江苏泗阳城区浅层地下水化学特征及其影响因素

根据现场取样分析,对江苏泗阳城区浅层地下水水文地质特征、水化学组分在空间上的分布特征进行了研究,并对其形成特点和影响因素进行探讨。结果表明：研究区浅层地下水水化学类型呈现明显的平面分带性,京杭运河西南侧浅层地下水阴离子中HCO^-₃占主导地位,溶解性总固体(TDS)多小于1 g/L,总硬度小于450 mg/L,水质一般较好;京杭运河东北侧浅层地下水阴离子以HCO^-₃、Cl^-、SO^2-₄为主,TDS多介于1~3 g/L,总硬度大于450 mg/L,为微咸水,水质变差。研究区NH⁺₄-N、NO^-₃-N污染较明显,空间分布具有明显的地域性差异;高浓度分布在京杭运河两岸以及泗阳农场一带,纵向上NH⁺₄-N高浓度主要集中在小于18 m的浅层地下水,NO^-₃-N多在8~20 m的浅层地下水富集。研究区浅层地下水水化学组分现状特征及其差异性的形成与演化,受海陆交互相沉积环境、含水介质、地下水补径条件以及人类活动等因素的影响。     

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。      

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。     

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。     

靖宇县玄武岩区矿泉水特征组分H2SiO3成因实验——以王大山泉为例

以靖宇县典型泉岩样为实验材料,结合野外实际情况,考虑pH值和CO₂影响因素设计了矿泉水中H₂SiO₃实验,对实验结果进行了化学动力学分析,并利用matlab建立数学模型分析了矿物反应的机理。结果表明:1)仅考虑pH值的情况下:初始pH值近中性(pH=7.25)时,实验溶液中H₂SiO₃释放量较小,反应难以发生;初始pH值为碱性(pH=8.10)时,实验溶液中H₂SiO₃缓慢增加,平均释放速率为3.08 mg/(kg·d)。2)在考虑pH值和CO₂情况下:初始pH值为碱性条件时,通入CO₂能够较快促进H₂SiO₃产生,平均释放速率可由4.29 mg/(kg·d)升高为12.00 mg/(kg·d);初始pH值为弱酸性(pH=6.64)时,实验溶液中H₂SiO₃增加较快,通入CO₂,溶液中H₂SiO₃释放速率稍微增加。3)实验溶液中H₂SiO₃释放规律符合Stanford一阶反应动力学模型。靖宇县矿泉水中H₂SiO₃主要来自偏硅酸矿物(斜长石、镁橄榄石、辉石)的反应。在中性条件下,玄武岩矿物很难反应;在碱性条件时,主要是玄武岩矿物的水解,反应缓慢;在弱酸性条件下,主要是玄武岩矿物与H⁺和CO₂的反应,反应强度较大。     

亚硝酸根作为电子受体的反硝化吸磷特性

为了考察聚磷污泥以NO2-为电子受体的反硝化吸磷特性,通过静态烧杯试验,研究了不同NO2-浓度聚磷污泥的反硝化同时吸磷能力及动力学。实验结果表明:NO2-质量浓度在31.25 mg/L以下时,反硝化聚磷菌可以利用NO2-为电子受体完成反硝化吸磷;在高于37.50 mg/L时,NO2-对缺氧吸磷有明显的抑制作用。但是反硝化聚磷菌经过驯化之后,即使NO2-质量浓度达到很高(75.00 mg/L),仍然可以利用NO2-作为电子受体完成反硝化吸磷,而没有发现抑制吸磷的现象,而且NO2-的浓度对吸磷速率没有明显影响。以NO2-为电子受体平均吸磷速率为3.16 mg P/(gMLVSS.h),平均反硝化速率为5.14mg NO2--N/(gMLVSS.h),吸磷速率小于以氧和NO3-为电子受体时的速率。     

4A沸石分子筛对KNO3和NH4NO3的吸持作用

实验研究了4A沸石分子筛经熔融盐处理后对KNO₃和NH₄NO₃的吸持作用。结果表明：在实验条件下,KNO₃处理后的4A沸石中含钾(以K₂O计)15.01%,含NO^-₃ 9.23%;NH₄NO₃处理后的4A沸石中含NO^-₃ 10.78%,含NH⁺₄ 0.94%。熔融盐处理后的样品X射线衍射峰相对强度发生了变化,红外光谱中1 640 cm^-1附近水的吸收带强度减弱,1 390 cm^-1附近出现的NO^-₃离子的强吸收带及825 cm^-1附近出现的NO^-₃离子的弱吸收带,以及热重-差热曲线中KNO₃和NH₄NO₃的热失重和分解热效应均证明沸石中吸持盐的存在。处理后4A沸石分子筛的基本骨架结构没有被破坏,吸持盐的4A沸石对营养盐的储备大大提高,是潜在的缓释肥料。     

岩溶区砂糖桔短期种植对土壤氮转化过程的影响

利用¹⁵N同位素成对标记法并结合MCMC数值模型,研究岩溶区乔灌地开垦种植砂糖桔4年后土壤氮转化特征。结果显示:乔灌地开垦种植砂糖桔后,土壤有机氮矿化速率由2.93 mg N·kg^-1·d^-1显著下降至0.60 mg N·kg^-1·d^-1,土壤无机氮的供应能力降低,土壤有机氮矿化速率与土壤有机碳、全氮和全钙含量呈显著正相关性,与铁、铝、钾和黏粒比例呈显著负相关性;土壤铵态氮微生物同化速率由1.76 mg N·kg^-1·d^-1显著降低为0.10 mg N·kg^-1·d^-1,在砂糖桔地铵态氮微生物同化速率与有机氮矿化速率的比值仅为0.17。乔灌地土壤自养硝化速率高达11.06 mg N·kg^-1·d^-1,而硝态氮微生物同化作用微弱,硝态氮异化还原速率仅为0.64 mg N·kg^-1·d^-1,导致硝态氮净产生速...     

岩溶碳汇的主控因子——水循环

精确地计算岩溶碳汇量,有助于全球碳循环模型理论的进一步完善。因而在实际工作中,排泄量和HCO^-₃质量浓度是岩溶碳汇监测评价的主要指标。选取贵州茂兰国家级自然保护区的板寨河流域为研究对象,基于自动化在线监测技术,获取了该域排泄量及水化学指标的实时监测数据。对比分析暴雨期、无或弱降水期以及枯水期等不同降水条件下HCO^-₃质量浓度、流域排泄量及岩溶碳汇量的动态过程曲线,发现流域排泄量与岩溶碳汇量呈良好的正相关关系,而与HCO^-₃质量浓度则呈负相关。这说明相比地下水中HCO^-₃浓度,流域排泄量才是影响岩溶碳汇的主控因素,同时也说明水循环方式是影响岩溶碳汇的主控因子,即流域排泄量愈大,流域内岩溶作用对大气CO₂形成的“汇”值愈大。     

岩溶地下河污染物运移特征及自净能力 ——以广西里湖地下河为例

以广西里湖地下河为研究对象,通过观测地下河系统中污染物的运移行为来研究其自净过程。于不同季节沿着地下河的径流方向进行一个水文年的调查取样。结果发现地下河主要受到NO₂-N、NH₄+-N、COD和As、Cd、Hg等重金属的污染。污染物从地表进入岩溶含水层,到达地下河出口时部分污染物浓度衰减明显,说明一些离子有明显的自净能力。因地下河的结构和部分管道半充水状态、明暗流交替等水文地质条件,地下河的自净机制主要是物理过程的稀释作用和化学过程的氧化还原反应。通过对比地下河主要离子的衰减量和衰减速率,发现衰减比例最高的为铵态氮,最低为保守元素氯离子。根据衰减速率,将水中的离子和微量元素分为4种衰减特征类型:TFe、Al和Zn一旦进入岩溶含水层后全部衰减;K、Na、Mg、F、Cl、HPO₄和TP在洞穴伏流段具有最高的衰减速率;来自生活和工业污染的NH₄-N、COD_Cr、BOD₅从上游至下游逐渐减少;Mn、 Ba和Hg从明流转为伏流时衰减速率最快,但在洞穴伏流内存在二次悬浮。     

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.     

蔗渣生物质炭对喀斯特农田石灰性土壤氮转化过程的短期影响

生物质炭对于土壤中不同形态氮库的含量影响已有较多研究,但对西南喀斯特区石灰性土壤氮素形态,尤其是控制氮素形态的转化过程研究较为缺乏。本研究设置土壤中添加1%(C1)和3%(C2)蔗渣生物质炭2个用量水平,并以不施用蔗渣生物质炭作为对照(CK),共3个处理,通过 15 NH 4 NO 3 和NH^15 4 NO 3 成对标记技术,结合MCMC氮素转化模型研究了不同用量的蔗渣生物质炭对石灰性土壤氮转化过程的短期影响,为该地区蔗渣资源化利用和土壤氮保持提供理论支撑。结果表明,与CK相比,添加蔗渣生物质炭能够快速提高土壤pH和有机碳含量。添加生物质炭并没有显著改变土壤氮的矿化、铵态氮(NH^+ 4 )和硝态氮(NO^- 3 )的微生物同化和异养硝化速率,但NH^+ 4 吸附速率随生物质炭用量的增加而提高,以添加量最高的C2处理最大。添加生物质炭同样提高了土壤NH^+ 4 释放速率,但C1和C2处理的土壤NH^+ 4 释放速率并无显著性差异。与CK和C1处理相比,施用高量蔗渣生物质炭通过抑制自养硝化速率而显著降低了硝态氮净产生速率。这些结果表明,施用高量蔗渣生物质炭于石灰性土壤中可快速实现对NH^+ 4 吸附,降低自养硝化速率,减少NO^- 3 产生,从而降低了其损耗和淋失风险。     

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。     

不同温度条件下氨氮在砂土中的吸附实验研究

温度的变化能够改变水体的环境,引起周围环境中的离子吸附解吸作用的变化。不同于其他土壤,砂土的保水保肥能力更差,砂土地区一旦发生氨氮(NH₄⁺-N)污染,情况会更加严重和突出。为防治砂土地区N H₄⁺-N污染提供理论依据与技术支持,通过N H₄⁺-N的静态吸附试验,研究不同温度条件下N H₄⁺N在粗砂、中砂、细砂中的吸附转化特征,得到如下结论: 在试验设置的温度区间内,总的趋势是温度越低,砂土对N H₄⁺-N的吸附量越高,表明温度升高对N H₄⁺-N的吸附有抑制作用,这主要是因为吸附过程中会产生弱放热效应,进而降低渗滤介质对N H₄⁺N的平衡吸附量; 在25~30 ℃区间内存在硝化与反硝化作用的临界温度,当温度低于临界温度时,N H₄⁺-N吸附量的减少主要是由于发生了硝化反应,当温度高于临界温度时,N H₄⁺-N的吸附量减少主要是由于发生了反硝化反应。     

地下水硝酸盐污染的同位素研究进展

土壤原生氮、无机化肥和动物粪便等氮源中15N富集程度存在差异,使得利用稳定同位素N(δ15N/14N)能有效识别地下水中NO3-的来源。但N不是一个稳定的示踪剂,地下水中NO3-的δ15N是N源的初始δ15N值、后期进入含水层的迁移路径中和地下水流运动途径中不同形态的N之间相互转化过程,如矿化、吸附、硝化和反硝化作用,发生的同位素分馏作用后的综合反映。利用地下水中NO3-的δ15N确定其来源必须首先确定分馏作用是否发生及其反应程度。本文重点探讨了判断分馏作用是否发生及其反应程度的方法,总结了N同位素判别地下水NO3-污染源方法的发展历程,并指出未来研究工作应该以硝酸盐在包气带中的迁移转化规律为重点。     

岩溶区和碎屑岩区林地和农田土壤氮矿化过程对比研究

通过15N标记法和MCMC氮素转化模型,研究了岩溶区（石灰性土壤）和碎屑岩区（红壤）林地和农田土壤易分解有机氮矿化（M易）、难分解有机氮矿化（M难）和总有机氮矿化（M总）速率。结果发现,土壤矿化速率受土壤类型和土地利用方式的显著影响。林地石灰性土壤M总（3.71 mg N/kg）显著低于林地红壤（5.57 mg N/kg）,石灰性土壤MNlab（1.81 mg N/kg）与MNrec（1.90 mg N/kg）相近,而红壤M易（4.60 mg N/kg）显著高于M难（0.96 mg N/kg）。林地变为农田后,石灰性土壤M总 显著提高,而红壤显著降低。与林地相比,岩溶区农田土壤M易提高了72.5%,而M难下降了33.7%。碎屑岩区农田土壤M易和M难分别降低至2.47和0.46 mg N/kg。岩溶区土壤CaO和MgO含量与M易呈显著负相关,而与M难呈显著正相关,表明岩溶区土壤钙镁含量是影响氮矿化速率的重要因素。      

吉林西部盐碱农田有机碳矿化和激发效应对氮磷添加的响应

为了研究不同盐碱程度旱田和水田土壤有机碳（SOC）矿化对氮、磷添加的响应,定量化其激发效应的大小和方向,选择了吉林西部3块盐碱旱田样地（H1,H2,H3）和3块盐碱水田样地（S1,S2,S3）,采用实验室模拟培养,将无机营养素（（NH₄）₂SO₄、KNO₃和KH₂PO₄）以7种形式添加到0~15 cm表层土壤样本中,在25 ℃恒温箱内连续监测32 d的CO₂释放量,分析7种氮、磷添加处理对SOC矿化和激发效应的影响。结果表明：1）按7种处理形式分别添加200 mg/kg和1 000 mg/kg氮或磷,SOC矿化量和矿化速率均增加了158.5%~876.5%;同一添加物的质量分数越高,SOC矿化量越大,且随着培养时间延长,SOC矿化速率呈逐渐降低的趋势。2）在培养期间,各添加组均产生了正激发效应。3）在培养期间,部分处理组的SOC矿化、激发效应和碱化度表现出显著负相关性（显著性水平p<0.05）。碱化度越大,SOC矿化作用和激发效应越弱;矿化作用越大,正激发效应越低。4）与水田土壤相比,旱田SOC矿化和激发效应对添加氮、磷的响应更大。     

Simultaneous nitrification–denitrification of wastewater: effect of zeolite as a support in sequential batch reactor with step-feed strategy

One of the technologies used for wastewater nitrogen removal consists in simultaneous nitrification–denitrification. The low microbial growth rate and the low availability of organic material for the denitrification stage make it necessary to study new operational conditions and the use of microbial supports. The aim of this study was to evaluate the operational behavior of a simultaneous nitrification–denitrification process in a sequential batch reactor utilizing zeolite as a biomass support and step-feed strategy. Two reactors of 2 L were used, one with zeolite and another without zeolite, both operated at constant temperature (31 °C), varying nitrogen loading rate (NLR) from 0.041 to 0.113 kg total Kjeldahl nitrogen (TKN/m³/day). After 209 days, removals higher than 86 and 96 % in nitrogen compounds and organic matter were obtained, respectively. There was not accumulation of nitrate and nitrite in any case; this means that there was a simultaneous nitrification–denitrification in the reactors. The incorporation of zeolite in the system held higher concentration of biomass in the reactor; this led to reduce start-up to 21 days and to improve 11.31 % removal kinetic. The use of a step-feed strategy prevents events of inhibition by substrate, even duplicating tolerance to higher NLR for the same operation time.