氧气浓度对小麦-玉米轮作农田土壤剖面N_(2)和N_(2)O产生的影响

反硝化过程是集约化农田土壤剖面硝态氮(NO_(3)^(-)-N)去除的重要途径。但对土壤剖面反硝化氮气(N_(2))产生速率的准确定量很难,尤其不同深度的土壤氧气(O_(2))浓度状况如何影响土壤N_(2)的产生仍不清楚。本研究依托集约化管理的冬小麦-夏玉米轮作田间长期定位试验(始于2006年),采集传统施肥处理0~2.5 m剖面的原状土柱,并基于在玉米生长季田间原位观测的不同深度土壤O_(2)浓度和温度状况,设置不同O_(2)浓度水平(15.0%、12.0%、2.5%和0)和培养温度(26℃和20℃),采用氦培养-直接测定N_(2)法测定3个不同深度(0~0.2、0.5~0.7 m和2.0~2.2 m)土壤N_(2)O和N_(2)产生速率。结果显示:无论是有氧还是无氧条件,土壤剖面N_(2)和N_(2)O的产生均表现为表层高于深层;有氧条件下(2.5%~15.0%O_(2))土壤N_(2)产生速率(以N计)为5.3~7.1μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.2m)和0.5~2.3μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧下速率的93.0%~93.7%。同样地,有氧条件下N_(2)O产生速率(以N计)为1.1μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.2 m)和<0.2μg·h^(-1)·kg^(-1)(0.5 m和2.0 m),显著低于无氧条件下速率的84.0%~99.1%。原位观测的土壤O_(2)浓度>2.5%(0.2 m和0.5 m)和>14.0%(2m),表明在无氧条件下的观测会高估土壤真实条件下的N_(2)和N_(2)O产生速率。无氧显著增加深层土壤的N_(2)O/(N_(2)O+N_(2))值,这可能是由于深层土壤的碳更加缺乏,不利于N_(2)O被进一步还原。基于有氧条件下观测的N_(2)和N_(2)O产生速率,估算得到玉米生长季(按120d计)剖面0~2.0 m土体的反硝化(N_(2)+N_(2)O)损失量可达219 kg·hm^(-2),表明土壤对其剖面累积的NO_(3)^(-)-N具有很强的脱氮能力,从而极大地减少了包气带累积NO_(3)^(-)-N进一步向地下水迁移的风险。

C,N对厌氧氨氧化与反硝化耦合的影响

为解决实际废水中有机物对厌氧氨氧化的抑制作用,以硝态氮为直接电子受体成功启动厌氧氨氧化与反硝化耦合装置,并在回流比优化工艺的基础上,通过调节碳氮、硝态氮与氨氮的比,优化耦合系统的脱氮除碳效率。结果表明,C/N、NO_(3)^(-)-N与NH_(4)^(+)-N的比为1.5时,耦合系统表现出较好的活性,硝态氮、氨氮和COD去除率分别99.2%、63.5%、95.8%和95.8%、85.8%、94.5%,达到较好耦合脱氮效果。为厌氧氨氧化的广泛应用及推广提供参考和技术支持。

不同S/N对硫自养短程反硝化亚硝酸盐积累特性试验研究

短程反硝化是一种厌氧氨氧化基质NO_(2)^(-)-N获取的新型途径。在自养短程反硝化系统中,以硫代硫酸钠作为底物,在不同的硫氮比(S2-/NO_(3)^(-)-N)的条件下,通过控制水力停留时间、温度,将NO_(3)^(-)-N还原至NO_(2)^(-)-N,成功实现自养短程反硝化系统中NO_(2)^(-)-N的积累。实验结果表明,三个S/N表现出不同的NO_(2)^(-)-N的积累,S/N为1:1.14时,NO_(3)^(-)-N的去除率稳定在75%左右,NO_(2)^(-)-N的积累率(NTR)几乎为零;S/N为1:1.71时,NO_(3)^(-)-N的去除率维持在40%~50%之间,NTR增长到8%左右;S/N为1:2.28时,NO_(3)^(-)-N的去除率保持在了35%左右,而NTR持续增长到43%。反硝化速率随S/N的增大而增大,而较低碳氮比更有利于NO_(2)^(-)-N的稳定积累。经高通量测序分析得出,硫自养短程反硝化进程中存在Thioacillus、Thermomonas、Ferritrophicum等所属功能菌种。

基于GO-WO_(3)材料的气体传感器的局部放电特征气体检测

准确测量空气开关柜局部放电产生的NO_(2)特征气体含量是评估局部放电强度与运行状态的有效方法。通过金属有机分解法制备了WO_(3)纳米材料,并复合氧化石墨(GO)粉形成n-GO-p-WO_(3)异质结构,制成了用于室温下检测空气开关柜局部放电特征气体的NO_(2)传感器,并对比分析了纯WO_(3)和GO-WO_(3)纳米材料的气敏性。测试结果表明,GO-WO_(3)纳米材料传感器表现出了对NO_(2)气体优异的灵敏性,室温条件下对体积分数为100μL/L NO_(2)气体的灵敏度为1157%,响应时间为63 s,恢复时间为27 s,检测下限为0.5μL/L。湿度与GO-WO_(3)气体传感器灵敏度呈现出负相关规律。实验结果整体显示出较好的可重复性与选择性,对高压设备的在线检测和故障诊断具有参考意义。

有机无机肥配施对不同程度盐渍土N2O排放的影响

选取内蒙古河套灌区轻度盐渍土S1(EC为0.46 dS·m-1)及中度盐渍土S2(EC为1.07 dS·m-1)为研究对象,在等施氮量条件下,采用静态箱-气相色谱法研究了不同有机无机肥配施比例:CK(不施肥)、U1(240 kg·hm^-2化肥)、U3O1(180 kg·hm^-2化肥+60 kg·hm^-2有机肥)、U1O1(120 kg·hm^-2化肥+120 kg·hm^-2有机肥)、U1O3(60 kg·hm^-2化肥+180 kg·hm^-2有机肥)和O1(240 kg·hm^-2有机肥)对春玉米农田土壤N2O排放的影响,旨在明确不同施肥策略下土壤N2O排放特征,为制定盐渍化农田合理的减排措施提供理论依据.结果表明,2种不同程度盐渍化土壤N2O排放存在显著差异,同一处理S2土壤N2O排放总量较S1土壤高出11.86%~47.23%(P<0.05).各施肥处理对土壤N2O排放通量影响趋势基本一致,即施肥后出现排放高峰,基肥和追肥后累积排放量占整个生育期排放量60%左右.适当施入有机肥可以显著降低土壤N2O排放,S1和S2盐渍土分别以U1O1及O1处理N2O排放量最小,较U1处理显著降低33.62%和28.51%(P<0.05),同时可以获得较高的玉米产量.各施肥处理N2O排放通量与土壤NH+4-N呈极显著正相关关系(P<0.01),而与土壤NO-3-N含量呈负相关关系,表明硝化作用是盐渍化玉米农田N2O产生的主要途径,配施有机肥可以持续减少土壤NH+4-N供给而减少N2O的排放.从玉米产量及减少温室效应的角度,得到本地区适宜的施肥管理模式:轻度盐渍土为120 kg·hm^-2有机肥+120 kg·hm^-2化肥,中度盐渍土为240 kg·hm^-2有机肥.

有机物料品种和用量对设施土壤过量硝酸盐和硫酸盐的去除效果研究

淹水并添加有机物料的厌氧处理已被证明能够降低设施菜地土壤中的过量盐分,改善土壤质量。田间有机物料品种多样,关于筛选具有良好修复效果的有机物料的原则尚未有研究。本研究向次生盐渍化土壤中施用不同碳/氮(C/N)和碳/硫(C/S)的六种有机物料并进行淹水厌氧培养。结果显示,淹水并添加有机物料可快速创造出土壤的还原环境,在培养的第一天氧化还原电位(Eh)就已迅速降至0 mV附近,同时伴随土壤电导率(EC)、硫酸盐(SO_(4)^(2-))和硝酸盐(NO_(3)^(-)-N)的快速下降,至厌氧培养过程结束时,NO_(3)^(-)-N近乎被完全去除,有机物料的品种和添加量对NO_(3)^(-)-N的去除无显著影响。而C/S较低的油菜秸秆去除SO_(4)^(2-)的效果较弱,去除比例为58%,C/S较高的玉米秸秆可将SO_(4)^(2-)由初始的153mg·kg^(-1)降至17 mg·kg^(-1),降幅达89%。不同物料添加量仅影响SO_(4)^(2-)去除的速度而不影响最终的去除效果,至培养结束时,添加2g·kg^(-1)与添加8 g·kg^(-1)有机物料的处理去除SO_(4)^(2-)效果无显著差异。除有机硫含量显著升高外,其他形态硫的含量变化不明显,说明减少的SO_(4)^(2-)大部分转化成了有机硫。若以修复土壤中过量的SO_(4)^(2-)为目的,建议选用C/S较高的有机物料如玉米秸秆,并将添加量设置为2 g·kg^(-1)即可获得良好效果。

郑州市中心城区浅层地下水“三氮”分布特征及其影响因素分析

郑州市中心城区地貌类型分为黄河冲积平原和山前冲洪积平原、黄土丘陵,不同地貌类型具有不同的水文地质特征,依据3种地貌类型及其污染源分布特征设置地下水采样点,研究了浅层地下水中“三氮”[硝酸盐氮(NO_(3)-N)、氨氮((NH_(3)-N))和亚硝酸盐氮(NO_(2)-N)]质量浓度与污染源分布、地下水位埋深及包气带岩性以及水化学环境等因素的关系。结果表明,郑州市中心城区地下水水质受NO_(3)-N和NH_(3)-N影响较大,受NO_(2)-N影响较小;2023年ρ(NO_(3)-N)超标的区域范围较2020年明显减小,ρ(NH_(3)-N)出现局部增大的现象,黄河冲积平原地区“三氮”质量浓度尤其是ρ(NH_(3)-N)变化应引起重视;地下水酸碱环境及氧化还原环境的变化在一定程度上可以引起地下水中“三氮”质量浓度的变化,当地下水处于氧化环境时,地下水中ρ(NO_(3)-N)增加而ρ(NH_(3)-N)降低。

基于BaPS技术的高山草甸土硝化和反硝化季节变化

应用气压分离(BaPS)技术测定了川西北高山草甸土硝化和反硝化季节动态变化。结果表明:植物生长季节内,土壤总硝化、反硝化和N2O释放率的变化趋势一致,即从6月份(硝化率:N8.40mgkg-1d-1;反硝化率:N0.48mgkg-1d-1;N2O释放率:N84.48μgkg-1d-1)开始增加,7月份(N19.36mgkg-1d-1;N0.60mgkg-1d-1;N100.13μgkg-1d-1)达到最大值,然后开始下降,到9月份(N1.81mgkg-1d-1;N0.24mgkg-1d-1;N40.09μgkg-1d-1)降为最小值。氮素物质基础(NO3--N和NH4+-N)不是影响该高山草甸土硝化和反硝化的主要因素,土壤温度和湿度是该高山草甸土硝化、反硝化作用的主要影响因子。

农田土壤活性氮损失现状和生物炭调控途径研究进展

农田N^( 2) O排放与NO^(-)_(3)-N淋失是土壤活性氮损失的主要途径,是全球活性氮污染的重要来源,对全球气候变化和水质安全构成严重威胁。农田活性氮的产生途径与土壤硝化和反硝化作用密切相关,不同种植体系下土壤硝化和反硝化过程存在很大差异,尤其是我国甘蔗等经济作物连作农田长期大量施肥导致大面积土壤加速酸化、土壤硝化程度不断加强,直接影响到农业源活性氮库的变化趋势和控制策略。近年来,生物炭作为一种被广泛关注的多功能化炭基土壤调理剂,在农田活性氮转化调控、土壤改良、农作物稳产增产中具有重要的应用潜力。综述了农田活性氮的损失现状、主要影响因素及其关键微生物过程,指出了生物炭在农田活性氮转化和氮素循环利用中的潜在调控途径,并展望其未来研究发展方向,为我国农田活性氮污染控制、氮肥高效利用以及农业高效绿色与可持续发展研究提供新思路。

不同质量浓度硝态氮在潮白河模拟河床中去除效果研究

近年来再生水逐渐成为城市景观河流的主要用水来源,但再生水含有较高氮元素,容易造成水体与地下水污染。河床底泥对NO_(3)^(-)-N有一定的截留与去除作用,本实验通过河槽装置模拟潮白河河床,探究低、中、高3种NO_(3)^(-)-N质量浓度水平下河槽系统中底泥对NO_(3)^(-)-N的去除效果。结果表明:水体中NO_(3)^(-)-N质量浓度为5、10、20 mg·L^(-1)时NO_(3)^(-)-N去除率分别为67.8%、63.0%、55.0%。河槽10 cm处和下部70 cm处对NO_(3)^(-)-N去除效果较好。底层排出水中pH与NO_(3)^(-)-N质量浓度相关性较强,底泥中50 cm与70 cm处反硝化作用强度与溶解氧质量浓度紧密相关;随着温度降低,溶解氧质量浓度升高,反硝化作用减弱,NO_(3)^(-)-N去除效果变差。底泥中NO_(3)^(-)-N的去除主要通过土壤淋溶作用、同化作用、反硝化作用与异化还原作用等共同作用;部分氮素以同化作用形成的有机氮和异化还原作用形成的NH_(4)^(+)-N留存于底泥中。研究表明,河床底泥对再生水河道具有一定的净化效果。

不同碳源对微生物反硝化性能的影响

采用序批式反应器,研究了甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇和葡萄糖这5种碳源对不同电子受体反硝化性能的影响。结果表明,以NO_(3)^(−)-N为电子受体时,甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇、葡萄糖的最佳碳氮比(溶液中化学需氧量(COD)和总氮(TN)质量浓度之比)分别为5.0、5.0、7.0、7.0、8.0,比反硝化速率从快到慢依次是乙酸钠、甲醇、乙二醇、丙三醇、葡萄糖;以NO_(2)^(−)-N为电子受体时,甲醇、乙酸钠、乙二醇、丙三醇、葡萄糖的最佳碳氮比分别为3.0、3.0、3.5、4.0、4.0,比反硝化速率从快到慢依次是甲醇、乙酸钠、乙二醇、葡萄糖、丙三醇。经成本计算可得,当处理相同质量浓度的NO_(3)^(−)-N和NO_(2)^(−)-N时,分别需要投加的碳源成本从低到高依次为甲醇、葡萄糖、乙酸钠、乙二醇、丙三醇和甲醇、葡萄糖、乙二醇、乙酸钠、丙三醇。

1株光合细菌的分离鉴定、培养基优化及脱氮特性研究

优化光合细菌发酵培养基,并研究其产酶特性和脱氮特性,以提升光合细菌在水质改良中的效果。采用双层平板法从河南省新乡市卫河水域底泥中分离筛选出1株光合细菌,命名为WH-1,通过菌株形态学观察及16S rDNA序列分析,确定分离菌株WH-1为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)。为提高培养的WH-1菌液浓度,采用单因素和正交试验优化发酵培养基,得到最佳培养基配方:CH_(3)COONa 1.0 g/L、NH4Cl 0.5 g/L、酵母浸粉3.0 g/L、NaCl 2.0 g/L、K_(2)HPO_(4)0.2 g/L、NaHCO_(3)3.0 g/L、MgSO_(4)0.2 g/L。培养基优化之后,经流式细胞仪计数,WH-1菌液浓度达到4.37×10^(9)个/mL,较优化前增长43.33%。产酶特性试验结果显示,菌株WH-1可以产纤维素酶、淀粉酶,但不能产蛋白酶。在高质量浓度的氨氮(NH_(3)-N)、亚硝酸氮(NO_(2)^(-)-N)环境中,WH-1菌株的NH_(3)-N、NO_(2)^(-)-N降解率分别达到49.89%和31.15%。综上,成功分离出1株性能优良的光合细菌WH-1,优化了培养基组成,该菌株展现出良好的产酶性能和脱氮能力。

短程硝化过程中有机物浓度检测校核方法研究

配置不同浓度的葡萄糖溶液、NaNO2溶液及混合溶液,考察了NO2-对有机物测定结果的影响,并在已实现短程硝化的SBR反应器中研究了有机物在亚硝酸盐积累过程中的降解情况及其对短程硝化的影响。结果表明,测定含NO2-废水中有机物浓度时需要采用公式COD校核=COD实测-[NO2--N]COD计进行校核。在DO较低(0.8～0.2 mg/L)时,系统可承受较高的COD浓度,NO2--N不会对细菌产生毒害作用,且系统在较高COD和NO2--N浓度下会发生明显的短程反硝化。

催化裂化装置非氨生物基还原脱硝技术工业试验总结

针对催化裂化装置实际生产中选择性催化还原技术(SCR)脱硝存在运行成本高、床层有压力降、SO_(2)氧化导致烟气蓝烟拖尾严重及后续脱硝技术路线如何选择的问题,开展了非氨生物基还原脱硝技术的工业试验并进行了技术分析。结果表明:非氨脱硝还原技术用于不完全再生催化裂化装置CO余热锅炉,在喷雾覆盖面积仅占烟气流通总截面积30%~40%的有限条件下,可将烟气中NO_(x)质量浓度由130.6 mg/m^(3)降至44.8 mg/m^(3),NO_(x)平均脱除率为65.8%,满足烟气NO_(x)环保排放指标要求,同时可避免烟气中SO_(2)氧化成SO_(3),减少烟气中蓝色烟羽的生成,对外排含盐污水COD(化学需氧量)、NH_(3)^(-)N等指标以及CO余热锅炉的平稳运行无影响;对新建装置而言,采用非氨脱硝还原技术替代SCR技术,可降低设备投资和操作成本。

同步脱氮除硫反应影响因素的研究进展与展望

阐述了硫酸盐型厌氧氨氧化同步脱氮除硫的反应机制,总结了反应物之间的比值、PH、微生物群落三个方面对该技术的影响以及同步脱氮除硫的最适值。为今后做进一步研究提出了建议。