农田排水中氮磷监测规范化技术

在对农业面源污染的调查和研究中,氮磷浓度水平的确定至关重要。阐述了农田排水中氮磷样品采集的方法和注意事项,样品的保存、运输和预处理技术,以及分析方法和实验室质量控制,为农田排水中氮磷监测的规范化技术提供参考。     

改性沸石对氨氮去除效果与机理研究

[目的]研究改性沸石对废水中氨氮的去除效果及吸附机理。[方法]采用脱磷尿液作为试验废水,比较了不同改性沸石(NaCl沸石、HCl沸石、HCl-焙烧沸石和HCl-焙烧-微波沸石)对试验废水中氨氮的去除效果,并探讨了其吸附机理。[结果]在粒径为0.5～1.0 mm,投加量为200 g/L时,天然沸石和4种改性沸石对氨氮的平衡吸附量依次为天然沸石饱和NaCl改性沸石5.0%HCl改性沸石5.0%HCl-400℃焙烧改性沸石5.0%HCl-400℃焙烧-微波改性沸石。沸石扫描电镜影像和质量损失揭示吸附差异的主要原因是不同改性方法导致沸石孔隙大小和数量的差异。[结论]5.0%HCl-400℃焙烧-微波改性沸石对氨氮具有较高吸附能力,平衡吸附量为17.9 mg/g,是天然沸石的2.6倍。     

镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除性能

采用镧氢氧化物对天然沸石进行改性,通过实验研究了该镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除性能,并探讨了相关的去除机制,结果表明,镧改性沸石对水中的磷酸盐和铵具有很好的去除能力。准二级动力学模型适合描述镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附过程。镧改性沸石对水中磷酸盐的吸附平衡数据较好地满足了Langmuir等温吸附模型。镧改性沸石对水中铵的吸附平衡数据较好地满足了Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型。镧改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除过程属于自发的、吸热的及熵增加的过程。当pH由3逐渐增加到10时,镧改性沸石对水中磷酸盐的去除能力逐渐下降;当pH由10增加到12时,对磷酸盐的去除能力明显下降。当pH位于3～7时,镧改性沸石对水中铵的去除能力较高;当pH由7逐渐增加到12时,对铵的去除能力逐渐下降。镧改性沸石对水中磷酸盐的去除能力不受离子强度的影响,亦不受共存的Cl-、HCO3-和SO42-等阴离子的影响。镧改性沸石对水中铵的去除能力不受共存的Mg2+的影响,而受共存的Ca2+、Na+和K+的影响较大。镧改性沸石对磷酸盐的吸附机制包括静电吸引作用、配位体交换和路易斯酸碱反应。镧改性沸石去除水中铵的主要机制为阳离子交换作用。     

锆改性沸石活性覆盖控制重污染河道底泥氮磷释放研究

通过实验考察了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附去除作用,并考察了锆改性沸石活性覆盖控制底泥溶解性磷酸盐和铵释放的效率。锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随pH值的增加而降低：当pH值由4增加到5时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力增加;当pH值 5~8时,对铵的吸附能力较高;当pH值由8增加到10时,对铵的吸附能力下降。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学满足准二级动力学模型,并且对磷酸盐和铵的吸附速率比较快。Langmuir和Freundlich等温吸附模型可以用于描述锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附平衡数据,根据Langmuir模型计算得到的锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的最大吸附量分别为7.75 mg·g-1和9.59 mg·g-1（pH 7和25 °C）。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除率随锆改性沸石投加量的增加而增加,其吸附水中磷酸盐的主要机制是配位体交换,吸附水中铵的主要机制是阳离子交换。被锆改性沸石所吸附的磷酸盐大部分（82.5%）以较为稳定形态磷（NaOH-P）存在,低溶解氧条件下不容易重新被释放出来。吸附磷酸盐后锆改性沸石中水溶性磷（WSP）、易解吸磷（RDP）和NaHCO3可提取态磷（Olsen-P）含量非常低,藻类可利用磷（AAP）含量仅占总磷含量的29%左右。低溶解氧条件下,重污染河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐和铵,锆改性沸石活性覆盖则不仅可以使上覆水中的溶解性磷酸盐浓度控制到很低的水平,而且可以明显降低铵由底泥向上覆水迁移的速率。上述实验结果表明,锆改性沸石适合作为一种活性覆盖材料用于控制底泥溶解性磷酸盐和铵的释放。     

改性沸石净化水中氮磷的研究进展

介绍了改性沸石在水处理领域中应用研究的现状,总结了天然沸石的改性方法、改性沸石对废水中的氨氮和磷的处理性能以及存在的问题,展望了改性沸石在废水处理尤其是微污染水源水处理中的应用前景。     

天然沸石对鱼塘水及生活污水的氮磷去除效应

采用室内试验研究了天然沸石对鱼塘水及生活污水氮磷的去除效应,并对沸石茶包净化饲养金鱼水的效果进行了探讨。结果表明,沸石有降低总氮、氨氮、总磷、无机磷的作用,其降低程度随沸石用量的增多而加大,但沸石对含氮磷较高的污水处理效果较差。结果还表明,粉状沸石除氮磷的效果在10d左右较佳,之后效果下降。粉状沸石比块状沸石去除氮磷的效果好,但小块状沸石能维持较长的有效时间。对此应进一步研究。     

沸石和方解石复合覆盖层控制底泥氮磷释放的效果及机理分析

通过模拟试验，研究了沸石和方解石复合覆盖层控制底泥氮磷释放的效果及机理。结果表明，（1）Ca^2＋会促进方解石对磷酸盐的去除，并且Ca^2＋浓度越高，对磷酸盐去除的促进作用越强，而Na＋则会抑制方解石对磷酸盐的去除。（2）采用CaCl2对天然沸石进行改性，可以提高沸石Ca^2＋的交换量和降低Na^＋的交换量；而采用NaCl改性则可以明显提高沸石Na^＋的交换量，并且大幅度地降低沸石Ca^2＋的交换量。（3）沸石与方解石复合覆盖层不仅可以控制底泥氨氮的释放，而且可以抑制底泥磷的释放，并且复合覆盖层对底泥磷释放的控制效果受沸石改性的影响，控制效果从大到小依次为CaCl：改性沸石〉天然沸石〉NaCl改性沸石。     

不同水生植物及其组合对污水中氮磷去除效果研究

在室内水培试验条件下,研究了蒲草、三棱草、菹草及微齿眼子菜等4种水生植物及其组合对污水中氮、磷去除率的影响。试验结果表明:单一植物对污水中氮、磷的去除率分别为:41.0%～70.9%、37.7%～79.3%,其中蒲草对污水中氮、磷的去除率均为最高,分别为70.9%、79.3%;复合植物对污水中氮、磷的去除率分别为54.8%～60.6%、51.2%～69.2%,其中蒲草+菹草对污水中氮、磷的去除率均为最高,分别为60.6%、69.2%;经过18d的植物处理,蒲草对污水中氮、磷的去除率均高于组合蒲草+菹草,分别为70.9%>60.6%、79.3%>69.2%,三棱草也表现出了单一植物对污水中氮的净化率高于复合植物的现象,为58.8%>54.8%,但差异并不显著。因此,在汾河临汾段,蒲草和三棱草及其组合对污水中氮、磷的去除效果较好,均超过了50%,在水生植物治理城市污水净化方面具有推广的价值和意义,建议在水生植物处理污水时考虑使用。     

改性沸石去除农村生活污水中有机物效果研究

通过静态方法研究了浙江缙云斜发沸石对农村生活污水中有机物的去除效果,考察了沸石投加量、接触时间、沸石粒径和污水pH值对有机物去除率的影响,采用350、450和550℃焙烧对沸石进行加热改性,采用NaCl、KCl和CaCl2对沸石进行无机盐改性。结果表明,沸石对有机物的吸附很好的符合Langmuir吸附等温式;改性沸石的最适条件是：投加量20g/L,接触时间8h,粒径为36-65目,pH值6.0-7.5,焙烧温度550℃,改性盐类2.0mol/L的钙盐。应用于农村生活污水处理中,有机物去除率达64.71%。     

湿地缓冲带对氮磷营养元素的去除研究

湿地缓冲带是介于水-陆之间特殊的生态交错带,具有独特的水体净化功能。基于国内较少开展自然湿地水体净化功能的研究,选取扎龙湿地湖滨湿地缓冲带剖面作为研究对象,利用电导率的剖面变化判断水流的方向,同时利用氯离子作为示踪剂验证剖面水体来自同一水源。在此基础上,发现其对水体中营养元素具有明显的去除效应,TN、TP的去除率分别达74.1%、84.6%。缓冲带内的湿地植物量较小,决定了植物吸收并非氮磷去除的主要机制。根据溶解有机碳和重碳酸酸根的变化,认为反硝化作用是湿地缓冲带去除氮的主要途径,剖面末段处的浅水位和相对茂盛的植物,使其具有相对较强的脱氮能力;土壤吸附与沉淀作用是湿地缓冲带去除磷的主要途径,剖面起始处较高的磷浓度使其具有较高的磷去除能力。因此,利用并强化湿地缓冲带的自然净化能力有助于控制湿地水体富营养化的发展。     

生态沟-湿地系统对农田排水氮磷的去除效应

为探讨生态拦截系统对农田尾水氮、磷的去除效应及其应用前景,在太湖水源地陆域保护区原位构建生态沟-湿地系统对涵盖施肥期的农田尾水进行了拦截净化。结果表明,生态沟-湿地系统可对TN、NH_4+-N、TP平均浓度分别为23.45、19.87 mg·L-1和0.341 mg·L-1的高浓度农田尾水有效净化,出流最低TN、NH_4+-N分别可达地表Ⅴ类水和Ⅳ类水标准,出流TP稳定达到地表Ⅲ类水标准。生态沟对农田排水TN、NH_4+-N、TP平均去除率分别为49.95%、48.55%和53.22%,尾水进入人工湿地后得到再次净化,去除率分别为18.4%、9.43%和23.35%,系统总体去除率分别为59.6%、51.69%和60.92%。研究表明,生态沟末端配置人工湿地能有效提高氮、磷去除效率,系统具有一定的环境经济效益和可移植性,为太湖东部同类型农田排水的生态拦截提供案例参考。     

浮床水稻对水中N、P的去除作用

采用有孔洞的泡沫板为栽培定植板,研究水稻对3种不同浓度污水中N、P的去除作用.结果表明,水稻对低、中、高浓度污水的TN去除率分别为54.5％、71.0％、66.3％,对低、中、高浓度污水的NH4+-N去除率分别为67.2％、75.6％、72.7％,对低、中、高浓度污水的TP去除率分别为69.4％、72.3％、55.1％.水稻对中浓度污水中TN、NH4+-N和TP的去除率最高,均超过了70％.水稻可用于受损水体的生物/生态修复.     

新建组合填料潜流湿地脱氮除磷研究

以城市污水ANOXIC—OXIC工艺出水为处理对象，在中试规模上研究了新建组合填料潜流湿地的脱氮除磷效能。结果表明，当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT（水力停留时间）分别为8．7～22．1g／（m^2·d）、7．29～24．28g／（m^·-d）、0．94—1．84g/（m^2·d）、0．48—0．59d时，①湿地启动阶段，COD去除率为30．3％、面积负荷去除率为6．63g／（m^2·d）、反应动力学常数为0．23m／d；SS去除率为45．5％；氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为9．3％、40．0％和25．0％；TN去除率为14．9％、面积负荷去除率3．63g／（m^2·-d）、反应动力学常数为0．10m／d；TP去除率为92．4％、面积负荷去除率为0．93g／（m^2·-d），反应动力学常数为O．94m／d。②稳态运行阶段，COD去除率为33．9％，面积负荷去除率为2．98g／（／m^2·d），反应动力学常数为0．24m／d；SS去除率为50．0％；氨氮、亚硝氮和硝氮的去除率分别为50．2％、41．9％和24．7％；TN去除率为29．9％，面积负荷去除率为2．19g／（m^2·d），反应动力学常数为0．18m／d。TP去除率为90．5％、面积负荷去除率为0．89g,／（m^2·d）、反应动力学常数为0．86m／d。③随TN面积负荷增加，TN面积负荷去除率和TN动力学常数均随之线性增加；随TP面积负荷增加，TP面积负荷去除率随之线性增加，而反应动力学常数呈幂函数增加。     

新建组合填料潜流湿地脱氮除磷研究

以城市污水ANOXIC—OXIC工艺出水为处理对象,在中试规模上研究了新建组合填料潜流湿地的脱氮除磷效能。结果表明,当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT（水力停留时间）分别为8．7～22．1g／（m^2·d）、7．29～24．28g／（m^·-d）、0．94—1．84g/（m^2·d）、0．48—0．59d时,①湿地启动阶段,COD去除率为30．3％、面积负荷去除率为6．63g／（m^2·d）、反应动力学常数为0．23m／d;SS去除率为45．5％;氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为9．3％、40．0％和25．0％;TN去除率为14．9％、面积负荷去除率3．63g／（m^2·-d）、反应动力学常数为0．10m／d;TP去除率为92．4％、面积负荷去除率为0．93g／（m^2·-d）,反应动力学常数为O．94m／d。②稳态运行阶段,COD去除率为33．9％,面积负荷去除率为2．98g／（／m^2·d）,反应动力学常数为0．24m／d;SS去除率为50．0％;氨氮、亚硝氮和硝氮的去除率分别为50．2％、41．9％和24．7％;TN去除率为29．9％,面积负荷去除率为2．19g／（m^2·d）,反应动力学常数为0．18m／d。TP去除率为90．5％、面积负荷去除率为0．89g,／（m^2·d）、反应动力学常数为0．86m／d。③随TN面积负荷增加,TN面积负荷去除率和TN动力学常数均随之线性增加;随TP面积负荷增加,TP面积负荷去除率随之线性增加,而反应动力学常数呈幂函数增加。     

不同降雨强度下旱地农田氮磷流失规律

为阐明旱地农田径流氮磷流失规律,以种植空心菜的旱地为研究对象,采用人工模拟降雨方式,设计10、15、25 mm·h^-1三个降雨强度,研究不同雨强下旱地氮磷流失特征和径流拦截效果。结果表明：在相同降雨量条件下,旱地径流量随降雨强度的增大而增加,10、15、25 mm·h^-1雨强下产生的径流总量分别为197.07、381.92、649.45 m³·hm^-2,对应的径流系数分别为0.20、0.38、0.65。总氮（TN）浓度变化随产流时长呈现出先上升后下降的趋势,峰值明显,氮的流失形态以硝酸盐氮（NO₃^--N）为主;TN流失量随着降雨强度的增大而增加,10、15、25 mm·h^-1雨强下分别为0.67、2.48、9.74 kg·hm^-2。总磷（TP）流失浓度随降雨强度的增大而降低,流失过程相对平缓,磷的流失形态以颗粒态磷（PP）为主;10、15、25 mm·h^-1雨强下TP流失量分别为0.061、0.050、0.030 kg·hm^-2。通过田间沟渠水位的管控,可有效减少TN的径流排放,不同雨强下减少比例分别为100.00%、63.56%、33.98%。研究表明,氮的拦截是控制旱地面源污染的重点,在拦截能力有限的情况下,选择污染负荷较高的时段可有效提高面源污染拦截效果。     

太湖地区稻麦轮作农田有机和常规种植模式下氮磷径流流失特征研究

为探究不同种植模式对氮磷流失的影响,采用田间径流池法,在太湖地区稻麦轮作系统中,通过连续两年田间试验,研究比较了等氮投入条件下常规种植和有机种植模式农田径流水中氮、磷浓度特征,以及径流氮、磷流失量、流失系数。结果表明,稻季和麦季农田径流中总氮、可溶性氮、铵态氮和硝态氮平均浓度和总氮流失量均表现为:常规种植有机种植对照。与常规种植相比,有机种植模式能够有效减少稻麦轮作农田中氮的径流流失,且对麦季氮素径流流失的减少效果优于稻季;尽管有机种植模式下磷流失系数低于常规种植,但有机肥投入携带的高磷量会增加农田磷素径流流失量。     

ZnFe-LDHs覆膜改性人工湿地基质脱氮除磷性能研究

以空心砖、蛭石、沸石、煤渣4种人工湿地常用基质为研究对象,进行ZnFe-LDHs双金属覆膜改性。以静态吸附试验为主,对改性前后的基质进行污水脱氮除磷试验研究并探讨其吸附机理,结果表明:与原始基质相比,改性后的各基质对总磷的吸附量均有不同程度的提高,改性空心砖的吸附效果最佳,总磷的吸附量提升了17%。沸石改性后对氨氮的吸附量提升了18%,增加明显,其余改性基质对氨氮吸附量增加不明显。基质改性前后对氨氮和总磷的吸附均符合Freundlich规律。     

农田化肥氮磷地表径流污染风险评估

以长江中下游地区所处的六省一市为研究对象,通过对80个市级行政区化肥施用情况的调研,估算了农田化肥氮磷地表径流流失量,在耦合农业化肥流失量、降雨和河网密度三种因素的基础上,提出了农田化肥氮磷污染风险分级方法并初步识别了重点区域。结果表明,近20年来,其化肥施用量呈现上升趋势,氮磷地表流失量较高的区域主要集中于湖南省,氮磷流失强度的平均值分别为2.41、0.61 kg·hm~(-2)·a~(-1)。湖南省为六省一市中农田化肥氮磷污染的高风险区,上海市为低风险区,其他五省则以中、低污染风险为主。研究结果有助于实现对农田面源污染的风险防范,推动我国农业面源污染防控的优化升级。     

玉米生物炭和改性炭对土壤无机氮磷淋失影响的研究

利用玉米秸秆为原料制作生物炭,并用氯化铁进行改性,考察了改性前后生物炭对硝态氮和磷的吸附等温和吸附动力学过程,将生物炭和改性炭制作3 cm厚的物理隔离层,施入土柱50 cm处,通过淋溶实验,研究生物炭改性前后对土壤无机氮磷淋失的影响。结果表明,炭化温度为500℃时,铁炭比为0.7的生物炭和改性炭对氮磷的吸附能力最强。吸附动力学和等温吸附曲线分析表明:生物炭改性后对硝态氮和磷的吸附增大,生物炭和改性生物炭对硝态氮的最大吸附量分别为0 mg·g-1和2.414 mg·g-1、对磷的最大吸附量分别为1.723 mg·g-1和16.062 mg·g-1。与对照相比,生物炭处理和改性炭处理硝态氮的淋失量分别降低11.2%和31.6%,磷的淋失量分别显著降低33.1%和82.9%,氨氮的淋失量分别显著降低44.3%和68.6%。淋溶试验后对土壤残留养分分析表明,隔离层的添加并不会对0～50 cm土层内NO-3-N、NH+4-N和PO3-4-P含量产生明显影响,同时改性生物炭能有效减少NH+4-N和PO3-4-P向更深土层中迁移,表明土壤中添加改性生物炭能够有效降低土壤无机氮磷的淋失风险。