利用标记氮同位素示踪技术探究生物滞留系统氮的迁移转化规律研究

发布时间：2018-02-15 21:27

本文关键词： 生物滞留 ~(15)N同位素示踪迁移转化 DNRA作用　出处：《北京建筑大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：中国雨水径流氮污染日益严重,水体中过量的氮输入是导致城市湖泊、河湖等水质恶化的首要因素,氮素形态不同,其生态功能、对水生生物的毒理作用也不同,溶解性氮迁移性更强,控制难度更大。因此,实施城市降雨径流氮污染的有效控制至关重要。生物滞留系统利用土壤和植物通过物理、化学及生物作用可以有效改善雨水径流的水质,逐渐得到广泛研究与应用。然而,对于如何能够有效提高系统的脱氮效能尚未达成统一的结论,主要表现为不同研究结果中对氮的去除果差距很大,尚未确定生物滞留设施氮控制的理论极限能力和影响因素。因此,本研究利用~(15)N同位素示踪技术深入到原子的层次来考察氮素的迁移转化,通过室内模拟生物滞留设施,通过配水时添加K~(15)NO3和~(15)NH4Cl使实验系统中~(15)N-NO3-和~(15)N-NH_4~+的丰度显著高于生态系统中未标记的本底值,结合渗滤水、土壤和植物中不同形态~(15)N含量变化分析不同环境条件对生物滞留系统中氮迁移转化的影响。主要研究内容和结果如下:(1)通过是否种植植物,对生物滞留系统中硝态氮的迁移转化机制和影响进行研究,选择丹麦草作为种植植物,对比种植和不种植丹麦草两种工况,探讨植物在生物滞留系统中脱氮的作用。结果表明丹麦草对NO3-的直接吸收对NO3-的去除有部分贡献,同时有助于间接提高反硝化作用促进脱氮,提高径流雨水脱氮效果;在根系周围形成生物圈增加微生物的生物量,从而促进微生物对NO3-的固定作用;还能通过增加土壤中的含氧量,影响生物滞留系统中硝氮异化还原为铵(DNRA作用)和反硝化作用之间的协同竞争关系。实验还通过夏季和冬季两个时间段的不同环境温度,探讨温度对生物滞留系统中硝氮的迁移转化影响,得出不同季节温度下生物滞留系统对雨水径流中的硝态氮的去除效果。结果表明夏季植物对NO3-的吸收以及反硝化作用效果皆高于冬季,DNRA作用效果受温度的影响较大,在冬季低温条件下,不利于DNRA作用进行。(2)实验通过对比分析不同氧化还原电位(Eh225mV~100mV区间、0mV~-120mV区间和-225mV~-340mV区间),土壤pH值(pH=5~9)、碳源浓度(葡萄糖浓度50mg/L、100mg/L、~(15)0mg/L、200mg/L、250mg/L)条件下生物滞留系统中DNRA作用的影响。结果表明,随着Eh的降低,DNRA作用效果越明显,DNRA作用易在强还原性土壤中进行;在酸性土壤环境下,随着pH值的增加,DNRA作用效果越明显,在碱性环境下,随着pH值上升,DNRA作用效果随之下降,但效果仍比酸性土壤环境下显著,由此可见,DNRA作用易在中性偏碱性的环境下进行。葡萄糖作为碳源条件下,在低浓度50mg/L、100mg/L情况下,随着添加碳源浓度的增加,DNRA作用效果越明显。在高浓度~(15)0mg/L、200mg/L和250mg/L情况下,随着添加碳源浓度的增加,DNRA作用越弱。当碳源过低时,可能因无法支持菌体生长而抑制DNRA作用;当碳源相对过剩时,反硝化作用表现出竞争优势,从而抑制DNRA作用。(3)实验通过夏季和冬季两个时间段的不同环境温度,探讨温度对生物滞留系统中氨氮的迁移转化影响,得出不同季节温度下生物滞留系统对雨水径流中的氨氮的去除效果。在夏季高温条件下,生物滞留系统中土壤对NH_4~+的吸附低于冬季;微生物对NH_4~+的固定作用高于冬季;硝化作用对NH_4~+去除效果高于冬季,导致了生物滞留系统中氨氮出水浓度降低,硝态氮的出水浓度升高。在生物滞留系统中,氨氮的挥发受温度的影响较大,在低温条件下,不利于氨氮挥发去氮。实验还对比分析不同土壤pH值(pH=5~9)条件下,pH值对生物滞留系统中氨氮的迁移转化影响,结果表明在pH=7~9的中性偏碱性环境下有利于生物滞留系统中氨氮的去除;随着pH值的升高,土壤吸附氨氮的量增加,pH值和土壤吸附氨氮量呈正相关;随着pH值的升高,生物滞留系统中硝化作用效果越明显,当pH值超出一定范围时,硝化反应会被抑制;氨氮的挥发受pH的影响,随着pH值得升高,氨氮挥发量增加。在酸性环境下,不利于氨氮的挥发。
[Abstract]:In this paper , the effects of different environmental conditions on the removal of N - NO3 - and ~ ( 15 ) N - NH _ 4 ~ + in the biological retention system are studied by means of physical , chemical and biological effects . ( 2 ) The effect of DNRA on DNRA under the condition of low concentration of 50 mg / L , 200 mg / L , 100 mg / L and ~ ( 15 ) mg / L , 200 mg / L , 250 mg / L under the condition of pH = 5 ~ 9 , concentration of carbon source ( 50mg / L , 100mg / L , ~ ( 15 ) mg / L , 200 mg / L , 250 mg / L ) . ( 3 ) The effect of temperature on the removal of NH _ 4 ~ + in the biological retention system was studied by different ambient temperatures in summer and winter . The results showed that the removal of NH _ 4 ~ + in the biological retention system was higher than that in winter under the conditions of pH = 7 ~ 9 .

【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X52;X142

【参考文献】