种菌、速效磷、土壤有机质、有效性氮含量明显高于裸地中的含量.微生物总量和样地的海拔、样地土壤的含水率有明显的关系,土壤中的含水量直接影响微生物总量.微生物总量与速效磷含量和有机质含量成正比,有机质含量与有效性氮含量成正比.细菌与海拔呈极显著负相关,与其他几种养分指标呈极显著正相关,放线菌与海拔和速效磷呈极显著相关,与其他指标相关性不显著,固氮菌与几种养分指标相关性均不显著.按全国土壤养分划分标准,安太堡大型露天矿区复垦地等级不高,还需要用科学的方法加快复垦区土壤的恢复.     

非点源污染河流的水环境容量估算和分配

通过河流相应集水区内氮磷的各污染源分析(包括农地、畜禽养殖和生活排污等),利用输出系数模型估算各非点源的氮磷投(排)放量和入河量;采用河段氮磷输入-输出平衡关系分析方法,估算河流对氮磷的每月自净量.以此为基础,参照水功能区划所要求的水质目标,提出了水质未超标河段相应集水区的氮磷剩余水环境容量按月估算模型,和水质超标河段相应集水区内氮磷投放削减量的按月估算模型,及其在各污染源之间的分配方案.结果表明,长乐江的总氮和总磷自净量分别达到775.9 t·a^-1和30.9 t·a^-1,自净率分别为28.8%和51.2%.河流对氮磷的自净量不仅受水文生态条件的影响而表现出较大的季节性变化,而且随着污染负荷量本身的增加而提高.按照水功能区划中Ⅲ类水的水质要求,长乐江总氮含量全年超标;各非点源的总氮投(排)放量均须不同程度的削减,削减总量应达到1 581.0　t;氮源削减量分配结果表明,化肥是应削减的最大氮源,要求在河流相应集水区内的化肥氮投放削减量为1 047.4 t·a^-1;而与各种氮源的投排放现状相比,要求削减比例最高的是畜禽养殖的氮排放量,达32.4%.长乐江流域尚有一定的总磷剩余水环境容量(2 335.7 t·a^-1).根据目标水质要求,平水期是各污染源总氮投放需要削减的量最大的时期,丰水期则是总磷剩余水环境容量最小的时期.     

丙酸的加入对厌氧-低氧同时生物除磷脱氮系统的影响

2个实验室规模的序批式反应器（SBRs）在厌氧-低氧（0.15～0.45 mg·L^-1）条件下运行,以比较丙酸的加入对同时生物除磷脱氮系统的影响.结果表明,无论是丙酸与乙酸的混合酸（碳摩尔比为1.5/1）作为碳源（SBR1）,还是乙酸作为单独碳源（SBR2）,系统都发生同步硝化反硝化和磷的去除（SNDPR）,并且氨氮被全部氧化,系统中没有亚硝酸盐的大量累积.与SBR2相比,SBR1中厌氧阶段磷释放量少,聚羟基戊酸（PHV）合成量高,好氧末磷剩余量少,硝态氮累积少,因此SBR1中总氮和总磷的去除率（分别为68%和95%）比SBR2（分别为51%和92%）高,加入丙酸有助于SNDPR系统保持较好的除磷、脱氮效果.     

颗粒污泥SBR处理生活污水同步除磷脱氮的研究

采用厌氧-好氧的SBR运行方式,以人工配水培养的好氧颗粒污泥为接种污泥,处理碳、氮、SS浓度均较高的生活污水,研究了系统中颗粒污泥的稳定性及其去除有机物和同步除磷脱氮的效果.经过1个月的驯化培养,颗粒污泥即可呈现出良好的污染物去除性能并趋于稳定,反应器中颗粒污泥含量始终占污泥总量的68%以上.颗粒污泥系统污泥浓度为5 000～6000mg/L,SVI值为20～35 mL/g.经过3个月的运行后,反应器中颗粒污泥由原来以粒径0.6～0.9 mm的中等大小颗粒占主体变为粒径＞1.25 mm的大颗粒占主体.稳定运行阶段颗粒污泥系统对COD、TOC、磷酸盐、氨氮、总氮和SS的平均去除率分别为83.04%、70.41%、94.30%、86.51%、41.82%和85.89%.对反应器运行过程中典型周期的分析,反映出颗粒污泥良好的同步除磷脱氮效果.