亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究

土壤养分累积引起的氮素(N)淋失是导致农区地下水污染的重要原因,也是农业面源污染的重要形式.本文以湖南省长沙县典型亚热带红壤丘陵流域为研究对象,通过连续定位观测,研究了林地、稻田、菜地和茶园4种代表性土地利用类型浅层(130~150 cm)地下水中N浓度的逐月动态变化特征.连续3年(2010—2013年)的观测结果表明:4种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)平均浓度差异显著(p0.05),其中,林地最低(0.85 mg·L-1),茶园最高(7.64 mg·L-1);从N的形态构成来看,林地、菜地和茶园浅层地下水中N形态以硝态氮(NO-3-N)为主,分别占TN的46.7%、70.2%和72.8%,而稻田浅层地下水N形态则以铵态氮(NH+4-N)为主,占TN 43.5%,表明土壤淹水条件是影响地下水N淋失形态的关键因子.地下水各形态N浓度的动态变化在不同土地利用下也迥然不同:林地地下水各形态N的含量低、变幅小,而稻田、菜地和茶园地下水N浓度变幅较大;采用单因子方法对不同土地利用下地下水的水质进行评价,结果表明:研究区浅层地下水中TN和NO-3-N无显著污染,NH+4-N污染较为严重,而综合指数法(F值法)进一步表明研究区浅层地下水污染主要出现在稻田和茶园,因此,控制稻田和茶园N肥的施用量是预防亚热带红壤丘陵区地下水N污染的关键.     

温度对好氧颗粒污泥处理纤维素乙醇废水脱氮效能的影响

采用SBR反应器,考察了温度对好氧颗粒污泥处理纤维素乙醇废水脱氮性能的影响.研究结果表明,当进水为纤维素乙醇废水原水时,稳定阶段不同温度(10、20、30℃)条件下体系对COD的去除率分别为10.2%、12.7%、13.7%;总无机氮的去除率分别为42.8%、53.6%、70.5%,温度的升高明显地提高了硝化菌的活性和生长速率,进而促进了脱氮效果.当进水为纤维素乙醇废水经IC工艺处理后的厌氧出水时,3个温度条件下系统对废水中有机物的去除效果无较大差异,去除率均低于15%,主要因为纤维素乙醇废水的厌氧处理出水中的有机物很难被微生物利用;而温度对脱氮效果影响较大,30℃下NH_4~+-N去除率达到60.9%,分别是10℃和20℃时的2.0和1.3倍,并且,随着温度的升高总无机氮的去除率增强,NO_3~--N的去除量增加.由于体系COD去除率低说明反硝化可利用的碳源不足,因此,系统内可能存在内碳源反硝化作用,而且内碳源反硝化作用也随着温度的升高而增强.通过氮平衡计算可知,3个温度条件下氮损失分别为37.6%、45.0%、53.6%,说明温度的升高不仅提高了硝化菌活性,还促进了内碳源反硝化,进而提高了对氮素的去除.     

脱氮-混凝气浮-UASB-接触氧化法处理垃圾填埋渗滤液

采用脱氮—混凝气浮—UASB—接触氧化工艺处理高氨氮、高浊度的垃圾渗滤液，使处理后出水的各项指标完全达到国家《污水综合排放标准》(GB8978—1996)二级新扩改标准。对废水处理系统的工艺作了简单介绍，并对系统的调试、运行过程进行了技术总结。     

林地大气氮沉降的观测研究

2004年11月～2005年10月,以小叶栎林地为研究对象,研究了大气沉降氮通量及其3种物理形态(气态、颗粒态、雨水)4种氮化物(NH₃,NH₄⁺-N,NO₃^--N,NO₂)的相对贡献.结果表明,大气氮沉降总量为82.8kg/(hm²·a),其中干沉降占67%;NH3-N是氮沉降的主要贡献者,占干沉降的82%,占总氮沉降量的56%;还原态的氮化物(NH₃,NH₄⁺-N)占总氮沉降量65%.     

Inorganic nitrogen removal of toilet wastewater with an airlift external circulation membrane bioreactor

Removal of inorganic nitrogen (inorganic-N) from toilet wastewater, using a pilot-scale airlift external circulation membrane bioreactor (AEC-MBR) was studied. The results showed that the use of AEC-MBR with limited addition of alkaline reagents and volumetric loading rates of inorganic-N of 0.19-0.40 kg inorganic-N/(m3·d) helped achieve the desired nitrification and denitrification. Furthermore, the effects of pH and dissolved oxygen (DO) on inorganic-N removal were examined. Under the condition of MLSS at 1.56-2.35 g/L, BOD5/ammonia nitrogen (NH/-N) at 1.0, pH at 7.0-7.5, and DO at 1.0-2.0 mg/L, the removal efficiencies of NH4 -N and inorganic-N were 91.5% and 70.0%, respectively, in the AEC-MBR. The cost of addition of alkaline reagent was approximately 0.5-1.5 RMB yuan/m3, and the energy consumption was approximately 0.72 kWh/m3 at the flux of 8 L/(m2·h).     

珠江口无机氮湿沉降规律及大气输送的研究

针对2007年3～11月广东中山市横门站的降水资料,分析了珠江口氮湿沉降特征及其来源.结果显示:研究期间横门降水中NH+4-N和NO-3-N的降雨量加权平均浓度分别为0.62和0.41mg·L-1;其季节变化规律表现为秋季最高,其次是春季,夏季最低.降水NH+4-N和NO-3-N的浓度呈显著正相关,与降水pH值呈负相关.利用气团轨迹后推以及天气形势得出,横门陆地性降水氮浓度最高,海洋性降水氮沉降通量最高.云下气团分类结果表明,海洋性NE类气团对横门无机氮湿沉降的输送负荷最大.     

滇池水中细菌和古菌氮代谢功能基因的空间分布

氮代谢在滇池水生态系统氮素循环和转化过程中起到重要的作用,不仅真核生物参与氮素转化,原核生物作为氮素循环的主要驱动者,在氮素生物化学循环中的作用更不容忽视.基于16S rDNA高通量测序技术,监测滇池草海和外海区域13个点位,分析滇池水中原核生物氮循环功能关键基因的分布特征.结果发现,滇池水中细菌35门, 427属,主要以变形菌门和拟杆菌门为优势门类;古菌14门, 61属,主要以广古菌门为优势门类;β多样性指数显示滇池整体细菌丰富度指数高于古菌,草海细菌多样性指数高于外海.PICRUSt功能解析表明细菌和古菌具有功能上的丰富性,细菌中有35个参与氮代谢的KO通路,涉及氮异化硝酸盐还原基因nirB、一氧化氮还原酶基因norB和硝酸还原酶基因nasK等关键基因;古菌中有23个参与氮代谢的KO通路,涉及固氮酶基因nifH、nifK和nifD,古菌固氮酶基因拷贝数显著高于其它氮代谢基因,草海中古菌氮代谢能力整体高于外海,滇池水中古菌比细菌固氮潜能更大.本研究从原核生物氮循环中功能基因的角度,探讨滇池不同区域水中细菌和古菌氮循环差异,为进一步揭示氮循环机制,解决氮素污染引起的富营养化提供理论参考.     

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

分流比对土壤渗滤系统脱氮效果的影响研究

针对污染物浓度较高的养猪废水,开展了不同分流比条件下土壤渗滤系统处理效果的对比研究,并分析了分流比对系统中脱氮微生物数量及氧化还原电位(ORP)变化的影响.试验结果表明,分流比对土壤渗滤系统的脱氮效果影响较大,而对COD、TSS和TP的去除效果无明显影响,当水力负荷(HLR)为0.01m3·m-2·d-1且分流比为1∶2时,系统对TN的去除效果最好,平均去除率达80.20%,而对其他污染物的平均去除率均可达90%以上;分流比可影响土壤渗滤系统中脱氮微生物的数量,分流比的增大可促进系统中反硝化细菌数量的增加,强化系统的脱氮效果;另外,分流比还可影响系统填料层中ORP的变化.因此,根据系统进水水质选择合适的分流比,是强化土壤渗滤系统脱氮效果的关键因素.     

Nitrogen cycling of atmosphere-plant-soft system in the typical Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain,Northeast China

The nitrogen(N)distribution and cycling of atmosphere-plant-soil system in the typical meadow Calamagrostis angustifolia wetland (TMCW)and marsh meadow Calamagrostis angustifolia wetland(MMCW)in the Sanjiang plain were studied by a compartment model.The results showed that the N wet deposition amount was 0.757 gN/(m~2.a),and total inorganic N(TIN)was the main body (0.640 gN/(m~2.a)).The ammonia volatilization amounts of TMCW and MMCW soils in growing season were 0.635 and 0.687 gN/m~2, and the denitrification gaseous lost amounts were 0.617 and 0.405 gN/m~2,respectively.In plant subsystem,the N was mainly stored in root and litter.Soil organic N was the main N storage of the two plant-soil systems and the proportions of it were 93.98% and 92.16%, respectively.The calculation results of N turnovers among compartments of TMCW and MMCW showed that the uptake amounts of root were 23.02 and 28.18 gN/(m~2.a)and the values of aboveground were 11.31 and 6.08 gN/(m~2.a),the re-translocation amounts from aboveground to root were 5.96 and 2.70 gN/(m~2.a),the translocation amounts from aboveground living body to litter were 5.35 and 3.38 gN/(m~2.a),the translocation amounts from litter to soil were larger than 1.55 and 3.01 gN/(m~2.a),the translocation amounts from root to soil were 14.90 and 13.17 gN/(m~2.a),and the soil(0-15 cm)N net mineralization amounts were 1.94 and 0.55 gN/(m~2.a), respectively.The study of N balance indicated that the two plant-soil systems might be situated in the status of lacking N,and the status might induce the degradation of C.angustifolia wetland.