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。     

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.      

非均质包气带三氮累积转化模拟砂箱试验

为研究包气带非均质结构对氮素迁移转化的影响,采用室内砂箱实验模拟了1.72 mm/h降雨强度下NH₄-N污染非均质包气带的过程。通过观测出水及土壤溶液中NH₄-N、NO₂-N和NO₃-N质量浓度变化,分析探讨了NH₄-N在含有两个亚粘土透镜体的非均质包气带介质中的迁移转化和累积时空分布特征。结果表明：经过89 d物理吸附和微生物作用,出水NH₄-N首先迅速增加然后逐渐减小,而出水NO₃-N含量持续增加,其间NO₂-N出现累积峰,系统最终达到平衡稳定状态;土壤溶液中NH₄-N在两亚粘土透镜体上表面累积较多,NO₃-N和NO₂-N在上透镜体中的累积含量大于下透镜体;而砂槽上部土壤中出现明显的NO₃-N累积,NH₄-N和NO₂-N则在下部土壤和亚粘土透镜体中累积较多。包气带介质质地、粗 细交互结构及降雨淋溶、水分运移对“三氮”的迁移转化和富集有重要影响。     

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。     

含氮污水灌溉实验研究及污染风险分析

在野外实验基地进行的含氮污水灌溉实验工作基础上,分析了污灌过程中氮化合物在土壤及地下水中迁移转化规律.研究结果表明,污灌对下层土壤及地下水中NH₄+浓度影响较小,但对NO₃-浓度影响较大,尤其是长期进行污灌的土壤,易造成地下水中NO₃-污染.利用本文推导的数学模型,可以定量预测污水灌溉后土壤水及地下水中NH₄+、NO₃-浓度的时空变化.采用Monte-Carlo法,进行含氮污水灌溉污染风险分析,结果表明,进入地下水的NO₃--N最大浓度超过污灌水NO₃--N浓度0.76倍的可能性为25%、超过污灌水NO₃--N浓度0.43倍的可能性为75%,污灌造成的地下水NO₃-污染风险必须引起注意.     

污染河道对沿岸地下水环境影响规律研究

以江苏奎河为例,观测研究奎河污染物COD_Cr、NH₄+-N、NO₃--N、Cl-入渗进入地下水中发生物理、化学及生物变化的时空分布规律,分析河道沿岸土壤对污染物的去除能力.结果表明:河床的土壤对污染物COD_Cr具有很高的去除率,对NH₄+-N亦有较高的去除率.河道中的NO₃--N在入渗过程中虽有一定的去除率,但由于NH₄+-N、NO₂--N等污染因子转化成NO₃--N,因此该浓度不一定会明显降低.Cl-是保守性污染因子,入渗过程中虽有一定的去除率,但仍对沿岸地下水环境产生影响.因此,当污染河道中污染因子是保守性物质时,必须考虑对沿岸地下水源地的影响.     

三江平原典型湿地系统大气湿沉降中氮素动态及其生态效应

2004年7月至2005年6月对三江平原典型湿地系统大气湿沉降中的氮素动态进行了研究,并探讨了其生态效应。结果表明,各形态氮月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性,原因主要与人类活动、降水强度及频次、风向、地理位置以及氮氧化物自然排放有关;湿沉降的TN组成以TIN为主(51.38%~98.96%),TIN又以NH₄+-N和NO₃--N特别是NH₄+-N为主,降水天气系统的路径在很大程度上影响着降水中各形态氮的组成;降水量与各形态氮浓度均呈较弱的负相关(p>0.05),而NH₄+-N与NO₃--N、TON均呈显著正相关(p<0.05),它们可能具有同源性。NH₄+-N与NO₃--N的良好相关性与其在液相中的反应有关;生长季是全年氮沉降的重要时期,其TN沉降量为非生长季的1.84倍,二者所占比例分别为64.78%和35.22%。除NO₂--N外,其它各形态氮的沉降量均以生长季为主体;全年TN沉降量为7.57 kg/hm2,TIN/TON之比为5.47,TIN为沉降主体,占84.56%。NH₄+-N和NO₃--N是TIN沉降的主体,其所占全年的比例分别为52.55%和30.03%;氮是该区植物生长的限制因素,生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显,其生态作用不容忽视;近年来湿地系统氮沉降量的降低可能是导致其退化的重要原因,其生态影响也不容忽视。     

三沙湾亚硝酸氮、氨氮、磷酸盐的异常、机制及影响

闽东三沙湾是最典型的多河流汇入的封闭型海湾,是世界上最大的大黄鱼网箱养殖基地和全国最主要的渔业养殖基地之一,多次调查却发现该湾藻类生产量远低于其他海湾,呈现"营养多藻类少"独特的生态特征,但都没有深入讨论其机制.本研究2018-2020年采用定点和大面走航方式,调查了5项营养盐(活性硅酸盐(SiO₃-Si)、硝酸氮(NO₃-N)、亚硝酸氮(NO₂-N)、氨氮(NH₄-N)、活性磷酸盐(PO₄-P))的潮汐运动及空间分布,结果发现:(1)流域输入导致SiO₃-Si、NO₃-N落憩浓度大于涨憩浓度,并从岸向湾内随盐度增加而线性减少.(2)湾内养殖和自然生态系统输出导致NO₂-N、NH₄-N、PO₄-P涨憩浓度大于落憩浓度,洪季浓度大于枯季浓度,从岸向湾NO₂-N随盐度增加而非线性增加,NH₄-N、PO₄-P随盐度增加而平均分布等异常现象,但沿岸排污口附近NH₄-N、PO₄-P呈落憩浓度大于涨憩浓度.(3)湾内养殖和沿岸排污输入的高浓度NH₄-N、PO₄-P,是三沙湾水质严重污染和富营养化的主要原因,湾内养殖引起的高浓度NO₂-N是引起三沙湾"营养多藻类少灾害多"这一独特的生态特征的主要因素.      

城市重污染河道环境因子对底质氮释放影响

以苏州市古城区劣Ⅴ类水体为研究对象,利用模拟试验方法,研究和探讨了水体环境条件(DO、Eh、pH值、温度)变化和疏浚深度对河道底泥氮释放的影响.底泥供试样中NH₄+-N与NO₃--N含量一般为0.277 g/kg与0.0012g/kg,上覆水体NH₄+-N与NO₃--N含量一般为6.743 mg/L与1.500 mg/L.试验结果表明:厌氧环境(DO<0.5 mg/L)、强还原环境(Eh<-108 mV)、酸性环境(pH<6.0)及温度升高均有利于底泥中NH₄+-N的释放,NO₃--N的迁移转化规律则相反;供试样控制疏浚深度5 cm、10 cm、15 cm、20 cm,当疏浚深度15 cm时,泥-水界面向上覆水体中扩散的氮通量最小;疏浚深度、DO和Eh对底泥NH₄+-N释放程度的影响大于pH和温度,通过曝气等方式保持水体中适当的溶解氧或使底泥保持较强的氧化电位环境可以有效抑制底泥中NH₄+-N的释放.     

污水灌溉土壤及地下水三氮的变化动态分析

取徐州奎河的生活污水进行饱和灌溉实验,由埋设在田间的一对蒸渗仪(地下水位保持在1m)观测,结果表明:污水中含量高达5035mg/L的氨氮进入土壤后,大部分被土壤胶体所吸附,迁移能力差,一般不会直接污染地下水。但污水在下渗时,能淋溶土壤中积存的NO₂-和NO₃-离子,使它们在地下水中的含量迅速增加。污灌以后,随土壤含水量、氧化还原电位和Ph值的变化,氨化作用、硝化作用和反硝化作用依次成为氮素转化的主要机制。污灌10d之内,由于淋溶和硝化作用产生的NO₂-、NO₃-会造成浅层地下水的严重污染。     

河套平原盐渍化地区非饱和带氮的分布特征及影响因素

土壤氮在植物生长、土壤理化性质和微生物活动中扮演着重要的角色.为了识别盐渍化地区非饱和带氮的迁移过程,以河套灌区典型盐渍化耕地为例,通过非饱和带监测和水化学统计分析,探究了土壤剖面中氮素分布的差异性及主要影响因素.结果表明,研究区0～100 cm土层深度土壤氮含量处于较低水平,NO3-N、NH4-N和NO2-N含量平均...     

冯家江流域水体中氮的空间分布特征

冯家江是北海市区重要的生态廊道。研究冯家江流域水体中氮的空间分布特征、污染来源、影响因素,对掌握冯家江流域氮污染现状及污染防控等具有重要的现实意义。本研究应用地统计学方法分析了冯家江流域地表水及沿岸地下水中氮污染物的空间分布特征。结果表明,地表水中氮污染物呈现出“高氨氮、低硝氮”的特征,NH₃-N质量浓度平均值高达5.42 mg/L,NO₃-N在孔隙潜水中明显富集,其质量浓度最高达32.63 mg/L。城镇生活污染物、人畜粪便及农业生产中化肥的施用是地表水、地下水中氮污染物的主要来源。pH值、氧化还原条件及包气带岩性结构和厚度是影响冯家江流域水体中氮污染物迁移转化的重要因素。     

黄河冲积扇平原浅层地下水中氮循环对砷迁移富集的影响

黄河冲积扇平原浅层地下水砷含量超标情况严重,豫北平原的主体是黄河冲洪积扇平原.全面了解豫北平原浅层地下水氮循环驱动下砷的富集模式,对地下水资源的可持续利用和居民健康至关重要.本文采集豫北平原513组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,原子吸收光谱和离子色谱等方法进行全分析及微量元素分析,对该地区高砷地下水的水...     

华北平原桓台县地下水硝态氮含量的空间变异规律及其成因分析

对华北平原桓台县584个潜水水样的硝态氮含量进行了测定,应用地统计学方法对数据进行了分析,结果表明潜水硝态氮含量符合对数正态分布.采用Kriging方法对未观测点进行了估值,并绘制了等值线图,按照国家地下水质量标准划分的5个等级,利用GIS空间分析方法分别统计了各个乡镇潜水中硝态氮各等级的面积.同时把各乡镇单位面积化肥、人畜排泄、污水灌溉以及总的氮素年投入量与其潜水中硝态氮的平均含量分别进行了相关性分析,发现污水灌溉投入的氮素和各类氮素的总投入与潜水中硝态氮含量均有显著的相关关系,结果表明,污水灌溉对当地潜水硝态氮含量的影响很大,同时在对区域潜水硝态氮贡献的成因分析时必须考虑区域氮素的总投入.     

雨水花园集中入渗对地下水水位与水质的影响

作为低影响开发（Low Impact Developmet, LID）措施之一,城市雨水花园集中入渗雨水径流可增加对城区地下水的补给。根据一现场监测试验,研究了长期（监测期3年）及短期（降雨3天内）雨水花园入渗点及对照点地下水位与水质的变化,分析了集中入渗的效果和影响范围。结果表明:① 雨水花园对入渗区地下水位产生了显著影响（α=0.01）;② 氨氮（NH₄-N）在3年及雨后3日的观测值均显著小于对照值;总氮（TN）指标在短期增加显著,长期均值增加不显著。③ 硝态氮（NO₃-N）浓度在降雨后有所升高,但不显著,几个观测点浓度有增有减;总磷（TP）浓度的短期值和长期均值有增有减。对于类似研究区地下水位在2~3 m的情况,集中入渗雨水径流可有效补给地下水,对氮素影响明显,对磷影响有限。     

江汉平原砷中毒病区地下水砷形态季节性变化特征

查明地下水中砷的时间变异性规律及机理是高砷地下水研究的难点和热点, 也是防控地下水砷污染的根本.选择在雨季前后对浅层潜水和孔隙承压水进行了动态监测.研究表明地下水砷含量和形态与地下水位波动存在明显的响应关系: 雨季开始后随着地下水位抬升, 地下水还原环境增强, As(Ⅴ)和Asp转化成As(Ⅲ), 颗粒态铁大幅降低, 导致水中溶解的砷和铁大幅增加, 地下水砷含量在雨季达到最高且As(Ⅲ)所占比例达到90%;雨季结束后随着水位逐渐降低, 地下水中As(Ⅲ)所占比例和溶解的砷含量下降.农业活动对浅层潜水砷形态季节性变化有明显的影响.孔隙承压水的砷形态分布变化较浅层潜水幅度大, 其变化与水位波动存在滞后效应.自然或人为活动引起的地下水位季节性变化改变了含水层的氧化还原环境, 补给水源与地下水之间的混合过程带来新的物质输入促进地下水系统中砷的迁移转化.