驻马店市一体化污水处理设备
水体中相对静止的氮和正在被迁移中的氮, 无时无刻都在进行生物地球化学变化, 在氮的生物地球化学变化中, 14N和15N的反应所需能量不同, 使其反应速率存在差异, 结果导致同位素的分馏作用.在平衡体系中, 氮同位素的分馏系数范围为1.00063~ 1.09900(张俊萍和宋晓梅, 2014);在非平衡体系中, 分馏作用主要包括固氮作用、同化作用、矿化作用、硝化作用、反硝化作用及氨的挥发作用(徐志伟等, 2014).据有关氮同位素分馏系数资料统计(Li et al., 2002; Chen et al., 2007;孙明辉, 2008; Frank et al., 2004), 生活污水与粪便C=1.02、化学肥料C=1.035、工业废水C=1.02、大气沉降C=1.004及土壤C=1.02.εjk表示其他各个混合物间无法量化的方差, 其均值为0.
3 果与分析(Results and analysis)3.1 流域无机氮四季分布特征
本文对浑河流域沈抚段水体中不同形态无机氮的质量浓度进行了检测, 为后期分析氮素污染来源、评价研究区域的水质特征提供数据支撑.图 2为不同形态无机氮的四季分布, 从中可以看出研究区域水体中的NO2--N、NO3--N、NH4+-N和TN质量浓度分别为0.053~0.121、0.87~4.065、0.23~1.76、1.473~6.171 mg · L-1, 且无机氮的峰值较多出现在G1、G7采样点, 其中G1采样点硝氮和总氮质量浓度在冬季达到zui高, G1采样点质量浓度明显升高主要受长青桥排污口及上游支流汇入的影响; G7采样点水质受亚硝态氮和氨氮污染较为明显, 调研时发现水体受污主要是周边工业废水(锻压厂, 铝厂等)及生活污水的排放导致, 下伯官排污口污水的集中排放对水体水质的影响也较大; NH4+-N质量浓度zui大值出现在冬季的G7采样点, 高达1.76 mg · L-1, 超出地表水Ⅳ类标准限值(1.5 mg · L-1)1.17倍.通过对研究区域周边环境污染源调查发现, 研究区域周边居民较为密集, 且排水管道建设不完善, 较多未经任何处理的生活污水、畜禽粪便直接排放入河流, 如旧站河、仁镜河、李石河、莲岛河、友爱河等支流; 另外, 研究区域水厂排污口对干流水质的影响也不容小觑, 如高阳橡胶坝排污口、下伯官排污口等.夏季流域中NH4+-N浓度较低, 主要是因为氨的挥发、细菌、水生植物和真菌等的吸收或发生硝化反应.研究区域采样点各无机氮呈现季节性变化, 总体呈冬季>秋季>春季>夏季.
本文对不同季节水体中总氮与其它无机氮之和进行了差值计算, 结果表明:春季G1、G2、G5、G7、G8、G10采样点存在少量的有机氮, 有机氮分布范围0.023~1.096 mg · L-1, 其中G1点有机氮质量浓度zui高, 达1.096 mg · L-1; 夏季G1、G2、G5、G7、G8、G10采样点存在少量的有机氮, 有机氮分布范围0.01~0.288 mg · L-1, 其中G7采样点有机氮质量浓度zui高, 达0.288 mg · L-1; 秋季G1、G2、G4、G5、G7、G8、G9、G10采样点存在少量的有机氮, 有机氮分布范围0.041~0.274 mg · L-1, 其中G1点有机氮质量浓度zui高, 达0.274 mg · L-1; 冬季G1、G2、G4、G5、G6、G7、G8、G9、G10采样点存在少量的有机氮, 有机氮分布范围0.035~0.66 mg · L-1, 其中G1点有机氮质量浓度zui高, 达0.66 mg · L-1. G1和G7采样点有机氮质量浓度, 调研时G1发现采样点附近藻类以及水生植物体生长旺盛, 水体呈现出墨绿色, 主要受上游长青桥排污及张官河等支流的影响.G7采样点及上游下伯官排污口处存在大量藻类、底栖动植物以及水生植物体, 导致水体中存在一定量的有机氮.浑河流域沈抚段氮素污染严重, 我们必须高度重视水环境安全问题, 找出解决措施, 并加以管理和控制.稳定同位素样品的采集与试验分析 通过对研究区域的实地调研、历年资料及文献的分析, 了解到研究区域内土地利用类型主要为居民生活用地、工业生产用地、农田种植用地等.本文于2015年12月至2017年12月期间主要针对生活污水与粪肥、土壤、大气降水、化学肥料、工业废水、动植物腐殖质进行硝酸盐氮氧同位素的测定, 进而分析归纳出浑河流域沈抚段的代表性污染源样品.
生活污水与粪肥取自研究区域周边小区市政排水管道及农村生活污水(n=4);土壤取自研究区域内农田(黑土为主)及河流周边土壤(n=3);化学肥料取自沈阳市面销售点销售的复合肥、尿素等化肥(n=3);大气降水取自课题研究期间沈阳市降雨及降雪样品(n=5);工业废水取自研究区域内不同类型工厂直排河流废水, 主要有养殖场、化工厂、电厂、钢厂等(n=11);动物腐殖质取自死亡刺猬腐烂液体(n=1), 植物腐殖质取自植物落叶腐烂液体(n=1).试验简述如下:稳定同位素水样品的试验测定方法与步骤同常规水样品, 而现场采集的土壤贮存于聚乙烯袋中, 带回实验室在55 ℃的烘箱中烘36 h, 干燥后将样品研磨成细小粉末, 装于聚乙烯袋中保存在-18 ℃的冷冻柜中, 用于氮、氧同位素值的预处理, 土壤中NO3--N同位素的测定基本过程是, 利用KCl提取土壤的NO3--N, NO3--N中同位素的测定过程与水体样品NO3--N的分析过程类似.
2.3 数据处理与统计
本文应用SIAR稳定同位素混合模型(Parnell et al., 2010; Parnell et al., 2013; Phillips et al., 2014)估计研究区域NO3--N可能来源的贡献比例及概率分布, 具体见式(1).该模型避免了氮、氧稳定同位素识别氮素来源时暂时性和空间性的不确定性及反硝化发生时同位素的分馏作用导致来源的不确定性等问题.同时该模型能有效的针对5种氮素的来源, 根据本文确定的5种典型污染物来源, 建立SIAR稳定同位素混合模型, 表达式(1)为:
式中:Xij为混合物i中同位素j的比值; 其中, i=1, 2, 3....10; j=1, 2;Pk为来源k的贡献比例; 其中k=1, 2, 3...5;Sjk为来源k中同位素j的比值; 其中k=1, 2, 3...5; μ为平均值，ω为标准偏差; Cjk为来源k的同位素的分馏值; λ为平均值, τ为标准偏差; εjk为残留误差，δ为标准偏差.