碳源对潜流带中氮素迁移转化影响的实验研究.pdf

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1、第45卷第14期人民长江Vol_45．No．142014年7月YangtzeRiverJuly，2014文章编号：1001—4179(2014)14—0022—05碳源对潜流带中氮素迁移转化影响的实验研究张海涛，张迪龙，洪梅，王飞2，高扬(1．吉林大学环境与资源学院，吉林长春130021；2．中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁大连116600)摘要：潜流带中反硝化作用是去除硝态氮的主要机制，而碳源则是反硝化过程必不可少的物质之一。为了研究不同碳源的反硝化作用，开展了模拟柱实验，研究潜流带沉积物层中不同碳源(葡萄糖、柠檬酸、腐殖酸及混合碳源)对氮素迁移转化的影响，重点研究了不同含量腐

2、殖酸的影响。结果表明：①混合碳源模拟柱中硝态氮的减少量最多，其次依次为葡萄糖、腐殖酸和柠檬酸；各模拟柱中反硝化作用均强于畀化还原作用，说明硝态氮的减少以反硝化作用为主；②腐殖酸含量越高，模拟柱中硝态氮浓度下降越大，随碳源含量的增加，反硝化作用及异化还原作用均增强，但仍以前者为主。关键词：硝态氮；碳源；反硝化；沉积物层；潜流带中图法分类号：X52文献标志码：A潜流带是指位于河床之下并延伸到岸边地带的饱一碳源，葡萄糖、柠檬酸和腐殖酸的混合物为混合碳和水沉积物层_1j。潜流带同时含有地表水和地下水，源，不同浓度的腐殖酸为碳源时，氮素在潜流带的迁移并且两者可发生双向混合和迁移，进行物质和能量的

3、转化规律，以为潜流带的开发和利用、地表水和地下水交换]。潜流带主要由细粒沉积物组成，具有较大的氮素污染的修复提供科学和理论依据。孔隙率和比表面积_3；沉积物颗粒表面生长有一层生1材料与方法物膜_4]，为生活在孑L隙中的各种微生物提供营养源，如碳源和氮源等j，空隙中的细菌和微生物也可以发1．1实验材料生分解作用和反硝化作用。。，大大增强了溪流消除有实验用水由硝酸钾与蒸馏水配置而成，硝态氮浓机污染物和水质净化的能力。所以潜流带在河流度为65．5mg／L，并按比例向其中添加微量元素，创造的自净过程中起着非常重要的作用。适宜微生物生长繁殖的环境。微量元素的添加种类和含有硝酸盐的地表水或地下水进

4、入潜流带后，在添加数量为：KC1，4mg／L；CoC12，0．114mg／L；H3BO3，沉积物层的作用下经吸附、硝化、反硝化以及异化还原0．232mg／L；NaHCO3，96mg／L；CaSO4。2H20，60过程J，硝态氮得以去除或者转化，水质得以净化。mg／L；(NH4)6MO7024·4H20，0．022m#L；MnSO4。潜流带中的氮循环主要基于生物作用的氧化还原过4H，0，0．008mg／L；CuSO4·5H20，0．008mL；Fe程]，其浅层的微生物消耗了大部分氧气，故硝化作(NH4)2(SO4)2·6H20，0．116mg／L；MgSO4。7H20，用主要发生在潜流带

5、浅层，而反硝化作用将随深度增60mg／L；ZnSO4·7H20，0．174mg／L。根据以往经验，加而增强。氮循环过程的速率主要取决于温度、硝如果粉砂粒径过小，实验后期取样口易被堵塞；粗砂粒态氮浓度、有机碳浓度、沉积物颗粒的尺寸以及沉积物径过大，溶液渗透速度过快，因此本研究选取细砂作为层的非均质性，其中有机碳浓度是关键因素。沉积层介质。实验用砂取自吉林大学校内花园，取回本文选取细砂作为沉积物层介质，采用土柱模拟后置于干燥的塑料薄膜上自然风干，经过0．10，0．25实验方法，分别研究了以葡萄糖、柠檬酸和腐殖酸为单mm和0．50mm筛筛分后，取筛下部分，按比例配制成收稿日期：2014—04

6、—23基金项目：国家水体污染控制欲治理科技重大专项课题(20122×07207—007)作者简介：张海涛，男，硕士研究生，主要从事环境与资源方面的研究。E—mail：zhanghaitao39@sina．corn第l4期张海涛，等：碳源对潜流带中氮素迁移转化影响的实验研究23细砂，并测定含水率及有机质含量。制成的细砂理化先对玻璃柱做饱水处理，排除介质中的空气，然后性质为，含水率0．011％，有机质含量0．920g／kg。颗进行淋滤实验，从上端进水口进水(硝态氮浓度为粒粒径组成分别为：大于0．50mm，4．9％；0．50—0．2565．5mg／L的溶液)，保持一定流速并且在玻璃柱上方mm

7、，16．54％；0．25～0．10mm，64．52％；小于0．10维持恒定水头5cm，底部孔口出水流速控制在1mm，14．04％。mL／min，连续淋滤。在侧壁和底部取样口取得溶液，单一碳源选择葡萄糖、腐殖酸和柠檬酸等，分别代测定三氮含量、pH值及Eh值。由于硝态氮前期降解表糖类、有机羧酸和腐殖质类碳源，含量为沉积物层的速率快后期较慢，所以前期每隔24h取样，10d后每2％；混合碳源选择葡萄糖、腐殖酸和柠檬酸，按相同比隔72h取样，总共淋滤实验