东江干流水体氮的时空变化特征及来源分析

为了防治东江氮污染并进行针对性水体治理,于2013年7月(丰水期)和2014年1月(枯水期)全面调查了东江干流水体氮的时空变化特征,并利用附生藻的稳定性氮同位素示踪技术对东江水体氮进行了溯源研究.结果表明,TN、NO-3-N、NH+4-N在丰水期的平均浓度分别为2.70、1.63、0.21 mg·L-1,高于枯水期(TN,2.04 mg·L-1;NO-3-N,1.49 mg·L-1;NH+4-N,0.31 mg·L-1);东江水体氮含量较高,且主要以NO-3-N形态存在.各形态氮浓度自上游至下游的变化趋势表现为,TN和NO-3-N先递减再升高,NH+4-N则逐渐递增.稳定性氮同位素示踪表明,面源输入的人畜粪便、养殖废水及农业化肥等是上游区域氮的主要来源,贡献率约占91%;而在下游区域,城市污水的贡献率逐渐增大,并成为氮的主要来源,贡献率达到54%.     

节水灌溉与控释肥施用对太湖地区稻田土壤氮素渗漏流失的影响

在太湖流域采用田间小区试验研究了干湿交替节水灌溉与控释肥(控释BB肥与树脂包膜尿素)施用对稻田30 cm深土壤渗漏水总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和亚硝态氮(NO-2-N)浓度的动态变化及氮素淋失的影响.结果表明:各处理渗漏水TN、NH+4-N和NO-2-N浓度均在施肥后10 d内达到高峰,然后逐渐下降.渗漏水氮素以NH+4-N(0.22~15.15 mg·L-1)为主,平均占TN 70.1%,NO-3-N(0.10~0.95 mg·L-1)占TN比例较低,平均为13.0%,NO-2-N(0~0.24 mg·L-1)平均仅占TN 1.3%.与淹灌相比,节灌对稻田渗漏水氮素浓度及各氮素占总氮的比例影响不大,但降低了14.2%的渗漏水量和9.4%的TN淋失量.施氮显著提高了渗漏水氮素浓度以及NH+4-N和NO-2-N占TN的比例.控释BB肥和树脂包膜尿素较常规尿素处理水稻全生育期渗漏水TN平均浓度分别降低10.2%和43.3%,TN淋失量分别降低26.1%和39.5%.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用有利于降低氮素渗漏损失,促进农田面源污染减排.     

子牙河水系河流氮素组成及空间分布特征

选取海河流域子牙河水系典型污染河流为研究对象,对河流水体与沉积物中氮素组成及空间污染特征进行了研究.结果表明,子牙河水系各河流为高NH+4-N污染,TN浓度均值为31.28 mg·L-1,超过国家地表水Ⅴ类标准15倍,NH+4-N浓度最高,占TN的质量分数为79%,总有机氮(TON)次之;表层沉积物中含氮物质主要以有机氮形式存在,平均含量为3.290g·kg-1,约为NH+4-N的4.5倍;子牙河水系水体中NH+4-N与TON、NH+4-N与t存在显著正相关(P<0.01),表层沉积物中NH+4-N、有机氮(SON)与TOC之间存在显著正相关(P<0.01);子牙河水系河流表层沉积物普遍处于有机污染状态,根据有机污染评价结果显示有机氮污染造成的影响要略高于有机碳,北澧河沉积物污染最为严重.     

海河流域河流耗氧污染变化趋势及氧亏分布研究

耗氧污染是海河流域河流水污染的主要类型,耗氧污染物对河流溶氧的消耗产生的氧亏效应对水生生物产生重大影响.收集海河流域重点水功能区88个监测站点2000—2011年CODCr/CODMn、NH3-N指标,分析河流耗氧污染特征及演变趋势,并基于水质目标(2 mg·L-1)下计算出海河流域河流氧亏量.结果表明,流域河流耗氧污染总体呈现好转趋势,耗氧污染指标(NH3-N、CODCr/CODMn)逐渐降低,I~III类水质站点比例增加,劣V类水质站点数和超标倍数减少;CODMn降低幅度大于NH3-N,主要污染物由COD向NH3-N转化.海河流域重点氧亏区域主要集中于中部平原段和下游滨海段,未氧亏区域多集中于上游山区段;北三河、黑龙港运东与徒骇马颊河水系中部平原段整体处于缺氧区域,子牙河水系中部平原区缺氧现象最为严重,氧亏区域位于石家庄洨河下游、滏阳河艾辛庄下游至献县段及石津总干以南;海河流域内中部平原段河流氧亏的主要贡献仍以COD为主,但氨氮的贡献显著,其中黑龙港运东水系、徒骇马颊河水系和北三河水系,COD耗氧均值都高于5 mg·L-1,在北三河和子牙河水系,氨氮耗氧均值达到了4 mg·L-1.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

基质浓度对ABR厌氧氨氧化反硝化脱氮除碳效能影响及动力学特征

采用厌氧折流板反应器(ABR)为研究对象,以一定COD、NH+4-N和NO-2-N比例增加进水基质浓度,以明确基质负荷提高对ABR厌氧氨氧化和反硝化协同体系脱氮除碳的影响,并通过基质去除模型获得反应器对基质的耐受程度.研究表明,ABR反应器能够实现厌氧氨氧化反硝化耦合脱氮除碳,当进水基质COD、NO-2-N和NH+4-N浓度从220、168和60 mg·L~(-1)提高至420、270和110 mg·L~(-1)时,反应器脱氮效能下降,COD、NO-2-N、NH+4-N和TN去除率分别为97%、94%、30%和78%,厌氧氨氧化对TN去除的贡献率从43.08%骤降至16.49%,反硝化脱氮贡献率从53.81%增至82.07%.动力学模型拟合发现,Stover-Kincannon模型(R2=0.937,TN;R2=0.975,COD)较一级基质去除模型(R2=0.314,TN;R2=0.016,COD)更适合评价反应器对基质的承受力;Stover-Kincannon模型表明,反应器对TN和COD的最大基质利用率分别为1.43 g·L-1·d-1和3.33 g·L-1·d-1,饱和常数(KB)分别为1.2和3.79,研究认为ABR协同脱氮除碳体系理论上还有继续提升基质负荷的潜力.     

暴雨径流对非常规水源补给城市河流水质冲击研究

选择北运河流域典型非常规水源补给城市河流(凉水河)为研究对象,阐述暴雨径流对非常规水源补给城市河流水体物理化学特征的影响.结果表明,非暴雨期间,凉水河水体p H和DO平均值分别为7.67和3.88 mg·L-1;耗氧物质COD和氨氮(NH+4-N)平均质量浓度分别为47.41 mg·L-1和8.39 mg·L-1;富营养化元素总氮(TN)和总磷(TP)平均质量浓度分别为16.34 mg·L-1和1.45 mg·L-1.暴雨期间,雨水径流汇入收纳水体后,COD、NH+4-N、TP平均质量浓度明显上升,最高值分别达到108、14.24、3.02 mg·L-1.在空间分布上,COD、NH+4-N、TN和TP质量浓度变化趋势随土地利用类型变化特征趋于一致,从城镇区至农村区,均呈逐渐上升趋势.     

污泥水热液化水相产物中氮元素变化规律的研究

亚临界水直接液化是实现污泥资源化的一种潜在手段.针对污泥亚临界水热液化水相产物中氮元素的变化规律进行了系统地研究.结果表明,在研究的反应温度和反应时间范围内,水相产物中总氮的质量浓度ρ(TN)在2 867.62~4 171.30mg·L-1之间变化,氮的主要存在形态为氨氮(NH+4-N)和有机氮(Org-N),其中NH+4-N占54.6%~90.7%,Org-N占7.4%~44.5%,ρ(NO-3-N)远远低于ρ(NH+4-N)及ρ(Org-N).反应温度是影响氮元素含量的重要因素,相同反应时间下ρ(TN)和ρ(Org-N)随反应温度的升高而降低.随反应时间的延长,ρ(TN)和ρ(Org-N)逐渐增加,而ρ(NH+4-N)则呈现出先增加,后平稳,再些许减少的趋势.     

海河流域河流富营养化程度总体评估

以海河流域2009年地表水水质现状数据为基础,分别运用河流水体富营养化潜势和浮游植物表征河流富营养化水平.结果显示,流域河流水体中富营养盐含量相对较高,河流水体中TN、NH3-N平均含量分别为8.13、4.34 mg·L-1,分别超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类限值(2 mg·L-1)4倍、2倍以上.北三河水系(北运河、潮白河、蓟运河)、子牙河水系和海河干流中TN浓度超过9 mg·L-1;海河流域河流水体中TP平均含量为0.87 mg·L-1,超过地表水Ⅴ类限值(0.4 mg·L-1)2倍以上.北三河水系、子牙河水系和黑龙港运东水系水中TP平均含量均超过1.0 mg·L-1.主要河流3%处于中或贫营养,44%处于极富营养化水平,主要分布在北三河水系、子牙河水系和漳卫河水系,表明流域河流总体呈现富营养化状态,平原段河流富营养化严重.河流治理要兼顾耗氧污染控制和营养盐控制,以改善河流水质.     

辽河盘锦段与河口海域水体氮素分布特征及其与溶解氧的关系

选取辽河盘锦段至河口近岸海域区域进行研究水体中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的分布特征及其与溶解氧的关系进行研究。结果表明水中氮素含量高于海水,且氨氮表现尤为突出,可能与水体中溶解氧含量和微生物环境、海水的稀释和迁移有很大关系;河水中氮素与溶解氧的呈显著负相关,而海水中氮素与溶解氧的关系不明显。这可能与海水的质化作用有关。     

无机氮化合物及pH值对紫背浮萍生长的影响

以紫背浮萍为对象,研究了氨氮、硝酸氮浓度和pH值等对其生长的影响.结果表明,低pH值对紫背浮萍的生长具有抑制作用,紫背浮萍耐受的pH值低限在6左右.高的pH值本身对紫背浮萍生长没有显著影响,但以氨为氮源时,pH值大于7会加剧非离子态氨的解离,从而对紫背浮萍的生长具有明显的抑制作用.紫背浮萍的生长随非离子态氨浓度增加受抑制程度逐渐增加,非离子态氨浓度大于2mg/L时,基本上不能生长.紫背浮萍可以利用硝酸根离子作为氮源,在研究的浓度范围(20～40mg N/L)内硝酸氮对紫背浮萍的生长没有影响.氨氮和硝酸氮浓度的增加可使紫背浮萍鲜叶片的叶绿素含量增加,在相同氮浓度下,氨氮中生长的紫背浮萍的过氧化物酶活性高于硝酸氮中的活性.     

广东省农业氮足迹分析

为对农业生产氮素利用和排放情况简单直观而又全面地评估,基于修正的N-Calculator模型的基础上,结合农业生产系统中的氮素流动过程,计算了广东省农业氮足迹.研究发现,该省农业氮足迹的主要来源是化肥施用和养殖业饲料,2010年,两者合计占约81%以上.近20年来,农业氮足迹总量上升了45%,按用地平均更增长了88%,增速最快的是来自非农业部门的大气沉降氮,年增速8.5%,农业能源氮足迹是另一增长较快的项目,增幅为107%.污染氮足迹已占到总足迹的31%,主要是因为土壤的氮素流失.另外,2010年,与农业活动相关的其他部门的农业隐含氮足迹为207209.79t,约为农业氮足迹的17%.     

蚯蚓粪施用对土壤氮含量及形态的影响

采用盆栽试验,研究蚯蚓粪施用量为0 t/hm²(CK)、15 t/hm²(A1)、30 t/hm²(A2)、45 t/hm²(A3)、60 t/hm²(A4)五种处理对土壤氮含量及形态的影响。结果表明,与CK相比,施用蚯蚓粪后土壤有机质、电导率增加,土壤全氮(TN)含量也显著增加,TN含量在2.06~2.56 g/kg之间,平均含量为2.23 g/kg。A2的TN含量(2.56 g/kg)比CK(1.75 g/kg)提高了46.28%。非可转化态氮(NTF-N)含量较高,占TN的89.43%~91.46%,可转化态氮(TF-N)占TN的10.57%~13.54%。不同形态氮含量依次为:有机态及硫化物结合态氮(OSF-N)>铁锰氧化态氮(IMOF-N)>碳酸盐结合态氮(CF-N)>离子交换态氮(IEF-N)。随着蚯蚓粪用量的增加,OSF-N含量呈逐渐增加的趋势,IEF-N、CF-N含量呈先降低后增加的趋势,IMOF-N含量呈先增加后降低的趋势。OSF-N在TF-N中含量最高,是主要的赋存形态,说明可转化态氮的活性比较稳定,不易流失造成土壤-水体体系污染。TN和NTF-N含量之间呈显著正相关,说明NTF-N是TN的主要组成部分,NTF-N对TN贡献较大。本研究表明蚯蚓粪施用对土壤氮含量及形态影响较大。     

近10 a来珠江三角洲地区氮收支演变及区域差异分析

采用2000、2005 和2010 年三个不同时期的工业、农业、环保、自然条件和人口等相关数据,通过大量数理统计分析对近10 a 来珠江三角洲（简称“珠三角”）地区的氮收支演变与区域差异进行了评估。结果表明,在过去三个不同时期,珠三角地区氮的年输入、输出量有升有降,但是氮盈余总量却呈现出较显著的增加趋势,单位面积氮盈余量也从2000 年的43.43 kg/（hm²·a）增加到2010 年的51.92 kg/（hm²·a）。整个珠三角地区的负荷氮水平较全国平均水平偏高,但尚低于同样经济发展迅速、人口密集的长江三角洲地区的平均水平。快速的城市化发展和日益增强的人类活动对珠三角地区氮收支变化具有较大影响,且表现出非常显著的内部区域差异,深圳、东莞、佛山和广州等城市均面临较为严峻的氮污染潜势。     

苏州河网区河道上覆水与底泥中氮素形态分布特征

以苏州河网区河道为研究对象,分布式采集10个采样点,分析水质状况和底泥中氮素形态与含量及其剖面分布,以探讨上覆水和底泥中各形态氮的相关性. 结果表明:上覆水中ρ(总氮),ρ(总磷)及ρ(COD_Cr)均超标,水质呈弱碱性,ρ(硝态氮)(1.10～2.39 mg/L)均高于ρ(铵态氮)(0.30～1.70 mg/L),80%的采样点水质为劣Ⅴ类,水质污染严重,且以氮污染为主;底泥中w(总氮)为2.78～6.30 g/kg,其随沉积深度的增加而减少,说明河道污染负荷有逐年加重的趋势;底泥中w(铵态氮)为37.2～228.0 mg/kg,其随沉积深度的增加而增加,说明铵态氮的沉积量在逐年减少;底泥中w(硝态氮)为13.1～69.4 mg/kg,其在各点的剖面变化趋势不尽相同,这可能与河道水体流动性较大有关. 相关性分析和空间关系分析显示,虽然上覆水中各形态氮含量和底泥表层中各形态氮含量点位对应的关系不显著,但在空间上存在一定的关联性,即由于水体的流动性,使得底泥到上覆水的氮含量高值区有从东向西迁移的趋势.      

海河天津段与河口海域水体氮素分布特征及其与溶解氧的关系

从海河天津段至河口海域选取20个采样点,研究了水体中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的分布特征及其与溶解氧的关系.结果表明:海河天津段及河口海域水体氮素以氨氮含量最高,均超出地面水环境质量标准(GB3838-2002)的Ⅴ类水质标准, 与海河两岸排放的工业废水及城镇生活污水有关;海河内陆水体的氮素含量远高于河口海域,且亚硝酸盐氮的含量表现得尤为突出,可能与水体溶解氧水平和微生物环境有着很大关系;海域的氮素含量因受水体均质化的影响,与溶解氧含量的关系不明显,而河水的氮素组成受溶解氧含量的影响波动很大;除6,7号样点溶解氧含量较高以外,河水的溶解氧含量均偏低,位于河口处的10号样点的溶解氧含量最低,该站点3种形态的氮含量都相对较高,且亚硝酸盐氮的含量最高,可能是由于该样点处于相对厌氧状态,部分硝酸盐被反硝化细菌等微生物还原为亚硝酸盐所致.      

环境样品保存过程中氮的转化规律

通过对环境样品保存过程中NH3-N、NO2-N、NO3-N及总氮的测定来研究水样中氮转化规律,找出三氯在一定条件下相互转化规律关系,提高环境样品中三个分析项目的分析准确性,正确反应环境样品中的真实情况。对于认识水体中氮的循环,防止水体污染,保护水域环境,充分利用开发水资源有着十分重要的意义。     

长江三角洲氮收支的估算及其环境影响

根据2002年基本统计数据和相关参数,对长江三角洲经济区氮的收支及人为扰乱了的氮循环对环境的影响进行了估算与分析.结果表明,2002年长江三角洲经济区输入的氮量达2.94 Yg·a-1(1Tg=1012g),单位国土面积接收的氮量(291 kg·hm-2·a-1)4.5倍于全国平均水平,陆地氮通量(224 kg·hm-2·a-1)不仅高于全国和长江流域,也远远高于北大西洋沿岸的欧美国家.大部分输入氮源与农业有关.2002年该经济区支出氮量1.66～1.95 Tg·a-1,盈余氮0.99～1.28 Tg·a-1.可以预测,长江三角洲经济区将面临氮过量引发的严重环境问题.     

底泥曝气对城市污染河道内源氮变化过程的影响

以城市重污染河道上覆水和沉积物为研究对象,采用模拟实验方法,探讨了底泥曝气对城市污染河道内源氮变化过程的影响.结果表明：底泥曝气促进内源氮去除和有机质分解,泥水系统氮素去除率比对照组高出5%,对照组有机质升高35.1%,而底泥曝气组有机质却基本维持不变;底泥曝气促进氨氮的迁移与转化,曝气阶段上覆水、表层底泥间隙水和吸附态氨氮浓度分别降低了99.5%、94.4%和75.6%;底泥曝气时有机质分解促使有机氮浓度升高,曝气结束后有机氮的矿化作用与有机质的分解作用共同影响内源无机氮的含量;底泥曝气直接改变了底泥的理化性质,继而在一定程度上改变底泥氮素的赋存情况,含水率与表层间隙水和底泥的有机氮、无机氮均呈显著相关,表层无机氮与亚铁显著相关,内源氮变化与有机质无显著相关性.