The effect of dissolved oxygen concentration on long-term stability of partial nitrification process

Dissolved oxygen (DO) concentration is regarded as one of the crucial factors to influence partial nitrification process. However, achieving and keeping stable partial nitrification under different DO concentrations were widely reported. The mechanism of DO concentration influencing partial nitrification is still unclear. Therefore, in this study two same sequencing batch reactors (SBRs) cultivated same seeding sludge were built up with real-time control strategy. Different DO concentrations were controlled in SBRs to explore the effect of DO concentration on the long-term stability of partial nitrification process at room temperature. It was discovered that ammonium oxidation rate (AOR) was inhibited when DO concentration decreased from 2.5 to 0.5 mg/L. The abundance of Nitrospira increased from 10^11.5 to 10^13.7 copies/g DNA, and its relative percentage increased from 0.056% to 3.2% during 190 operational cycles, causing partial nitrification gradually turning into complete nitrification process. However, when DO was 2.5 mg/L the abundance of Nitrospira was stable and AOB was always kept at 10^10.7 copies/g DNA. High AOR was maintained, and stable partial nitrification process was kept. Ammonia oxidizing bacteria (AOB) activity was significantly higher than nitrite oxidizing bacteria (NOB) activity at DO of 2.5 mg/L, which was crucial to maintain excellent nitrite accumulation performance.     

株洲城郊农田土壤重金属污染特征与Pb同位素示踪

通过采集湖南株洲城郊农田区表层土壤（A层）,并分析其Cd、Hg、Pb、Zn等重金属元素含量,研究了土壤中重金属元素的污染特征.为示踪这些金属元素的来源,选择农田区典型土壤样品及湘江沉积物、污染源区土壤样品,进行重金属元素含量和Pb同位素组成测定.结果表明,农田区A层土壤受到不同程度的重金属污染,其中,Cd、Hg、Pb、Zn含量最高,分别为21.71、24.52、261.49、577.94 mg·kg^-1,且Cd、Pb、Zn元素之间显著相关,而研究区附近湘江水体和沉积物中这些元素含量没有增高,说明这些重金属不是来自湘江,而是可能主要来自冶炼厂;铅同位素显示,冶炼厂附近A层土壤²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值（1.150~1.164）低于周边区域A层土壤（1.164~1.169）,²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb值（2.108~2.122）高于周边地区（2.106~2.119）,说明受到人为污染的影响.从污染区分布空间位置和铅同位素源解析的结果看,农田区土壤中Cd、Hg、Pb、Zn等重金属的主要污染源是冶炼厂的冶炼烟气粉尘及与农耕活动有关的其他人为污染.     

基于多环境介质氮素和同位素的滦平盆地地下水硝酸盐来源示踪

选择密云水库上游承德市滦平盆地为研究区,通过不同土地利用类型地下水"三氮"含量、土壤全氮含量和包气带可溶硝态氮含量,结合水体硝酸盐氮氧双同位素、硫酸盐硫氧双同位素多种环境同位素特征和地下水放射性碳同位素测年示踪硝酸盐来源.结果表明,滦平盆地水体氮形态以硝态氮为主,地下水NO₃^-质量浓度与居民用地、旱地土地利用类型显著相关,硝酸盐污染主要集中于居民建设用地和农用地区域浅层地下水中.13.79%地下水样品NO₃^-质量浓度超过国标（GB/T 14848-2017）地下水硝酸盐限值Ⅲ类标准,超标范围为1.04~3.86倍;37.93%地下水样品NO₃^-质量浓度超WHO饮用水硝酸盐浓度限值,超标范围为1.08~6.83倍.地下水NO₃^-质量浓度、土壤全氮和浅层土壤可溶硝态氮空间变异受结构性因素和人为因素共同作用影响.地下水硝酸盐来源主要为家畜粪尿和生活污水混合污染,其次为化学肥料淋滤;盆地山前地下水径流区包气带-地下水氮循环主导过程为硝化作用.以盆地系统作为独立单元研究水环境硝酸盐污染来源和归趋规律,对流域整体地下水污染防治和修复具有重要意义.     

澜沧江流域水体悬浮颗粒物δ15 N空间差异及成因分析

梯级水电建设对澜沧江流域生源物质迁移转化及其生态环境的影响目前受到国内外学者的广泛关注,本文通过使用稳定同位素技术,分析了澜沧江流域悬浮颗粒物氮同位素的空间分布差异及其成因.结果表明,澜沧江上游自然河道水体溶解无机氮(DIN)质量浓度变化范围为0. 28～0. 60 mg·L~(-1),下游水库段DIN质量浓度显著增高,变化范围为0. 39～1. 15mg·L~(-1);上游自然河道段悬浮颗粒物δ~(15)N变化范围为4. 52‰～6. 72‰,下游水库段明显增重其变化范围为2. 3‰～11. 8‰.利用Isosource软件对悬浮颗粒物来源进行分析,结果表明澜沧江流域内工业及生活污水为悬浮物颗粒物氮素的主要贡献源,占比约为42. 43%;土壤有机质、大气沉降、农业化肥的贡献率分别为22. 38%、18. 16%和17. 03%;在该流域内上游自然河道段受工业及生活污水、土壤有机质以及大气沉降共同影响,下游水库段则主要受工业及生活污水的影响.同时小湾、漫湾、大朝山这3个库区内存在藻类吸收同化作用而使得悬浮颗粒物δ~(15)N变轻的现象.     

DOM不同相对分子质量组分在无机矿物上的吸附及其对卡马西平吸附的影响实验

为探究溶解性有机质(DOM)不同相对分子质量组分在矿物质上的吸附特征及其与药物和个人护理品(PPCPs)类污染物的结合作用对两者吸附过程的影响,以卡马西平作为目标污染物,用商用腐殖酸制备DOM,以石英砂代表无机矿物,开展吸附实验,并采用透析实验和红外光谱表征等手段,探讨了不同相对分子质量腐殖酸(HA)的结构特征及其与卡马西平(CBZ)的结合作用对HA或CBZ在固相介质上吸附作用的差异及产生机制.结果表明,大分子量HA有更多的羟基、芳香烃和脂肪烃,以疏水物质为主;而小分子量HA有更多的醇和羧基,以亲水物质为主.HA与CBZ的结合主要通过CBZ的氨基与小分子量HA中极性官能团的结合,以及CBZ疏水基团与大分子量HA中脂肪族与芳香族的疏水作用.CBZ与HA之间的相互作用对腐殖酸或卡马西平的吸附产生明显差异.当CBZ不存在时,石英砂主要通过疏水作用结合HA中疏水性大分子或与HA的羟基、羧基等发生交换配位反应,且石英砂更倾向于吸附HA中的脂肪性及疏水性大分子组分.当CBZ存在时,石英砂转而吸附HA中的小分子量部分,且HA在石英砂上的最大吸附量减小.当HA不存在时,CBZ可通过疏水作用,范德华力和极性相互作用使其在石英砂上有一定量的吸附.加入HA后,石英砂吸附增加的CBZ归因于部分HA分子与CBZ结合后共吸附或累积吸附于石英砂上.     

基于氮稳定同位素分馏原理的活性污泥脱氮性能评价

基于氮稳定同位素分馏原理,运用瑞利分馏方程,论文构建了活性污泥脱氮性能评价模型,以分析城市污水的微生物脱氮效率与活性.实验通过对城市污水处理厂的长期监测,确定了模型的主要参数.为验证模型在不同出水无机氮组成情况下的适用性,本研究监测了反硝化限制作用、硝化限制作用、氨化限制作用3种情况下的脱氮效能.结果表明,这3种情况下的脱氮效能均可以通过测定活性污泥的δ15N值,利用该评价模型预测.为验证该模型在不同脱氮能力下的适应性,本研究设置了3种典型工况,测得的3种工况下活性污泥的δ15N值分别为13.97‰、8.33‰和4.47‰,利用评价模型得出的脱氮效率分别为96%、71%和22%,与实际脱氮效率吻合度高,污泥脱氮活性也呈现递减趋势.说明该模型对于具有不同脱氮能力的水处理系统均适用.该模型可避免复杂的布点监测等过程,仅通过污泥的δ15N值即可了解整个系统的脱氮能力及污泥脱氮活性,对污水处理厂的强化脱氮具有指导意义;为评价污水处理过程中氮的去除效果提供了更为便捷、准确的途径.     

洱海不同途径氮来源季节性特征及对水体氮贡献

通过研究2013年入湖河流颗粒物、干湿沉降和表层沉积物氮同位素及变化,试图揭示洱海不同途径入湖氮来源季节性变化特征,并引入Iso Source模型,初步定量估算不同来源氮对洱海水体氮的贡献.结果表明:(1)洱海主要入湖河流δ15N季节性变化范围为1.5‰~9.1‰.其中,春季氮的主要来源为内源性有机质;夏季和秋季来源主要为土壤流失;冬季的主要来源为生活污水.(2)干、湿沉降δ15N季节性变化范围分别为+6.86‰~+8.49‰和-10.03‰~-8.15‰,其中湿沉降主要集中在夏秋季节,氮主要来源为机动车尾气和农业土壤释放,而干沉降主要集中在冬春季节,氮主要来源为煤炭燃烧和土壤氮释放.(3)洱海表层沉积物δ15N的变化范围为3.89‰~6.38‰,北部湖区沉积物氮主要来源为农业化肥,中部湖区主要来源为内源性有机质,南部湖区主要来源为土壤氮.(4)洱海各入湖氮来源中,废水对水体氮贡献率最大,占比为29%~44%,其次为内源性有机质,占比为24%~31%.此外,土壤氮和化肥也具有一定贡献,占比分别为14%~19%和8%~10%,而其他氮来源的贡献率较低,合计占比小于12%.沿湖区域生活污水排放及湖泊自生内源性有机质共占洱海入湖氮来源的42%~57%,应予以重点关注.     

福建省茶园土壤-茶叶的铅含量及铅同位素示踪

运用微波消解-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析了福建省内9个市县的茶园土壤和茶叶的铅含量及铅同位素组成,评价铅污染情况并解析铅来源。结果表明,茶园土壤和茶叶的铅含量分别为23.00±0.099~55.43±0.032 mg/kg和0.53±0.126~1.47±0.058 mg/kg,地质累积指数法表明茶园土壤基本为无污染,单项因子指数法表明茶叶均为安全等级。茶园土壤和茶叶铅同位素组成具有区域性,茶叶铅同位素组成相对于茶园土壤具有较低的206Pb/207Pb和206Pb/208Pb。结合铅含量相关性分析和铅同位素示踪分析,福建省茶叶铅主要来源于茶园土壤和大气。福建省茶叶铅同位素组成的同地相似性和异地差异性特征可为茶叶产地溯源和鉴别提供一定的科学依据和参考价值。     

Pb和Cd赋存形态与土壤理化性质相关性研究

选择我国14种具有代表性的重金属污染土壤,测定其主要理化性质（pH、阳离子交换量、有机质、粉粒和黏粒）,采用改进的BCR顺序提取法对其中的Pb和Cd进行形态分析,运用SPSS 20.0软件进行Pearson相关性分析,建立逐步回归模型,研究重金属赋存形态与理化性质的相关性。结果表明,Pb和Cd的酸可溶态与pH值呈极显著负相关,相关性系数r分别为-0.80和-0.78,与阳离子交换量呈显著正相关,r分别为0.54和0.61,与有机质、粉粒和黏粒无相关性;Cd的可还原态与有机质呈显著正相关,r=0.56,与其它理化性质无相关性;可氧化态与有机质和黏粒呈显著正相关,与其它理化性质无相关性;残渣态与主要理化性质均无显著相关性。由逐步回归模型发现,酸可溶态、可还原态、可氧化态与理化性质回归效果均较好。     

我国大气降水中δ18O变化的多气象因子分析及分区研究

分析了我国29个GNIP站1961—2015年逐月降水中δ~(18)O与局地气象要素(近地面的气温、降水量和大气可降水量、外向长波辐射以及500 hPa高度的风速)和大尺度环流因子(Nino 4区海表温度距平及南方涛动指数)的关系,并基于层次聚类分析和逐步回归分析方法,讨论了我国降水中δ~(18)O的分区,计算了区内降水中δ~(18)O依各气象因子的回归方程.结果表明,秦岭-淮河一线南北两侧站点降水中δ~(18)O与气象因子之间的关系差异显著,是我国的一条重要的降水稳定同位素环境效应分界线.我国降水中δ~(18)O可以分为3个区域,即北部区(包括西北和东北地区)、中部过渡区(含华北及青藏地区)和南部区,其中北部区和中部过渡区的分界线大致与我国西北地区和北方地区的分界线吻合,中部过渡区与南部区大体与我国北方地区和南方地区的分界线相一致.不同地区控制降水中δ~(18)O的气象因子存在差异:北部区为温度,中部过渡区为温度、500 hPa高度风速以及外向长波辐射,南部区是500 hPa高度的风速.研究结果对于认识我国大气降水中稳定同位素空间分布的特征及其内在机制具有重要意义.