The Impact of Agriculture On Dissolved Nitrogen and Phosphorus Cycling in Temperate Ecosystems

Although most research has focussed on inorganic nutrient forms of nitrate (NO^-₃) and phosphorus (PO³₄) in runoff and receiving waters, nitrogen loss from agricultural land can also occur in organic and ammonium-nitrogen form; phosphorus losses, although often dominated by particulate transport, may occur in soluble organic and inorganic form. Furthermore, fluxes between different species may take place during transport from the land to the stream and as a result of in-stream, in-river or in-lake transformations. Knowledge of the spatial and temporal variation in all nitrogen species and phosphorus fractions in a drainage basin is therefore essential if the wider environmental significance of elevated nutrient concentrations in natural waters are to be assessed. This paper reviews recent work on N and P losses from agricultural land and presents some results from two intensive agricultural catchments: Slapton, Devon and the river Windrush catchment in the Cotswolds.     

滇池福保湾沉积物不同形态磷的垂向分布

应用SMT连续提取法分析滇池福保湾柱状沉积物的磷(P)形态,探讨P形态的垂向分布特征.沉积物中总磷 (TP)含量高,最高达4　200 mg/kg, 无机磷 (IP)是TP的主要部分,占TP的52%～91%, 铁/铝结合态磷 (Fe/Al-P)是IP的主要部分,占IP的55%～94%.同一湖区不同采样点的沉积物P形态的垂向变化不同,湖湾北端近河口处和南端远离河口处的沉积物中Fe/Al-P, IP, 有机磷 (OP)和TP含量随深度增加而增加,6～11 cm 层的含量最高,这与近年来入湖河流污染负荷削减和河堤阻隔导致P入湖量减少有关.河口处沉积物的钙结合态磷 (Ca-P)含量随深度增加而增加,最南端沉积物的Ca-P含量随深度增加而减少.离河口较远的沉积物中,Fe/Al-P, IP, OP,TP和Ca-P均随深度增加而减少.各点沉积物P形态的变化受该点人类活动带来的入湖污染物量的影响较大,距河口最远处的沉积物中P形态随深度变化不如其他点明显.      

南四湖及主要入湖河流表层沉积物对磷酸盐的吸附特征

研究了南四湖及其主要河流人湖口18个表层沉积物对磷的吸附能力、吸附动力学及其吸附等温线,并对湖区沉积物对磷吸附特征及其理化特征之间的关系进行了探讨.结果表明,对于处于不同营养水平的沉积物,对磷酸盐的吸附具有一致的特征.在前10h沉积物对磷酸盐的吸附量基本达到或超过平衡吸附量的80%,并且在0～1.0 h内吸附反应迅速.在本研究条件下,表层沉积物的cEPC的变化范围为0.010～0.157mg·L-1, Qmax的变化范围是86.74～118.32 mg·kg-1, TQmax的变化范围是99.97～281.11 mg·kg-1·cEPC、NAP、m、Qmax和TQmax与Ads-P都具有显著的正相关关系,沉积物Ads-P含量可以作为指导南四湖水体污染程度的一项指标. m与TQmax之间具有显著的正相关性,吸附效率不仅体现的是对外来磷的吸附效率,还应当包含对本身释放磷的再吸附的效率.对于南四湖沉积物TQmax、NAP和Qmax起到同样的贡献.沉积物的NAP与cEPC之间呈显著正相关性,总的趋势就是,当上覆水中磷含量相等时,具有高的NAP的沉积物易于向上覆水体释磷,反之具有较低NAP的沉积物易从水中吸附磷.     

“引江济太”对太湖北部底质及水质总磷的影响

应用GIS技术研究了"引江济太"对太湖北部底质与水质总磷(TP)浓度的影响。研究结果表明,2014—2019年,调水北部沿线4个点位底质TP浓度降幅为59.8%～80.5%;不同点位的水质TP浓度变化存在差异,入湖口点位下降14.1%,沿线其他点位分别上升37.4%、38.6%和45.0%。从空间分布来看,太湖水质TP始终呈明显的"西高东低"分布特点,但底质TP的分布未显示出该类规律。望亭水利枢纽调水情况与入湖口5#点位底质TP浓度呈一定程度的正相关,在调水入湖水量大于出湖水量的年份,5#点位底质TP浓度会偏高。"引江济太"会对太湖北部调水沿线,特别是入湖口附近水域的TP含量产生较大影响,并通过水流迁移与底质再悬浮释放影响下游水域。如何降低望虞河及周边支流的入湖泥沙量将是今后开展科学调水、保障贡湖水源地水质安全的重点研究方向之一。     

粒径和底床地形对沉积物中有机磷释放的影响

主要研究了2种沉积物粒径（35 μm和130 μm）及底床微地形对沉积物中内源溶解性有机磷释放的影响。选取某浅水湖泊沉积物为研究对象,对其人工污染溶解性有机磷,利用室内循环直流水槽顶盖驱动流模拟风生流,考察静态和风生流作用下,不同粒径沉积物及底床微地形对溶解性有机磷释放的影响。实验结果表明：在20 cm·s-1及38 cm·s-1 2种驱动流速条件下,35 μm粒径沉积物实验组中沉积物有机磷释放速率均大于130 μm实验组。对于35 μm粒径沉积物实验组,在20 cm·s-1驱动水流扰动下,沉积物有机磷的平衡释放量为0.44 mg·L-1,在38 cm·s-1驱动水流扰动下为0.49 mg·L-1;对于130 μm粒径沉积物实验组,在20 cm·s-1和38 cm·s-1 2种扰动下的沉积物有机磷平衡释放量分别为0.29 mg·L-1、0.30 mg·L-1;驱动流速的提高促使达到平衡状态时的释放量提高,小粒径沉积物,提高驱动流速更利于平衡释放量的提高,且高驱动流速缩短达到释放平衡所需的时间。在底床微地形（对地形的描述采用y=0.1sin2πx）实验中发现,静态条件下,波峰处上覆水有机磷浓度首先逐渐降低至0.18 mg·L-1,其后升高至0.40 mg·L-1并达到平衡,而波谷处则不断上升至极大值0.87 mg·L-1,其后下降至0.77 mg·L-1并达到平衡;而在20 cm·s-1的驱动水流扰动下,波峰波谷处上覆水有机磷浓度变化较为一致,均逐渐增长至极大值0.39 mg·L-1和0.45 mg·L-1后达到平衡状态。此外,在静态和动态条件下,波谷处上覆水中有机磷含量始终高于波峰处。     

日本污水脱氮除磷深度处理工艺分析

为提高进入琵琶湖水体水质和有效恢复并保持琵琶湖流域水生态环境,日本滋贺县10家下水道污水处理厂全部采用脱氮除磷深度处理工艺。湖南中部净化中心目前规模为26.85万t/d,采用缺氧-好氧循环硝化/反硝化(AO)、厌氧-缺氧-好氧(AAO)和多段进水多级缺氧-好氧硝化/反硝化(SMAO)3种深度处理工艺。AAO工艺是国内城镇污水处理厂广泛采用的二级生化工艺,AO、SMAO工艺在国内还没有应用实例。AO、AAO工艺采用内循环硝化/反硝化反应脱氮,SMAO工艺采用无内循环的多段进水多级硝化/反硝化反应脱氮。AO、SMAO工艺采用化学方式除磷,PAC添加浓度约50 mg/L。AAO工艺采用化学和生物组合方式除磷,PAC添加浓度降低到约30 mg/L。AO、AAO工艺出水BOD、CODMn、SS、TN和TP均值分别约为0.9 mg/L、5.2 mg/L、99.5%、78.0%和98.1%。SMAO工艺出水TN约为2.5 mg/L,TN去除率提高到91.6%,其他指标和AO、AAO工艺基本相同。     

基于给水污泥吸附水溶液中磷的影响因素

以给水污泥为吸附材料,采用正交实验与单因素实验研究了多种因素对除磷效果的影响。正交实验结果表明最佳反应条件为:pH为3,粒径1.98 mm,投加量8.0 g/L,吸附时间24 h。结合SEM/XRD和EDS等表征方法,对给水污泥的表面形貌和结构特征进行表征和分析。Langmuir、Freundlich和D-R等温吸附方程均能较好的拟合给水污泥对磷的吸附特征。在298、308和318 K温度下,Langmuir拟合得到的理论饱和吸附量分别为3.47、3.84和4.39 mg/g。由D-R方程计算的吸附自由能E为10.77~10.83 kJ/mol,表明吸附过程为离子交换吸附。     

新型给水污泥-粉煤灰陶粒性能与除磷效果

为资源化利用自来水厂剩余污泥,以给水污泥、粉煤灰、水玻璃制备新型给水污泥-粉煤灰陶粒（ceramsite made by water treatment sludge and fly ash,CWTSFA）,用作污水处理填料。采用短时多段高温煅烧法烧制新型给水污泥陶粒,通过等温吸附实验探讨其吸附磷机理,通过动态吸附实验及CWTSFA基质折流曝气生态滤池除磷效果探究其在实际水处理中的应用前景。实验结果表明：CWTSFA内部存在许多孔径不均匀、密闭和贯通的孔状结构,表面存在釉和通向内部的孔道;不含有机物,Al3+、Ca2+、Fe3+等金属离子含量较高,高温煅烧使部分原料成分改变,形成新物相莫来石。持续振荡24 h后,CWTSFA平均磨损率仅1.49%,对磷酸盐静态吸附去除率最高达到94.92%,为化学吸附;当HRT=24 h时,CWTSFA动态吸附磷出水浓度稳定在0.03 mg·L-1左右,持续运行49 d后去除率由93.33%下降至81.82%,CWTSFA基折流曝气生态滤池运行19 d可自然挂膜,对总磷去除率稳定在92%以上。CWTSFA具有较强的抗水力冲刷能力及对磷酸盐的吸附效果,用作水处理填料能在较短时间内完成挂膜,且总磷出水水质良好,具有实际应用前景。     

东湖通道工程沙滩浴场围堰施工对水中胞外碱性磷酸酶动力学行为的影响

城镇化过程常伴随市政建设面积与强度的大幅度增加,但其与湖泊富营养化的关系尚未得到充分的研究。2014年3-5月在武汉东湖通道工程沙滩浴场围堰施工区与相关湖区（郭郑湖、汤菱湖、团湖）的19个位点分5次采集水样,分析了水中胞外碱性磷酸酶的动力学参数及其与溶解有机磷和溶解反应性磷比值的关系。结果表明,施工致使酶的最大反应速度与底物亲和力均显著降低,有机磷酶促再生为生物可利用性无机磷的周转时间明显延长。这一结果指示施工区磷营养的相对充足,施工干扰可能有效促进了沉积物磷向水柱的补给。     

水源水库沉积物磷的赋存形态及其与间隙水磷的关系

为了探明水源水库沉积物磷的赋存形态及其对水体磷的影响,采用连续提取方法,研究了周村水库沉积物中磷的赋存形态分布特征,并探讨了沉积物各形态磷与总磷、烧失量及间隙水中磷的相关性。结果表明,周村水库内源磷负荷较高,沉积物中TP表现出表层富集的现象,表层沉积物中TP空间分布存在较大差异,上游浅水区为554~563 mg·kg-1,库心附近为424~1 161 mg·kg-1,而坝前深水区高达812~2 969 mg·kg-1。无机磷（IP）是总磷（TP）的主要成分,占TP的79.26%~89.12%,IP主要由铝/铁磷（Al/Fe-P）构成。沉积物中的Al/Fe-P含量很高,具有很大的磷释放潜能。沉积物中各形态磷的浓度垂向分布随深度增加而逐渐降低,其中B、C两点变化最为明显。相关性分析结果表明,间隙水PO43--P与Fe-P存在较好的相关性,说明Fe-P对周村水库沉积物间隙水中PO43--P浓度分布有着重要的影响,周村水库水体季节性分层导致恒温层厌氧情况的发生,Fe-P在厌氧还原条件下释放进入间隙水并向上覆水扩散,进而可能对水体水质产生影响。