潜流带氮素迁移转化过程的影响因素研究

近些年来，地表水和地下水中的氮污染不断的加剧，已经引起人们越来越多的关注。潜流带是位于河流河床之下并延伸至河流边岸地带的水分饱和的沉积物层，其在河流生态系统中发挥着重要的作用。潜流带中生长的微生物对氮的迁移转化发挥着主要的作用。因此，研究氮素在潜流带中的迁移转化规律可以为开发新的脱氮技术提供依理论据。 本文通过阅读相关的文献，采用实验室模拟的方法，设计了潜流带的模拟装置，模拟了地表水中的硝态氮通过潜流带的迁移转化过程。研究了不同潜流带介质、潜流带沉积物层碳源种类和碳源含量对氮素迁移转化的影响。具体的实验内容及结果如下： （1）研究了粗砂、细砂、粉砂三种潜流带介质对氮素迁移转化的影响，结果表明：①在不补充外加碳源的情况下，粉砂柱中NO3+-N的浓度下降的最多，其次分别是细砂和粗砂；粉砂柱中NH4+-N的浓度最高，其次是细砂和粗砂。可以推断出，粉砂柱中的水环境条件比细砂和粗砂柱中的水环境条件更有利于反硝化和异化还原过程的进行，介质粒径越小、有机质含量越多越有利于NO3+-N的去除。②补充碳源后，柱内碳源充足，三根柱子中的NO3+-N的浓度很低，达到检出限以下，这说明碳源对硝态氮的去除起着重要的作用。 （2）研究了含有葡萄糖、柠檬酸、腐植酸和三者混合碳源沉积物层的潜流带对氮素迁移转化的影响，结果表明：①含有混合碳源沉积物层的模拟柱中硝态氮浓度最低，硝态氮浓度的下降量最大，氨氮的生成量最高；含有葡萄糖和腐植酸沉积物层的模拟柱中硝态氮浓度下降量相近，氨氮生成量也相近；含有柠檬酸沉积物层的模拟柱中硝态氮浓度的下降量最小，氨氮的生成量最低。这说明以柠檬酸作为碳源的模拟柱中，会产生低pH和高氧化还原电位的环境，不利于反硝化作用和异化还原作用的进行，反硝化作用和异化还原作用最弱，因此不利于NO3N浓度的降低。②结合总无机氮和氨氮历时变化曲线可知，四根模拟柱中，反硝化作用都比异化还原作用强，这说明对于含有不同种碳源沉积物层的潜流带，硝态氮的降低以反硝化作用为主。 （3）研究了腐植酸含量不同的沉积物层（沉积物层中TOC含量分别为0、1%、5%和10%）的潜流带对氮素迁移转化的影响，结果表明：①沉积物层TOC含量为10%的模拟柱中硝态氮下降的最多，最大下降的浓度为22.7mg/L，其次分别是TOC含量为5%、1%和0的模拟柱，最大下降浓度分别为21.9mg/L、19.2mg/L、14.6mg/L。这说明碳源含量越多，反硝化作用和异化还原作用越强，硝态氮的浓度下降的越多。②同样分析总无机氮和氨氮变化规律可知，四根模拟柱中，同样反硝化作用都比异化还原作用强，说明对于含有不同含量碳源的模拟柱，硝态氮的降低仍以反硝化作用为主。