氮污染含水层治理技术综述

本文通过对“三氯”（NO3^-,NO2^-,NH4^ )的迁移转化机理研究，指出反硝化作用是地下水中除氮的主要过程，并分析了影响反硝化作用的主要因素，进一步推导出地下水系统中硝化与反硝化作用的数学模型，去除含水层中的氮是当今国内外重点研究的现场净化技术之一，文中介绍了双井系统、多井系统、Nitredox法、综合系统法及麦杆生物反应器法的基本原理、应用条件、处理效果等，各种方法均可使受氮污染的含水层得以再生。     

土壤包气带强化反应层脱氮的控制因素与性能研究

包气带作为防止地下水硝酸盐污染的天然屏障,其反硝化效果通常受到碳源的限制。针对地下水硝酸盐污染防治技术现状,本文采用Ca(OH)₂处理的玉米芯作为反硝化的碳源材料,构建包气带强化反应层,用响应曲面法研究硝酸盐浓度、含水量和温度的交互作用对脱氮性能影响,并用硝态氮去除率、亚硝态氮累积、pH值变化以及溶解性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)淋失通量综合评价脱氮性能,最后采用高通量测序揭示脱氮层中微生物变化。研究结果表明:温度、含水量以及温度和含水量交互作用对硝态氮去除率影响显著,其中温度是反硝化过程中最关键的因素;系统运行74天后,硝态氮去除率达到50%,亚硝态氮累积量(以N计)大多低于3 mg/L,pH值维持在7.0左右,DOC淋失通量(以C计)介于0.10.2 mg/(cm²·d);高通量测序发现,脱氮层中微生物的丰富度降低,而与反硝化和碳分解有关的微生物相对丰度提高,在碳源的刺激下微生物向有利于脱氮的方向演变。     

包气带土层对氮素污染地下水的防护能力试验研究

包气带土层能够有效滞留和吸附污染物,是阻隔污染物进入地下水的重要屏障。通过对北京市典型地区包气带土体进行土柱淋溶试验,研究包气带土层对氮素污染地下水的防护能力,实验结果显示,包气带土层对氮素的截污性能具有明显的分段性。粘质粉土对氮素污染地下水具有较强的截留和防护能力,粉砂截留和防护能力相对较差。经计算粘质粉土和粉砂对再生水的净化能力分别为83.3%、29.1%。包气带土层颗粒粒径愈大,污染物浓度高,水动力条件好,包气带土层的防护能力愈差。     

包气带硝酸盐分布的差异性及其形成机理:以正定、栾城为例

在地表等量氮输入条件下,包气带中硝酸盐含量分布是其抗污染能力的直接表征。阐明不同包气带中硝酸盐分布的差异并分析其成因对于评价下覆含水层的硝酸盐污染脆弱性、保护地下水资源免遭硝酸盐污染,具有重要意义。本文基于太行山山前冲洪积扇上栾城和正定两个16m深包气带硝酸盐含量数据,指出两个剖面上包气带中硝酸盐分布特征的差异性。分析研究区的施肥历史、大气降水的入渗补给强度及土壤有机质含量,认为包气带水分运移速度和反硝化能力是导致包气带硝酸盐分布差异的两个关键因素。在分析N同位素测试技术进步的基础上,指出利用同位素技术对包气带中的反硝化能力的定量化研究有望取得新进展。     

包气带土体NO-3污染的微生态修复实验研究

社会经济的发展和资源的利用产生了一系列环境问题，尤其是化肥的超量施用，已经危及包气带土体和地下水的质量安全。大量的氮素没有被农作物吸收，经微生物硝化作用后，以硝态氮的形式进入包气带土体，使包气带土体普遍受到氮素不同程度的污染。本文简述了包气带土体硝态氮污染的室内微生态修复、阻控技术和实验研究，探讨了今后应用的可行性。     

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。     

包气带反硝化强度空间分布规律的整合分析

依据1970~2017年间发表的3955篇包气带反硝化强度相关论文,筛选出197组反硝化强度数据,利用整合分析,重点研究了包气带反硝化强度在典型生态类型（水平）和不同采样深度（垂向）的空间分布规律,识别了包气带反硝化强度的主控因素并研究其函数关系。结果表明:水平空间上,包气带表层0~0.5 m反硝化强度的分布特征显著,由大到小排序为:森林（8.03±0.21 mg/（kg·d））、农田（3.54±0.08 mg/（kg·d））、草地（3.38±0.12 mg/（kg·d））、湿地（2.32±0.23 mg/（kg·d））、沙漠（2.15±0.56 mg/（kg·d））。垂向空间上（6 m内）,各生态类型反硝化强度随深度的增加均呈“S”型变化规律。不同生态类型和不同采样深度下包气带反硝化强度的主控因素存在一定差异,主要为黏粒、有机质、全氮、硝态氮、有效磷,并给出了包气带反硝化强度与主控因素的回归方程。     

土壤包气带土体无机氮的吸附与微生物作用影响试验方法

文章通过河北平原山前地区包气带土体的氮素循环及硝酸盐污染地下水的过程，对包气带土体与微生物细菌对三氮的运移转化作用进行了实验研究，介绍了用于溶质运移的预测与准确估算进入地下水的氮素含量求其参数的实验方法及特点。     

地下水位波动带三氮迁移转化过程研究进展

三氮是我国地下水中典型污染物,其在包气带和含水层中的迁移转化过程受到高度关注。近几年,地下水位波动带中的三氮迁移转化已经成为新的研究领域。在综合运用文献计量分析法,定量分析相关研究趋势的基础上,系统总结地下水位波动带形成及特点,梳理波动带中三氮迁移转化过程及生物地球化学过程最新研究表述及成果,并对今后可能的研究热点和方向进行了展望。现有研究表明:水位波动带中环境指标如土壤含水率、氧化还原电位、溶解氧和有机质含量均表现出一定的分带性规律,微生物菌群结构和功能基因更多样化,并呈现一定的分布特征。随着地下水位波动,包气带中的三氮易浸溶进入地下水并发生迁移。地下水位上升,硝化作用减弱,反硝化作用增强;地下水位下降,硝化作用增强,反硝化作用减弱。为完善水位波动带三氮迁移转化过程研究,应进一步关注:（1）将水化学演化分析与分子生物学高通量测序方法相结合,深入探究水位波动带三氮转化与微生物作用机理;（2）除关注硝化、反硝化作用外,增加异化还原、同化还原和厌氧氨氧化等作用过程的研究;（3）细化分析更多情境、更多影响因素的水位波动过程,识别水位波动带三氮转化的关键影响要素。     

As(Ⅲ)在包气带土层中的自净作用实验研究

本文根据室内原状土混合溶液的淋滤实验,利用化学热力学的基本理论,研究As(Ⅲ)在包气带土层中的迁移、积累、分布特征。证明As(Ⅲ)在包气带土层中的吸附作用为其主要的自净作用,“不完全吸附作用”为其主要吸附作用特征。论证了包气带土层对于As(Ⅲ)的净化能力及对地下水的保护能力。     

Nitrogen Removal in Wastewater Irrigation Systems and Its Influence on Groundwater Pollution

The experiment included ten soil columns and field investigation in 1-2 year duration. Data on the columns continuously flooded with waste water indicated that when total input of NH_4-N reached to above 70％ of the NH_4-N adsorption capacity in soil the breakthrough would appear in the output . Adequate removal of nitrogen from the waste water would require at least 170 cm deep groundwater table . Fine textured soil would promote denitrification . The columns simulating discontinuous waste water irrigation indicated that denitrification existed only in the partial microenviroument of reduction . Groundwater table depth had no strong influence on nitrogen removal . The investigation in field revealed that the groundwater recharged with waste water was not polluted by nitrogen when the aeration profile was in finer textures owing to the combined contribution of nitrification and denitrification.     

节水条件下土壤氮素的环境影响效应研究

土壤无机氮素的损失主要是铵氮的挥发损失和硝氮的反硝化和淋失.土壤水分和氮素含量的增加,都将增加氮肥淋失的潜在威胁,如处置不当,获得高产可能需要以环境的污染为代价.节水条件下土壤无机氮素的损失量有所减少,但是氮素利用效率也同时受到了土壤水分状况的限制.探讨了作物产量、氮素损失和农业生产要素(水分、氮素)实际投入量之间的关系,建立了节水条件下土壤氮素损失和环境评价概念型模型,通过在北京水利科学研究所永乐店灌溉试验站3年的试验资料对模型进行了参数求解及校验.     

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.     

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。     

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。     

地下水硝酸盐中氧同位素研究进展

硝酸盐中氧同位素在某些情况下能弥补氮同位素组成无显著差别的不足以及更有效地识别反硝化作用。文中综述了氧同位素检测技术、NO-3 源的氧同位素组成特征和氧同位素的应用等方面的研究进展。检测技术经历了 5个发展过程。大气和土壤环境形成的NO-3 具明显的氧同位素组成差异 ,由此可识别地下水NO-3 是来自含NO-3 化肥或大气沉降NO-3 还是来自土壤环境中的NH+ 4 经微生物硝化作用形成的NO-3 。反硝化作用使δ15N和δ18O成比例线性增加。今后的研究方向是完善检测技术、研究NO-3 中氧来自水和大气比例的影响因素及氮、氧同位素与地球化学和水文模型的结合等。     

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。      

贵阳次生林不同演替阶段土壤微生物生物量与反硝化酶活性的研究

土壤营养元素赋存状态和微生物活性是喀斯特地区生态恢复的关键质量指标,温室气体N2O的排放是全球变暖的重要因子。研究了雨季贵阳不同演替阶段森林表层土壤（0～10cm）微生物生物量（SMB）、反硝化酶活性（DEA）、无机氮（N）库和N转化特征,并与玉米地、茂兰喀斯特原始森林土壤做了对比分析。结果表明,微生物群落对土壤水分条件响应强烈,土壤有效N的增加有助于微生物群落的增长,土壤N转化速率越快,微生物N同化作用越低。人为干扰（火烧和农业活动）会增加或降低土壤SMB、增加潜在的气态N流失。总的来说,不同演替阶段土壤SMB、DEA和土壤N库均有显著差异,随植被恢复土壤SMB呈上升趋势,温室气体N2O的排放量呈下降趋势,气态N流失形态从N2O转变为N2,N循环过程趋于优化,表明自发演替是退化喀斯特森林恢复的可靠方式。     

河流渗滤系统对硝态氮污水的净化作用研究

河流渗滤系统对入渗的地表水有一定的净化作用,过去人们很少从理论上研究河流渗滤系统对污染河水的净化作用。本文采用室内土柱实验装置来模拟渭河渗滤系统,研究了硝态氮污染的河水在该系统中的环境行为及净化机制,其环境行为主要为反硝化作用。其净化程度与该渗滤系统的渗滤介质有关,如果渗滤介质为粘土,其净化率达到100%。若介质为粗砂粒物质,其净化程度较低。