多层渗滤介质处理微污染水体的中试研究

对传统的渗滤系统进行改进,采用多层渗滤介质系统,以期增大人工土层对颗粒有机物的接触氧化表面积,同时设置曝气装置保证好氧过程的氧气供应,可以大大提高污水地下处理系统的水力负荷。以北京典型的细砂、中砂、粗砂和砾石为填充材料,处理北京市海淀区上庄水库的污染水体,远优于类似的系统。现场试验结果表明,改进后的系统能创造良好的好氧/厌氧环境,对污染物去除效果良好,COD_Cr、TN、NH⁺₄-N和TP去除率分别达到了48.57%~94.87%、18.49%~70.21%、20.51%~87.50%和5692%~80.65%,出水达到了地表水Ⅲ-Ⅳ类水质标准。多层渗滤介质系统通过微生物的硝化、反硝化作用实现生物脱氮是去除氮的主要途径;土壤的吸附与沉淀作用是去除磷的主要途径。      

Characteristics of the main inorganic nitrogen accumulation in surface water and groundwater of wetland succession zones

Based on the observation of a complete hydrological year from June 2014 to May 2015, the temporal and spatial variations of the main inorganic nitrogen(MIN, referring to NO_3~--N, NO_2~--N, NH_4~+-N) in surface water and groundwater of the Li River and the Yuan River wetland succession zones are analyzed. The Li River and the Yuan River are located in agricultural and non-agricultural areas, and this study focus on the influence of surface water level and groundwater depth and precipitation on nitrogen pollution. The results show that NO_3~-N in surface water accounts for 70%-90% of MIN, but it does not exceed the limit of national drinking water surface water standard. Groundwater is seriously polluted by H_4~+-N. Based on the groundwater quality standard of H_4~+-N, the groundwater quality in the Li River exceeds Class III water standard throughout the year, and the exceeding months' proportion of Yuan River reaches 58.3%. Compared with the Yuan River, MIN in groundwater of the Li River shows significant temporal and spatial variations owing to the influence of agricultural fertilization. The correlation between the concentrations of MIN and surface water level is poor, while the fitting effect of quadratic correlation between H_4~+-N concentration and groundwater depth is the best(R~2=0.9384), NO_3~-N is the next(R~2=0.5128), NO_2~--N is the worst(R~2=0.2798). The equation of meteoric water line is δD =7.83δ~(18) O+12.21, indicating that both surface water and groundwater come from atmospheric precipitation. Surface infiltration is the main cause of groundwater H_4~+-N pollution. Rainfall infiltration in non-fertilization seasons reduces groundwater nitrogen pollution, while rainfall leaching farming and fertilization aggravate groundwater nitrogen pollution.     

Characteristics of the main inorganic nitrogen accumulation in surface water and groundwater of wetland succession zones

Based on the observation of a complete hydrological year from June 2014 to May 2015, the temporal and spatial variations of the main inorganic nitrogen (MIN, referring to NO3--N, NO2--N, NH4+-N) in surface water and groundwater of the Li River and the Yuan River wetland succession zones are analyzed. The Li River and the Yuan River are located in agricultural and non-agricultural areas, and this study focus on the influence of surface water level and groundwater depth and precipitation on nitrogen pollution. The results show that NO3--N in surface water accounts for 70%-90% of MIN, but it does not exceed the limit of national drinking water surface water standard. Groundwater is seriously polluted by NH4+-N. Based on the groundwater quality standard of NH4+-N, the groundwater quality in the Li River exceeds Class III water standard throughout the year, and the exceeding months’ proportion of Yuan River reaches 58.3%. Compared with the Yuan River, MIN in groundwater of the Li River shows significant temporal and spatial variations owing to the influence of agricultural fertilization. The correlation between the concentrations of MIN and surface water level is poor, while the fitting effect of quadratic correlation between NH4+-N concentration and groundwater depth is the best (R2=0.9384), NO3--N is the next (R2=0.5128), NO2--N is the worst (R2=0.2798). The equation of meteoric water line is δD =7.83δ18O+12.21, indicating that both surface water and groundwater come from atmospheric precipitation. Surface infiltration is the main cause of groundwater NH4+-N pollution. Rainfall infiltration in non-fertilization seasons reduces groundwater nitrogen pollution, while rainfall leaching farming and fertilization aggravate groundwater nitrogen pollution.     

贾鲁河中牟段河岸带地下水流及水质特征研究

该文以河南省贾鲁河中牟段为研究区,探究贾鲁河与河岸带浅层地下水的补排关系以及河水对浅层地下水的影响。通 过野外地质调查、水文地质试验、水位监测及水质检测,分析河岸带地表水与地下水的补排关系及污染特征。结果表明,受 中牟县抽取地下水的影响,该河段周围浅层地下水位低于河水位,河流补给地下水,平均单宽补给量为2.04 m2·d-1;河水中 NH3和COD污染较为严重,地下水中“三氮”均超标,其中NO2和NH3污染严重;河水NH3-N浓度远高于地下水,接受河 流补给的地下水NH3污染严重;因硝化作用,远离河流地下水NH3-N浓度逐渐降低,而NO3-N浓度逐渐升高。     

包气带黏性土层对氮素污染地下水的防污性能试验研究

包气带土层是保护地下水的天然屏障,在阻控、拦截氮素污染源的过程中起到了重要作用。通过对北京市典型地区包气带土体进行定水位入渗的土柱淋溶试验,研究土体对于氮素的去除能力和包气带的截污容量。试验中采用了蒸馏水、再生水和河水3种不同的水源。试验结果显示,张家湾包气带土层对氮素污染地下水具有较强的截留和防护能力。对氮素的去除过程具有分段性特征,经历了较稳定和波动下降两个不同的阶段,其中稳定阶段是计算柱体去除能力的关键,提出了考虑滞后区间的时段去除率计算公式。水源对柱体的渗流速度及初期的吸附解析效应有明显影响。土体对氮素的去除作用受环境温度变化的影响,温度15 ℃左右时所达到的稳定阶段对氮素有极强的去除能力。     

菜田施肥(化肥)对地下水氮污染影响的实验研究

为研究菜田施肥（化肥）对地下水氮污染的影响,进行了２个土柱模拟菜田施肥（化肥）残存量的实验．结果表明,土柱中化肥残存量的７２．０８％和４７．４４％从渗出水中流出．依据实验数据将实验过程分为３个可能阶段：第１阶段,化肥中的ＮＨ＋４被土壤吸附,并交换出土壤中的Ｋ＋＋Ｎａ＋,Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋,使之进入渗出水中;第２阶段,为硝化作用增强的阶段,表现为土柱渗出水中ＮＯ－３的质量浓度比注入水有大幅度增加;第３阶段,为硝化作用强度减弱的阶段,表现为渗出水中ＮＯ－３的质量浓度比注入水增加的幅度减小．     

苏打盐碱土对氮转化的影响

以苏打盐碱土中的主要成分NaHCO₃作为主要影响因素,通过室内培养方法,研究不同苏打盐碱化条件对氮的吸附、矿化、硝化及反硝化作用的影响。结果表明,在不同NaHCO₃质量浓度影响下：NH⁺₄-N吸附符合Langmuir吸附等温式;矿化模型符合一阶动力学方程,随着NaHCO₃质量浓度的增大,潜在矿化势(M₀)和矿化速率常数(k_m)分别由358.48 mg/kg和0.088 d^-1降低到337.08 mg/kg和0.059 d^-1;硝化作用符合“S”形曲线模型,随着NaHCO₃质量浓度的增大,最大速率（k_max）由22.56 mg/(kg·d)降低到16.68 mg/(kg·d);反硝化作用符合零阶动力学方程,但NaHCO₃与Na₂CO₃混合质量浓度变化对反硝化速率常数(k_d)影响不显著。随着NaHCO₃质量浓度的增大,苏打盐碱土中NH⁺₄-N吸附、有机氮矿化和硝化作用均受到抑制。     

包气带土层防护地下水污染的反硝化测定影响综述

施加氮肥是农业增产的有效途径,土壤反硝化作用可使其中的剩余、淋洗氮素得到消散和净化,使地下水免受污染。但影响包气带土层中反硝化测定的因素较复杂,目前还没有较完善的测定方法。文章在论述包气带土层反硝化作用的实质与影响因素基础上,总结了现行反硝化测定方法的影响与不足。结合现有监测技术的发展及对包气带土层中物质、能量的转化和分布认识,探讨分析了适宜于研究包气带土层防护地下水污染的反硝化测定方法,为相关学科研究提供借鉴。     

长江中下游不同营养水平湖泊水体环境变化特征及机制

选择长江中下游49个湖泊进行不同季节的水体溶解无机氮(DIN)、总氮(TN)、总磷(TP),溶解性无机磷(DIP)以及叶绿素a(Chla)等环境参数分析,开展不同营养水平湖泊水体环境变化特征及生物响应机制研究。结果表明:DIN、TN/TP随TP的变化规律反映了不同营养水平和季节下地球化学作用的影响;氨氮(NH₄-N)、TP、DIP、Chla尤其是NH₄-N的季节性变化规律与营养水平关系密切;TP<0.05 mg/L时,NH₄-N随总磷升高的趋势夏季大于其他季节,TN/TP与硝态氮(NO₃-N)、TN相关性好,营养源组成和氨化作用是主要影响因素;0.05 mg/L4-N随总磷升高的趋势基本相同,TN/TP与亚硝态氮(NO₂-N)、NO₃-N、TN相关好,水生植物利用、氨化和反硝化作用是主要影响因素。TP>0.1 mg/L,冬季NH₄-N随总磷升高的趋势明显大于其他季节,TN/TP在冬季和春季与TN、NO₃-N相关性好,夏季和秋季与TP相关性好,其主要原因在于夏季和秋季水生植物对DIN的利用量、反硝化作用和湖泊内源释放的显著增强。     

地下水与地表水相互作用下硝态氮的迁移转化实验

全球水体氮污染形势严峻,且以硝态氮(NO₃--N)污染为主,研究地下水与地表水(G-S)相互作用模式对NO₃--N在“潜流带”(HZ)中迁移转化的影响是开展水体氮污染综合防控的关键.开展地表水(S)补给地下水(G)(下降流)、地下水(G)补给地表水(S)(上升流)以及交替作用3种模式的NO₃--N迁移转化实验,研究表明:3种模式下,出水NO₃--N浓度可降低95%以上;上升流中反硝化强度大于下降流;异化还原作用(DNRA)对下降流与上升流出水氨氮(NH₄+-N)浓度的贡献分别约为71%和11%;上升流实验后水-土界面有机氮含量是下降流实验后水-土界面的2.3倍.结果表明,G-S相互作用下NO₃--N的衰减途径主要包括:合成有机氮、反硝化及DNRA;相互作用模式对各衰减途径的强度存在影响;HZ介质通过吸附NH₄+-N和微生物作用合成有机氮的方式截留氮素.      

土壤含水层处理系统对再生水入渗过程中"三氮"去除的柱试验模拟

土壤含水层处理系统(soil aquifer treatment,SAT)是一种重要的人工回灌地下水方式。以再生水为回灌水源时,水中含有的“三氮”可能会对回灌区地下水造成污染风险。研究各种因素对在SAT中去除再生水中“三氮”的影响具有重要意义。本研究中,通过高200 cm、内径50 cm土柱试验,研究了SAT系统中粒径、干湿比(落干期与淹水期的比值)、在系统表层增加生物炭及渗透流速对实际再生水“三氮”去除效果的影响。结果表明,在干湿比1∶1条件下,实际河道细砂和中细砂柱底部出水中NH₄-N平均去除率分别为73%和66%,去除机理主要为吸附和硝化作用,NO₂-N基本被去除。系统中硝化作用导致NO₃-N浓度升高,出水中NO₃-N浓度平均增长了3.0%4.1%。在深度115 cm以上, 中细砂柱内比细砂柱内的硝化作用更强,这导致了更高的NH₄-N去除率和更低的NO₃-N去除率。延长落干期后(干湿比3∶1),系统具有了更强的复氧能力,促进了硝化作用,使得NH₄-N的平均去除率提高了20%,而NO₃-N的降低了3%4%,增加了NO₃-N污染风险。在中细砂层添加5%重量生物炭后,吸附性能增强,使其对NH₄-N平均去除率增加了20%32%,但对NO₃-N影响不明显。渗透流速与NH₄-N的去除和NO₃-N的增加均呈负相关。综合分析可得出,影响SAT系统去除“三氮”的最主要因素是干湿比和渗透流速,在回补水源中NH₄-N浓度较高时,可考虑在SAT系统表层添加生物炭以增强其去除效果。     

喀斯特山区溪流上覆水—孔隙水—沉积物中不同形态氮的赋存特征及其迁移——以麦西河为例

选取贵州百花湖入湖支流麦西河为对象,研究了上覆水—孔隙水—沉积物体系氮的形态差异,结果表明:麦西河上覆水中,以硝态氮(NO-3-N)为主,氨态氮(NH+4-N)次之,亚硝态氮(NO-2-N)最低;孔隙水中,溶解无机氮中以NH+4-N为主, NO-3-N次之, NO-2-N最低;沉积物中,总氮(TN)的含量为1110.67～4413.16mg/kg;固定态铵含量为34.56～170.05mg/kg,占TN的1.47%～6.25%;可交换态氮以NH+4-N为主, NO-3-N次之, NO-2-N最低。孔隙水NH+4-N是上覆水NH+4-N的2.65～19.51倍,上覆水NO-3-N是孔隙水NO-3-N的7.14～20.43倍。沉积物TN与孔隙溶解水无机氮(DIN)、孔隙水NH+4-N、沉积物可交换态氮和沉积物可交换性NH+4-N呈显著正相关;在沉积物中,可交换性NO-3-N与可交换性NH+4-N及可交换态氮呈显著正相关,可交换性NH+4-N与可交换态氮呈极显著正相关;孔隙水溶解无机氮与孔隙水NH+4-N呈极显著正相关。麦西河不同介质中氮的迁移关系则表现为:由于浓度梯度,上覆水中的NO-3-N扩散到孔隙水中,进而累积到沉积物中;沉积物的可交换性NH+4-N,进入孔隙水,最终扩散到上覆水中。      

云南滇池流域西芹种植区不同施肥条件下的地下水环境氮素污染

通过野外田间实验,研究了高量施肥处理、低量施肥处理、不施肥处理以及空白对照裸地等不同施肥处理条件下土壤水中各种形态氮的时空分布情况,探讨了地下水环境中氮素在不同施肥处理条件下的迁移转化特征.结果表明,在各种处理条件下,土壤水中硝态氮质量浓度随深度的增大而减小,而亚硝态氮与铵态氮质量浓度在剖面上的变化幅度较大,这种变化主要受土壤水氧化还原电位的影响.硝态氮随时间的变化趋势在4个处理区表现各异:在高量施肥处理区,各层位的土壤水中硝态氮质量浓度总体上呈增大趋势;在低量施肥处理区,硝态氮受作物生长和灌溉的影响呈拍岸浪式向下迁移;在不施肥处理区和空白对照裸地处理区,由于表层土壤中硝态氮背景值较高(0～30 cm处土壤硝态氮平均质量分数达到15.59 g/kg),灌溉水的下渗也导致硝态氮向下迁移.高量施肥处理区和空白对照裸地处理区土壤水的对比表明,施肥可促进0.6～1.5 m深处土壤的反硝化作用,从而增大这些层位土壤水中亚硝态氮和铵态氮的质量浓度.     

A mathematical model for predicting coupled heat and water movement in unsaturated soil

An investigation was conducted to develop a comprehensive moisture model for predicting non-isothermal moisture conditions in soils. An extensive literature review indicated that a model based on the Philip and de Vries equations for non-isothermal moisture movement and heat conduction would give the best results. By using numerical methods, the implicit finite difference approximations to the moisture movement and heat-transfer equations were programmed for computer solution of water content and temperature in the soil with time. Validation studies indicate that the moisture model can be used to predict accurately moisture conditions in the soil. The model was validated by using hydraulic data from laboratory studies conducted on soil columns compacted with AASHO A-3 and AASHO A-4 soil. The application of the moisture model to the study of non-isothermal moisture movement in the field is demonstrated. The influence of parameters such as water table depth, precipitation, and soil hydraulic properties on soil moisture content are shown by use of the moisture model. The model is shown to be applicable to a wide range of boundary conditions and that it predicts the moisture-temperature regime with time in soils utilizing climatic input data.     

改性红辉沸石去除水溶液中氨氮的初步研究

文章研究了采用酸、碱、盐改性红辉沸石和加热活化红辉沸石对改性红辉沸石去除水溶液中氨氮的影响效果。实验结果表明：（1）用红辉沸石去除溶液中氨氮的实验条件选择如下：1搅拌时间为30min;2沸石粒度为40～60目;3沸石用量为2g;4氯化氨溶液浓度为40mg/L;5氯化氨溶液用量为80ml。（2）采用高温活化对提高红辉沸石去除氨氮效率的作用不明显。（3）酸和碱改性对提高红辉沸石去除氨氮的效率有一定的作用,其中盐酸改性的红辉沸石去除氨氮效率为16.2%,硫酸改性的红辉沸石去除氨氮效率为13.1%,碱改性的红辉沸石去除氨氮效率为25.6%。（4）盐改性对红辉沸石去除水溶液中氨氮的影响效果巨大：经盐改性后,去除率由9.6%升高至72.6%。     

Denitrification capacity in a subterranean estuary below a Rhode Island fringing salt marsh

Coastal waters are severely threatened by nitrogen (N) loading from direct groundwater discharge. The subterranean estuary, the mixing zone of fresh groundwater and sea water in a coastal aquifer, has a high potential to remove substantial N. A network of piezometers was used to characterize the denitrification capacity and groundwater flow paths in the subterranean estuary below a Rhode Island fringing salt marsh.¹⁵N-enriched nitrate was injected into the subterranean estuary (in situ push-pull method) to evaluate the denitrification capacity of the saturated zone at multiple depths (125–300 cm) below different zones (upland-marsh transition zone, high marsh, and low marsh). From the upland to low marsh, the water table became shallower, groundwater dissolved oxygen decreased, and groundwater pH, soil organic carbon, and total root biomass increased. As groundwater approached the high and low marsh, the hydraulic gradient increased and deep groundwater upwelled. In the warm season (groundwater temperature >12 °C), elevated groundwater denitrification capacity within each zone was observed. The warm season low marsh groundwater denitrification capacity was significantly higher than all other zones and depths. In the cool season (groundwater temperature <10.5 °C), elevated groundwater denitrification capacity was only found in the low marsh. Additions of dissolved organic carbon did not alter groundwater denitrification capacity suggesting that an alternative electron donor, possibly transported by tidal inundation from the root zone, may be limiting. Combining flow paths with denitrification capacity and saturated porewater residence time, we estimated that as much as 29–60 mg N could be removed from 11 of water flowing through the subterranean estuary below the low marsh, arguing for the significance of subterranean estuaries in annual watershed scale N budgets.     

13X沸石分子筛对饮用水中NH_4~+-N吸附性能的实验研究

研究了 13X沸石分子筛对饮用水中低浓度NH+4 N的吸附性能 ,包括影响吸附的主要因素、沸石对NH+4 N的吸附效果、沸石的再生效果及沸石对NH+4 N的吸附机理。实验表明用NaOH处理的沸石比未处理的沸石对NH+4 N的吸附效果要好。在 pH值为 6 5～ 7 5、吸附时间为 2 0min、吸附温度为 2 0～ 30℃的条件下 ,沸石对NH+4 N的吸附率接近 10 0 % ,沸石对NH+4 N的吸附量可达 16 32mg/g。用直接焙烧法进行再生活化处理后的沸石对NH+4 N的吸附率仍接近 10 0 % ,沸石对NH+4 N的吸附机理是以离子交换吸附作用为主。 13X沸石吸附NH+4 N的过程符合Langmuir吸附等温模式。实验证明 ,利用 13X沸石净化含低浓度NH+4 N的饮用水具有良好的工业化应用前景。     

塔城盆地地下水“三氮”污染特征及成因

地下水氮元素污染是一个全球性的环境问题,其来源和迁移转化特征是国内外研究的热点。文章以新疆塔城盆地80组地下水样品水化学组分测试结果为依据,研究塔城盆地地下水“三氮”污染特征。结果表明:塔城盆地地下水质量总体较好;对比2017年发布的地下水质量标准,深层承压水“三氮”均未超标;浅层地下水“三氮”污染较轻,“三氮”超标点零星分布于地下水的中下游冲洪积平原区,其中,NO3-N超标率最高,超标率为8.8 %;NO2-N和NH4-N次之,超标率均为1.3 %。沿着地下水流向,从山区到盆地中央的平原区,地下水污染逐渐变重。“三氮”重污染点主要分布在塔城市、额敏县及其周边地区。区内地下水污染点的分布与工矿企业污染源、污水处理厂、垃圾填埋场等大型污染源的分布具有一定的相关性。城市化进程中,生活污水的不合理排放是塔城盆地“三氮”污染的主要来源,而通过排污河流下渗是研究区地下水“三氮”污染的重要途径;氧化还原条件、pH值、包气带岩性结构、补径排条件等是“三氮”迁移转化及其空间分布的主要影响因素。     

污染河水中氨氮对浅层地下水的影响

氨氮是目前地表水和地下水的一个重要污染源.室内试验选用3种天然砂土作为渗透介质, 以生活污水模拟污染河水, 经过近1 0个月的土柱试验, 发现氨氮在粗砂中第1 7天达吸附饱和, 第1 8— 1 4 0天去除率小于1 0 %, 在中砂中第1 30—1 4 0天吸附饱和, 以后均发生解吸出水浓度大于进水浓度.野外实验凉水河的氨氮浓度为4 6.86mg/L和2 6.95mg/L时, 地下水的氨氮浓度均小于1.1 0mg/L, 表明凉水河对地下水的实际影响不如室内大, 原因是底泥、河床下部渗透介质的厚度和岩性以及河水渗漏量的影响.排污河还清试验表明, 排污河清淤、灌入清水后, 会很明显地把排污河下部渗透介质中的氨氮带到地下水中, 造成地下水的二次污染.