河湖利用再生水入渗地下水的氮污染防控研究

• 作 者: 孙嘉绩
• 出 处: 北京林业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 再生水回用 氮的迁移转化 生物炭改良土壤 反硝化菌

我国每年有约数百亿立方米的再生水通过河湖回补途径自然入渗地下水,但再生水中的氮素在入渗地下水过程中的迁移转化规律、降解机理尚不清楚,因此会存在污染地下水的潜在风险。本课题以凉水河流域水环境提升和生态恢复综合示范工程为课题背景,研究再生水河流回用过程中,氮素向地下水中的迁移转化规律及污染防控措施。通过实验室土柱淋溶实验,对比灭菌土壤柱(SS)、原位土壤柱(SC)、种植单一沉水植物(马来眼子菜)柱(SSP)、生物炭复合土层柱(BCS)四种土壤环境对于氮迁移转化的影响。其中复合土层柱中改良土壤的生物炭是从烧制的六种生物炭(400℃,600℃,800℃下热解的木屑和秸秆生物炭)中选择,最终通过氮的静态吸附实验选择了吸附效果最好的4000C热解的木屑生物炭,并结合元素分析、表面结构分析和傅里叶红外对比分析生物炭理化性质,讨论影响吸附效果的因素为生物炭的表面芳香性和孔径大小。动态土柱模拟试验结果表明,氮在四个土柱中的衰减顺序为BCS>SSP>SC>SS,衰减速率符合一级动力学方程。其衰减速率分别为:BCS>SSP>SC>SS。其主要衰减机理为吸附和生物降解。因为生物碳可增加复合土层对氮素的吸附作用,因此在涵养初期可防止氮素向地下水中的迁移,但随着涵养时间的增加,其衰减主要以生物降解为主。454焦磷酸测序16S rRNA基因分析结果表明,反硝化细菌优势种群在门这一水平上为Firmicutes,在属水平上起反硝化作用的细菌为Bacillus、Helicobacter、Halomonas、Lactobacillus 和 Flavisolibacter,古菌为 Woesearchaeota DHVEG-6。生物炭复合土柱可以提高氮迁移微生物优势种群的相对丰度,从而提高氮衰减速率。影响微生物群落结构和优势种群的土壤理化环境主要为碳氮比。因此,在再生水河湖利用入渗地下水的过程中,可构建生物碳复合底层,防止氮素对地下水的污染风险,为再生水利用及其配套设施建设提供设计依据。