铁碳微电解及沸石组合人工湿地的废水处理效果

铁碳微电解填料和沸石由于对废水中污染物具有良好的处理效果,因而被作为基质逐渐运用于人工湿地中.本研究构建了铁碳微电解填料+砾石(湿地A)、铁碳微电解填料+沸石(湿地B)、沸石(湿地C)以及砾石(湿地D)为基质的4组人工湿地,并利用间歇曝气对湿地系统进行增氧,探究不同填料对人工湿地废水处理效果的影响.结果表明,与湿地D相比,铁碳微电解填料显著提高了湿地出水的溶解氧含量(DO)(P<0.05)和pH(P<0.05);4组人工湿地对有机物的去除率均达到95%以上,且各组间不存在显著性差异(P>0.05);对TN而言,湿地A、B和C的平均去除率分别比湿地D提高了7.94%(P<0.05)、9.29%(P<0.05)和3.63%(P<0.05),铁碳微电解填料和沸石对提升人工湿地TN去除效果的贡献率分别为73.55%和26.45%;各组湿地对NH_(4)^(+)的平均去除率为67.93%~76.90%,与湿地D相比,其它3组湿地均明显改善了NH_(4)^(+)的去除效果(P<0.05);铁碳微电解填料对湿地NO_(3)^(-)的去除效果极佳,去除率高达99%以上,显著高于不添加铁碳微电解的人工湿地系统(P<0.05).综合对碳氮污染物的处理效果来看,湿地B在间歇曝气的条件下对人工湿地中污染物去除效率最高.

铁碳微电解填料对人工湿地温室气体排放的影响

随着全球气候变暖的问题日益严重,人工湿地中温室气体的减排措施也受到越来越多的关注.铁碳微电解填料对废水处理效果良好且具备温室气体减排的潜力,为探究铁碳微电解对间歇曝气人工湿地温室气体排放的影响,本研究构建了以铁碳微电解填料+砾石(湿地Ⅰ)、铁碳微电解填料+沸石(湿地Ⅱ)、沸石(湿地Ⅲ)以及砾石(湿地Ⅳ)为基质的4组人工湿地,并利用间歇曝气技术对湿地系统进行了增氧.结果表明,铁碳微电解填料显著提高了间歇曝气人工湿地的脱氮效果,且具备对人工湿地温室气体的减排作用.与湿地Ⅳ相比,湿地Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的CH4排放通量分别平均降低了32.81%(P<0.05)、52.66%(P<0.05)和54.50%(P<0.05),其中沸石对CH4的减排效果较优,能显著降低曝气段和非曝气段人工湿地CH4的排放.铁碳微电解填料明显减少了N_(2)O的排放,与湿地Ⅳ相比,湿地Ⅰ和Ⅱ分别实现N_(2)O减排30.29%~60.63%(P<0.05)和43.10%~73.87%(P<0.05).各组湿地系统在典型周期内排放的CH4和N_(2)O引起的综合GWP(以CO_(2)-eq计)分别为(85.21±6.48)、(49.24±3.52)、(127.97±11.44)和(137.13±11.45)g·m^(-2),铁碳微电解填料与沸石的联合使用有效实现了人工湿地温室气体的减排.总体而言,湿地Ⅱ在间歇曝气的条件下对污水净化效果最好,温室气体的减排效果最佳.

北碚区气溶胶光学厚度特征及其与颗粒物浓度的相关性

为了解重庆市北碚区大气质量状况,利用其2014年气溶胶光学厚度和颗粒物质量浓度的同步观测结果进行分析.结果表明,北碚区AOD500 nm的年均值为1.46±0.69,其随月份变化明显,其中11月最高为2.90±1.85, 9月最低为0.54±0.05.北碚区存在颗粒物污染的现象,PM2.5和PM10的年均值分别为(62±40)μg·m^-3和(94±51)μg·m^-3,均超出GB 3095-2012《环境空气质量标准》二级标准限值,PM2.5与PM10的日均值超标率分别为26%和15%.细粒子PM2.5与可吸入颗粒物PM10浓度之间呈现显著性相关,全年决定系数R^2能够达到0.95(P<0.01),AOD与PM2.5、 PM10之间全年均呈正相关特性,全年决定系数R^2分别为0.48和0.46,且不同季节下的决定系数和相关函数均有差异,其中冬季相关性最好,夏季相关性最差.全年AOD与AQI呈正相关特性,决定系数R2为0.15(P<0.05).AOD值受天气要素综合作用的影响,观测期间也应将温度、湿度、水汽等要素数据进行同步采集.

铁矿石和生物炭添加对潜流人工湿地污水处理效果及温室气体排放的影响

人工湿地是温室气体的重要排放源,为了探索减少其温室气体排放的措施,通过在温室内构建了空白-人工湿地(湿地Ⅰ)、铁矿石-人工湿地(湿地Ⅱ)、生物炭-人工湿地(湿地Ⅲ)和铁矿石+生物炭-人工湿地(湿地Ⅳ)4组湿地,研究了铁矿石和生物炭基质的添加对潜流人工湿地污水处理效果和温室气体排放的影响。结果表明,4组湿地的平均出水COD分别是(34.99±1.60)、(35.57±1.69)、(30.87±1.65)和(27.52±2.37)mg·L^(−1),COD去除率均达到90%以上。4组湿地系统的出水平均TN浓度分别是(24.75±0.96)、(24.99±0.72)、(15.04±0.61)和(15.63±0.61)mg·L^(−1),湿地Ⅲ和湿地Ⅳ的TN平均去除率分别为65.73%和64.41%,均高于湿地Ⅰ(43.61%)和湿地Ⅱ(43.08%)。和TN类似,4组湿地系统出水NH_(4)^(+)-的-N去除率分别是45.04%、43.92%、67.52%和65.19%。铁矿石和生物炭的添加对于系统中CH4和N2O的减排也有一定作用,以1 g·m−2 CO2的GWP为1,湿地Ⅱ和湿地Ⅲ系统排放CH4和N2O所产生的综合GWP分别是69.88和22.73,相较于湿地Ⅰ(103.36)分别减少了32.39%和78.01%。湿地Ⅳ排放CH4和N2O所产生的综合GWP与单独添加生物炭的湿地Ⅲ相似,GWP为24.62。生物炭的添加相较于铁矿石具有较好的污水处理效果,且具有较低的CH4和N2O排放量。铁矿石生物炭联合添加的湿地中生物炭起主要的污染物去除和温室气体减排作用。以上研究结果可为人工湿地的改进提供有效建议。

地膜覆盖对菜地垄沟CH4和N2O排放的影响

为了探讨地膜覆盖对菜地垄沟温室气体CH4和N2O排放的影响,以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内辣椒-萝卜轮作菜地为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,进行为期1 a的田间原位观测.本试验设置常规和覆膜两种处理方式,研究地膜覆盖对菜地垄沟中CH4和N2O排放的影响.结果表明,地膜覆盖能极显著提高土壤全年pH(P<0.01),显著提高全年的地表温度和地下5 cm温度(P<0.05),显著提高萝卜季土壤含水率(P<0.05).不论是辣椒季还是萝卜季,覆膜显著降低了垄的CH4排放(P<0.05),辣椒季垄的CH4平均排放通量常规和覆膜处理分别为0.110mg·(m^(2)·h)^(-1)和0.028 mg·(m^(2)·h)^(-1),萝卜季分别为0.011 mg·(m^(2)·h)^(-1)和-0.019 mg·(m^(2)·h)^(-1),但覆膜对沟的CH4排放没有显著影响(P>0.05),辣椒季常规和覆膜处理分别为0.058 mg·(m^(2)·h)^(-1)和0.057 mg·(m^(2)·h)^(-1),萝卜季分别为0.083mg·(m^(2)·h)^(-1)和0.092 mg·(m^(2)·h)^(-1),对比垄和沟,除了辣椒季常规处理下垄CH4排放量显著高于沟,其它均为沟显著高于垄,这与西南地区较高的降雨量下沟内较稳定的缺氧环境有关.覆膜处理对N2O没有显著影响,辣椒季垄N2O的平均排放通量常规和覆膜处理下分别为65.41μg·(m^(2)·h)^(-1)和68.39μg·(m^(2)·h)^(-1),萝卜季分别为78.43μg·(m^(2)·h)^(-1)和66.19μg·(m^(2)·h)^(-1),辣椒季沟N2O的平均排放通量分别为19.82μg·(m^(2)·h)^(-1)和22.85μg·(m^(2)·h)^(-1),萝卜季分别为35.80μg·(m^(2)·h)^(-1)和40.00μg·(m^(2)·h)^(-1),均无显著差异(P>0.05),对比垄和沟,垄N2O的排放量显著高于沟,N2O主要由垄向大气排放.CH4排放通量与地表及地下5 cm温度呈显著正相关,N2O的排放通量仅与碱解氮和铵态氮含量呈显著正相关.

地膜覆盖对菜地土壤剖面温室气体的影响

为了解地膜覆盖对菜地剖面温室气体的影响,本研究利用扩散箱法测定了2014—2015年西南地区辣椒-萝卜轮作菜地10、20和30 cm土壤剖面的CH4、CO_(2)和N2O的浓度.结果表明,整个观测季覆膜(F)和不覆膜(NF)处理土壤剖面的CH4浓度均随土壤深度增加而降低.与NF相比,覆膜极显著提高了辣椒季30 cm土层的CH4浓度(p<0.01),但极显著降低了萝卜季20 cm土层的CH4浓度(p<0.01),且对观测季其他土层的CH4浓度无显著影响(p>0.05);与CH4相反,整个观测季覆膜和不覆膜处理土壤剖面的CO_(2)浓度均随土壤深度增加而增加.与NF相比,覆膜显著提高了辣椒季30 cm土层和萝卜季各土层的CO_(2)浓度(p<0.05);与CO_(2)相似,整个观测季节覆膜和不覆膜处理土壤剖面的N2O浓度均随土壤深度增加而增加.与NF相比,覆膜对辣椒季各土层的N2O浓度影响不显著(p<0.05),却显著增加了萝卜季各土层的N2O浓度(p<0.05).总之,在辣椒季,地膜覆盖有利于深层土壤(30 cm)CH4和CO_(2)的积累,而对N2O的影响却不显著.在萝卜季,地膜覆盖不利于中层土壤(20 cm)CH4的积累,但有利于各土层CO_(2)和N2O的积累.Pearson相关性分析结果表明,在辣椒季,各处理10 cm土层的CH4浓度与土壤充水孔隙度(WFPS)呈显著正相关(p<0.05),各处理10 cm土层的CO_(2)浓度与各环境因子相关性均不显著(p>0.05).与CO_(2)类似,覆膜处理10 cm土层的N2O浓度与各环境因子相关性不显著(p>0.05),但不覆膜处理10 cm土层的N2O浓度与WFPS呈显著正相关(p<0.05).在萝卜季,各处理10 cm土层的CH4浓度与各环境因子相关性不显著(p>0.05),各处理10 cm土层的CO_(2)和N2O浓度与地下10 cm温度和土壤氮素呈显著正相关(p<0.05).WFPS是影响10 cm土层CH4浓度的主要因素,土壤温度和土壤氮素是影响10 cm土层CO_(2)浓度的主要因素,WFPS、土壤温度和土壤氮素是影响10 cm土层N2O浓度的主要因素.