海岸带污染控制与环境保护

发布者:高崇洋发布时间:2018-05-15浏览次数:194

1 地下水源地硝酸盐富集及其防控机理研究

在工农业生产过程,大量氮肥以硝态的形式,通过降水作用以及在土壤中逐级淋滤过程,最终汇入地下水中。在山东半岛地区,地下水中的硝酸盐含量已经达到三级水平,以地下水为饮用水源的集中式供水系统中,硝酸盐污染已经造成一系列的生态学、生物学问题;地下水饮用水源地硝酸盐富集及其防控机理研究,已经成为国际地球科学领域亟待解决的重大前沿性课题。

地下水中硝酸盐污染的来源及污染程度

研究发现,缓释和稳定性肥料可以使土壤中保持较高的矿质氮累积量,为作物的生长提供足够的养分;相同氮肥投入量条件下,缓释和稳定性肥料均能明显减少硝态氮淋失量。相同灌水量条件下,喷灌较管灌处理可显著减少硝态氮的淋失风险。本研究通过水肥调控原位试验,降低了农业中氮肥施用,极大的提高了氮素利用效率。

在农田施肥、灌溉条件下,建立了农田土壤中水流和氮素的耦合模型,通过模型计算整个大沽河地下水水源地区域硝酸盐的淋失,其中,蔬菜种植产生的硝酸盐淋失量占57.1%73.8%23.2%51.0%,说明设施蔬菜种植是该区地下水硝酸盐污染最重要的来源。

为了控制硝态氮向下迁移而造成对地下水的污染,本研究创造性地提出具有明显脱氮优势的反应层构型:上层为砂土和2 cm的弱透水层,脱氮层为10%的预处理木屑与90%的壤土。该反应层在不影响地下水补给的情况下可削减90%的硝酸盐淋失量,且反硝化的最终产物以氮气为主,避免引入N2O二次污染。

在不同构型反应层条件下的NO3-N垂向分布

Hu et al., Bioresource Technology, 2017, 244: 313-319.

2 废物处理技术及资源化

通过对市政污水厂剩余污泥等固体废物进行水解、酸化及发酵等预处理,产物能够作为反硝化碳源,促进反硝化脱氮效能,同时减少了污泥产量。研究发现在进行反硝化过程中,以不同预处理产物为底物时,水力停留时间(HRT)是重要参数,当以水解液为底物时,最佳HRT12小时,反硝化效率为91%,而以酸化液为底物时,最佳HRT8小时,反硝化效率达到98%

剩余污泥预处理产物对反硝化的影响

Guo et al., Bioresource Technology, 2017, 224: 147-156

研究还发现,采用水解-发酵两阶段预处理技术对剩余污泥进行处理后,可以产生大量的挥发性有机酸(VFAs),其可以作为微生物燃料电池(MFC)的良好底物,同时对MFC的产电效能及产电微生物的富集具有很好的促进作用。

剩余污泥预处理后产生的VFA促进了MFC产电过程

Zhang et al., Environmental Technology, DOI: 10.1080/09593330.2017.1422548

3 污染控制微生物学研究

本年度发表的SCI论文中有30余篇涉及微生物内容,微生物以及微生物分子生态学已经成为揭示污染控制规律、提高污染物去除效率、认识污染物去除过程的重要工具和手段,在机制分析中发挥着重要作用。

高孟春教授团队、彭昌盛副教授团队在深入分析探讨二氧化钛、金属银、氧化铜、二氧化硅等纳米颗粒物对环境生物处理系统影响过程中,发现低剂量的纳米材料就会对微生物系统的群落结构、酶系统等表现出显著的影响,微生物一般表现为强烈的负反馈效应,应该引起广泛重视。如在探讨不同浓度的二氧化硅纳米颗粒对微生物群落的影响时,发现5-30 mg/L的颗粒材料对反应器的COD去除效率有一定的影响,而对磷的去除影响非常显著,5 mg/L的纳米颗粒材料就会降低硝酸盐的还原速率。

不同浓度的二氧化硅纳米颗粒对微生物群落的影响

Li et al., Bioresource Technology, 2017, 245: 673-680

侧流除磷技术与改良A2O工艺相结合,可以富集反硝化聚磷菌(DNPAOs),提高聚磷菌(PAOs)释磷能力。A2O工艺安装侧流后,总氮去除率由侧流前的51.1%升高到侧流后的61.1%,总磷去除率由35.5%升高到92.7%,微生物群落分析发现,侧流改变了反应器细菌群落结构及微生物种类组成相对丰度发现。侧流除磷后,反硝化除磷微生物Thauera spp.Dechloromonas spp.丰度值分别提高至9.0%8.5%

侧流除磷技术与改良A2O工艺相结合对氮磷去除的影响

Zhao et al., Environmental Engineering Science, 2017, 34(8): 599-606