人工湿地基质组合去除氨氮方案筛选及影响因素的动力学分析

采用等温吸附方程对6种基质吸附氨氮的能力进行筛选,并将效果较优的3种材料组合成人工湿地基质试样,通过筛选实验和不同因素影响下的动力学实验,得到不同组合基质的氨氮去除效果,分析不同温度、进水浓度和粒径下的动力学特征。结果表明:沸石、生物陶粒和石灰石质量比在3∶1∶1时除氨氮效果最优,吸附量达到283.814 mg/kg,去除率为94.61%。随着温度增高,氨氮吸附量减小。进水浓度的增加虽然可以增加吸附量,但会降低吸附效率。改变粒径对吸附量有一定影响,但并不显著。从相关系数来看,准二级比一级动力学能更好地模拟基质吸附氨氮的过程,在估算改变温度对平衡吸附量影响时,一级动力学估算更为准确,在改变进水浓度和粒径时,二级动力学较优。     

人工湿地填料除砷效率及影响因素试验研究

人工湿地是净化含砷水体的重要途径之一,而填料是决定人工湿地除砷效果的关键因素。通过填料如砾石、锰砂、沸石和陶粒的理化性质的测定,以及各种填料的吸附动力学、吸附等温线和吸附影响因素试验,研究了填料的除砷性能及影响因素。结果表明:4种填料均能在24 h内达到吸附平衡,一级动力学方程和二级动力学方程能很好地拟合其吸附过程;锰砂、陶粒、沸石和砾石最大吸附容量依次为36.62,25.39,11.96,7.04 mg/kg,Freundlich方程能较好地拟合填料的等温吸附过程;在0.25~0.50 mm范围内,粒径对锰砂和陶粒吸附砷影响不显著;溶液中氨氮浓度在0.50~2.50 mg/L范围内几乎不影响填料对砷的吸附;当砷初始浓度低于0.4 mg/L时,磷酸盐在0.25~0.50 mg/L范围内对填料吸附砷的影响不显著;砷初始浓度高于0.4 mg/L时,随着磷酸盐浓度从0.25 mg/L增加至0.50 mg/L时,陶粒对砷的最大吸附量降低了2.57 mg/kg,对锰砂的吸附量降低了1.85 mg/kg。     

地下水-胶体-固体颗粒体系氨氮吸附分配特征

为了研究胶体和固体颗粒同时存在时高浓度氨氮的吸附分配特征,根据天津市含水介质的结构和组成,选择3种代表性的含水介质,系统测定了不同含水介质中胶体和固体颗粒对氨氮吸附的动力学曲线和吸附等温线。研究结果表明:当胶体和固体颗粒同时存在时,不同含水介质胶体对氨氮吸附的动力学曲线均符合对数递减函数,而固体颗粒对氨氮的吸附量随时间增加,变化幅度很小;胶体对氨氮的吸附量远大于固体颗粒。胶体和固体颗粒对高浓度氨氮的吸附等温式分别为Freundlich方程和线性方程。粉砂胶体和固体颗粒对氨氮的吸附能力大于中砂和粉土。     

三种人工湿地填料对磷的吸附特性研究

采用等温吸附和吸附动力学实验,研究了三种人工湿地填料页岩、陶粒和砾石对磷的吸附特性。结果表明:Freundlich和Langmuir模型均能较好地拟合各填料对磷的吸附特征,各填料对磷的理论饱和吸附量大小依次为页岩(527.992 mg/kg)>陶粒(328.165 mg/kg)>砾石(129.729 mg/kg);各填料对磷的吸附过程分为快、中、慢3个阶段,三种填料对磷的吸附速率依次为页岩>陶粒>砾石;准二级动力学方程、双常数方程和Elovich方程均能较好地描述人工湿地填料对磷的吸附动力学特征,但从相关系数来看,准二级动力学方程的描述更为准确。     

天然沸石对氨氮的吸附作用及其影响因素

通过实验研究天然沸石对氨氮的吸附作用及其影响因素。结果表明,沸石对氨氮的吸附过程遵循准二级动力学模型;沸石对氨氮的等温吸附可用Langmuir和Freundlich等温模型拟合,相关系数R2达到极显著相关(P0.01);随着天然沸石粒径与投加量的减小,沸石对氨氮的吸附量显著增加;在pH值中性时,去除效果最好;温度升高有利于沸石对氨氮的吸附。     

沸石吸附水体中氨氮的热力学和动力学过程研究

随着近年来各大自然水体富营养化程度的加重,废水中氨氮的处理显得尤为重要。我国浙江缙云有丰富的沸石矿藏,研究其对于沸石的吸附过程有着明显的应用价值。实验结果显示:在288～318 K范围内的温度对沸石吸附氨氮过程影响较小,在氨氮初始浓度为30 mg/L的条件下,小粒径沸石对氨氮的48 h吸附容量为1.13±0.06 mg/g,去除率为91%。大粒径沸石对氨氮的48 h吸附容量为1.10±0.06 mg/g,去除率为87%。沸石对氨氮的吸附过程遵循二级吸附动力学方程,Freundlich和Langmuir等温吸附方程均适用于描述沸石吸附氨氮的热力学过程。本研究表明天然沸石是一种合适的吸附剂,可用于废水或者天然水体中氨氮的去除。     

江阴城区河道沉积物氮磷吸附(解吸)特征分析

以江阴城区河道沉积物为研究对象,选取6条河道,设置6个检测点,通过84组吸附(解吸)试验研究了沉积物的氮、磷吸附(解吸)等温线特征。结果表明:在试验浓度范围内,沉积物的氮、磷吸附(解吸)等温线呈显著相关;沉积物对氨氮的吸附(解吸)平衡浓度为1.58～3.33 mg/L,对磷的吸附(解吸)平衡浓度为0.02～0.58 mg/L;沉积物对氨氮的本底吸附量为48.784～75.684 mg/kg,对磷的本底吸附量为1.070 6～37.270 mg/kg;沉积物对氨氮的吸附效率为17.627～40.599 L/kg,对磷的吸附效率为54.048～95.559 L/kg。各河道沉积物对氮、磷的吸附能力均差别不大。     

施肥与灌溉对黑土区稻田氮素渗漏淋溶的影响

为明确东北黑土区稻田土壤氮素渗漏规律,在典型黑土区开展了基于农田水平衡的小区试验,分析了不同灌溉方式和施氮水平条件下稻田土壤渗漏水中三氮浓度变化情况,并结合农田水平衡方程计算出了不同水肥条件下的氮素淋失总量。结果表明,渗漏水中铵态氮、硝态氮和总氮浓度与施氮量呈正相关关系,控制灌溉和浅湿灌溉分别可以减少硝态氮渗漏浓度11.89%和14.15%;常规灌溉方式下每公顷每增加1kg施氮量(折合成纯氮),氮素淋失量增加0.117 5kg,控制灌溉和浅湿灌溉则分别增加0.035 9kg和0.055 7kg;在水稻全生育期,控制灌溉氮素淋失总量最小,平均为4.51kg/hm2,约是常规灌溉的1/3、浅湿灌溉的1/2。综合分析认为,浅湿灌溉是适用性更高的灌溉方式,理论合理施肥量为137.30kg/hm2。     

黄河内蒙古段表层沉积物磷的吸附行为

为探明黄河内蒙古段表层沉积物对磷的吸附行为,模拟研究了内蒙古段6个采样点表层沉积物磷的动力学吸附和等温吸附行为,并分别运用动力学吸附模型、等温吸附模型对试验数据进行拟合,探究沉积物理化性质与磷最大吸附量的相关性。结果表明:沉积物磷的动力学吸附过程符合Lagergren准二级吸附动力学反应;沉积物磷的等温吸附过程用Langmuir等温吸附回归方程、Friendlich等温吸附回归方程均能较好地拟合,属于单分子层吸附;6个采样点吸附/解吸平衡浓度(EPC0)依次为0.114、0.089、0.140、0.098、0.065、0.082 mg/g,沉积物磷最大吸附量依次为0.246 0、0.109 6、0.049 5、0.189 9、0.284 9、0.033 0 mg/g。研究发现,在乌拉特前旗、老牛湾采样点,沉积物对磷吸附表现为"汇";乌海、临河、包头、呼市托县沉积物表现为水体中磷的"源",有向上覆水释放磷的潜力;内蒙古段6个采样点表层沉积物磷的最大吸附量与沉积物有机质含量呈正相关关系。     

考虑地下水温度的土壤吸附氨氮动力学行为研究

吸附反应是氨氮进入地下水环境后发生的重要行为,直接影响氨氮在地下水中的迁移扩散规律。本文以阜新地区粉质黏土、细砂、粗砂为例,结合北方地下水温度,分别进行了温度在5、10、15、20℃时3类典型土壤的氨氮吸附动力学行为试验研究。试验结果表明:在5~20℃范围内,温度越低,粒径越小,3类土壤対氨氮的吸附量越大;5、10、15、20℃时粉质黏土、细砂与10、15、20℃时粗砂对氨氮的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型,5℃时粗砂对氨氮的吸附动力学过程符合准一级动力学模型,吸附过程均属于化学吸附;温度在5、10、15、20℃时细砂,粗砂的限速步骤为颗粒内扩散。     

生物有机肥与水分联合调控下稻田土壤氮素变化规律

为了探究生物有机肥和控制灌溉联合调控下稻田土壤氮素变化的特征和规律,开展了水稻小区种植试验。试验设置2种灌溉模式（常规淹灌（F）、控制灌溉（C））和3种施肥模式（全施化肥（A）、生物有机肥等氮替代15%化学氮肥（B）、生物有机肥等氮替代30%化学氮肥（C））,分析水稻生育期内土壤铵态氮与硝态氮含量的变化特征。试验表明：至水稻分蘖期时,相同灌溉模式下,配施生物有机肥处理的稻田土壤铵态氮含量均值均低于全施化肥处理,降幅为19.85%~48.78%,土壤硝态氮含量均值是生物有机肥等氮替代30%化学氮肥的处理低于全施化肥处理,降幅为15.35%~33.08%;而从水稻拔节期起,相同灌溉模式下配施生物有机肥处理的稻田土壤铵态氮平均含量比全施化肥处理增加了12.71%~56.26%,除FB处理硝态氮含量降低外其余配施生物有机肥处理的土壤硝态氮平均含量比全施化肥处理增加了19.21%~105.80%。控制灌溉的水稻全生育期土壤硝态氮含量显著高于常规淹灌（P＜0.05）,而土壤铵态氮含量则是常规淹灌高于控制灌溉。结果表明：生物有机肥配施化肥有利于水稻分蘖期后土壤铵态氮和硝态氮含量的积累,提升了稻田土壤氮素的养分累积,其中生物有机肥等氮替代15%化肥的效果较好。控制灌溉使得土壤硝态氮含量增加,同时也减少了土壤铵态氮的含量。综合考虑环境与经济效益,控制灌溉与生物有机肥等氮替代15%化肥的稻田水肥管理模式较好。     

土壤氨挥发研究及氮素转化运移数值模拟

根据氨挥发机理建立了氨挥发子模型,与氮素运移转化模型Nitrogen-2D进行耦合,改进并完善了Nitrogen-2D模型的氮素转化过程。运用改进的模型模拟再生水灌溉冬小麦生长季中土壤水分、铵态氮和硝态氮的运移和转化过程。模拟结果与未经改进的模型模拟结果及实测值进行了对比。结果表明改进的模型模拟值与实测值的均方根差比未经改进模型的大幅度减小,铵态氮模拟精度有较大程度地提高。将改进的模型模拟铵态氮挥发速率和氨挥发累积量,得出模拟时段氨挥发过程。经比较分析,模拟结果正确、合理,可用于农田氮素损失预测和污染分析。     

Nitrogen and phosphorus changes and optimal drainage time of flooded paddy field based on environmental factors

While many controlled irrigation and drainage techniques have been adopted in China, the environmental effects of these techniques require further investigation. This study was conducted to examine the changes of nitrogen and phosphorus of a flooded paddy water system after fertilizer application and at each growth stage so as to obtain the optimal drainage time at each growth stage. Four treatments with different water level management methods at each growth stage were conducted under the condition of ten-day continuous flooding. Results show that the ammonia nitrogen (NH⁺₄-N ) concentration reached the peak value once the fertilizer was applied, and then decreased to a relatively low level seven to ten days later, and that the nitrate nitrogen (NO^-₃-N) concentration gradually rose to its peak value, which appeared later in subsurface water than in surface water. Continuous flooding could effectively reduce the concentrations of NH⁺₄-N, NO^-₃-N , and total phosphorus (TP) in surface water. However, the paddy water disturbance, in the process of soil surface adsorption and nitrification, caused NH⁺₄-N to be released and increased the concentrations of NH⁺₄-N and NO^-₃-N in surface water. A multi-objective controlled drainage model based on environmental factors was established in order to obtain the optimal drainage time at each growth stage and better guide the drainage practices of farmers. The optimal times for surface drainage are the fourth, sixth, fifth, and sixth days after flooding at the tillering, jointing-booting, heading-flowering, and milking stages, respectively.     

不同水肥处理对稻田土壤中氮素剖面分布与氨挥发损失的影响

对苏南地区不同水肥处理稻田土壤中铵态氮和硝态氮剖面分布、稻田氨挥发损失以及水稻地上干物质量及产量进行了研究。结果表明:稻田土壤中无机氮以铵态氮为主;铵态氮质量比随着土层深度的增加而降低,20～60cm深度土层中的铵态氮质量比相对稳定,随着水稻生育期的进行,稻田土壤中氨态氮质量比逐渐降低;稻田土壤中硝态氮质量比呈现上层低于下层的趋势;控制灌溉稻田施用控释肥减少了表层土壤中的铵态氮质量比以及底层土壤中的铵态氮和硝态氮质量比,降低了氮素损失的风险。控制灌溉和控释肥的使用,减少了稻田氨挥发损失,减少幅度达到83.71%。     

渗灌条件下水稻的节水灌溉制度和氮肥运筹技术研究

针对江苏省淮北平原地区稻麦轮作生产实际，在田间埋设塑料波纹暗管，通过调节外沟水位对水稻实施渗灌，就渗灌条件下水稻的节水灌溉制度和氮肥运筹技术进行了研究。提出了渗灌条件下以稻田地下水位和土壤含水量作为控制指标的水稻节水灌溉模式，该技术和常规浅水勤灌相比，水稻节水达16.5％，增产14.3％。试验结果还表明，水稻采用节水灌溉制度后，氮肥用量和基蘖肥与穗粒肥的比例显著影响水稻地上部分干物质积累、矿质营养、籽粒产量和营养品质，渗灌条件下水稻高产优质、浅层地下水不受NO3-N污染的施N量为270～315kgN/hm2，基蘖肥/穗粒肥为5∶5。     

Performance of a double-layer BAF using zeolite and ceramic as media under ammonium shock load condition简

An experiment was carried out to investigate the anti-ammonium shock load capacity of a biological aerated filter （BAF） composed of a double-layer bed. This bed was made up of a top layer of ceramic and a bottom layer of zeolite. The experiment shows that the anti-ammonium shock load process can be divided into two processes： adsorption and release. In the adsorption process, the total removal efficiency of ammonia nitrogen by zeolite and ceramic was 94%. In the release process, the ammonia nitrogen concentration increased significantly and then gradually returned to the normal level four hours after the shock load. The results indicated that the double-layer BAF had a high level of adaptability to the short-term ammonium shock load and long-term operation. The main factors influencing the dynamic process of ammonia nitrogen adsorption were the filter bed height, ammonia nitrogen concentration of influent, and flow rate. The bed depth service time （BDST） model was used to predict the relationship between the filter bed height and breakthrough time at different flow rates, and the results are reliable.     

KDF树脂对于污水厂出水氨氮的吸附试验研究

针对某污水厂在冬季出水氨氮浓度超标的实际情况,采用KDF树脂对污水厂出水氨氮进行了吸附实验研究,得出树脂对水中氨氮的吸附规律,同时对树脂过滤水头随时间的变化规律和树脂的再生情况进行了实验研究。实验结果表明:KDF树脂可以有效去除水中氨氮,过滤水头稳定易于再生。     

覆膜旱作稻田水均衡及蒸腾耗水规律分析

水稻覆膜旱作(GCRPS)因具有显著的节水、增产效应而备受关注,但有关覆膜旱作稻田的水均衡关系及蒸腾耗水规律仍然还难以被准确刻画。为此,在湖北省十堰市开展了为期2年的田间试验,并在水稻6个主要生育阶段内对3个灌溉水平(TPRPS,传统淹水种植;GCRPSsat,薄膜覆盖并保持根区土壤接近饱和;GCRPS80%,薄膜覆盖并保持根区平均土壤含水量介于田持的80%~100%)、3个施氮水平(N0,不施氮;N1,150 kg N/hm2尿素;N2,75 kg N/hm2尿素+75 kg N/hm2鸡粪)共9个处理进行了水量平衡和蒸腾耗水分析。试验研究结果表明:(1)在不减产甚至增产的情况下,覆膜旱作不仅可以抑制深层渗漏与蒸发等非生理耗水,同时还能减少蒸腾耗水,节水效应非常显著,尤其是GCRPS80%;(2)水稻全生育期内的蒸腾耗水变化规律不受水分与氮素处理的影响,总体均表现为生育前期较低,盛期较高,至扬花期达到峰值,之后逐渐衰减;(3)最大分蘖期之前,覆膜增温效应显著促进蒸腾耗水,之后水分胁迫导致情形逆转;(4)扬花期之前,与不施氮相比,施氮可显著促进蒸腾耗水,但两个施氮处理之间的蒸腾耗水差异不大。     

青铜峡灌区土壤中三氮变化特征研究

以宁夏青铜峡灌区田间土壤中非点源污染物(总氮、硝氮、氨氮)作为研究对象,从土壤剖面中对其含量变化进行分析,结果表明:①表层土壤中各类污染物含量变化较大,基本上以60 cm深度为分界线,下层变化较小,而且作物生长期前后土壤中不同深度各类污染物含量变化与灌溉过程、施肥强度等关系密切;②土壤中三氮含量变化幅度呈硝氮氨氮全氮的趋势,总氮在10月份的含量高于5月份,氨氮、硝氮在10月份的含量低于5月份。