水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

超声波辐射能够破坏蓝藻气囊,在水处理工艺中达到强化蓝藻混凝沉淀的效果.然而不适当的超声处理会进一步破坏蓝藻细胞,导致胞内毒素大量释放,加重水质污染负荷.本研究为获得水质安全的超声波强化混凝沉淀蓝藻水处理方法,采用频率40~120 k Hz的超声波辐射蓝藻水,考察处理后蓝藻混凝沉淀去除效果及藻毒素释放情况.结果表明,频率68~120 k Hz、能量密度59.1~186.4 W·L-1的静态超声波作用10~15 s后进行混凝沉淀,藻类去除率达98%以上,且频率越高效果越好;然而各频率静态超声波作用5 s以上均会导致藻细胞内藻毒素释放.采用内衬吸声棉及动态超声方式,频率120 k Hz、能量密度38.5~196.6 W·L-1超声波作用7.5~30 s后,可避免胞内藻毒素释放,且能去除水中溶解性藻毒素18.7%~30.7%,混凝沉淀后藻类去除率97.0%以上,其它有机物也降低.     

超声波法对微囊藻的去除和抑制作用研究

超声波法可以通过破坏细胞壁达到直接除藻和抑制活体细胞生长的2种作用处理废水中微囊藻。以铜绿微囊藻的3种不同藻株为实验对象,对超声法直接去除微囊藻和超声法抑制微囊藻生长的影响因素分别进行单因素平行实验。采用叶绿素a含量作为活体藻细胞指标,分别对超声法除藻、抑藻的最佳条件进行了分析。结果显示,超声法对铜绿微囊藻不同藻株的去除效果基本一致,选用对数增长期的微囊藻在超声功率为1 200 W、超声时间为7 min时,叶绿素a去除率为82%,对微囊藻的直接去除效果最好。改变超声模式,采用多频次间歇超声模式(超声总能量相同):超声功率为1 200 W、隔1天超声2 min,共超声4次,培养14 d后与对照组相比,最终叶绿素a含量下降了95%,有更佳的微囊藻抑制效果。     

营养盐恢复对氮磷饥饿铜绿微囊藻生长的影响

在自然水体中微囊藻经常经历营养盐的限制和再补充,营养盐浓度的波动影响着微囊藻的生长和暴发.本文利用14C标记和荧光定量PCR研究了营养盐恢复对氮磷饥饿的铜绿微囊藻细胞生理和光合作用相关基因表达的影响.结果表明经过氮磷饥饿的铜绿微囊藻在补充营养盐后,都能快速生长,氮饥饿的藻细胞生长更快,但其经过快速增长期后很快开始衰亡.补充营养盐后,经过磷饥饿的藻细胞固碳能力和光合作用相关基因表达很快恢复至未经饥饿藻细胞的水平,而经过氮饥饿的藻细胞其固碳能力和相关基因虽然有很大提升,却难以恢复至未经饥饿的藻细胞的水平.这可能也是氮饥饿的藻细胞在饥饿解除后虽然能暂时地快速生长,但很快又进入衰亡的原因之一.     

反硝化细菌、硝酸钙和锆改性沸石联用对底泥中氮磷迁移转化的影响及硝态氮释放风险评估

本文考察了基于反硝化细菌、硝酸钙和锆改性沸石的组合技术（CN+DB+ZZ）对底泥中氮磷迁移转化的影响,并探讨了该技术的硝态氮释放风险.结果发现,单一的硝酸钙处理（CN）虽然可以有效地抑制底泥中磷的释放,但是会造成上覆水体的氨氮和硝态氮污染.硝酸钙和反硝化细菌联合处理（CN+DB）尽管可以有效地抑制底泥中磷的释放,并降低上覆水体的硝态氮二次污染风险,可是却无法有效地控制底泥中氨氮的释放.硝酸钙和锆改性沸石联合处理（CN+ZZ）虽然可以有效地抑制底泥中磷和氨氮向上覆水体的释放,但却会造成上覆水体硝态氮的二次污染.CN+DB+ZZ组合处理技术不仅可以有效地控制底泥中磷的释放,而且可有效降低底泥中氨氮的释放速率,并且与CN和CN+ZZ技术相比还可降低上覆水的硝态氮二次污染风险.CN+DB+ZZ组合技术对底泥中磷与铁同步释放的抑制、对底泥中氧化还原敏感态磷的削减、以及对底泥吸附磷酸盐和氨氮能力的增强,对于其控制底泥中磷和氨氮的释放是至关重要的.以上结果说明,CN+DB+ZZ组合技术是一种非常有希望的用于控制水体底泥中磷和氨氮释放的方法.     

电活化过硫酸盐去除铜绿微囊藻的效果及机理研究

为了开发微藻及藻类有机物的高效去除技术,采用电活化过硫酸盐(EC/PS)体系处理含铜绿微囊藻的水样. 通过藻细胞密度和叶绿素a含量测定以及扫描电镜观察,研究了EC/PS体系的除藻特性及影响因素;采用荧光区域积分法定量分析了除藻过程中胞内有机物(IOM)和胞外有机物(EOM)的变化特征;利用电子顺磁共振波谱仪测定了EC/PS体系中的自由基类别,并分析了EC/PS体系的除藻机理. 结果表明:①在初始藻细胞密度为1.24×107~1.30×107 cells/mL,电压为7 V,初始pH为6,初始PS浓度为4 mmol/L的条件下,当EC/PS体系处理60 min时,藻细胞和叶绿素a的去除率分别达90.80%和98.41%,明显优于单独EC体系和单独PS体系;当EC/PS体系处理10 min时,IOM的总荧光响应值降低了77.39%. 在处理过程中,以腐殖酸类物质为主的胞内有机物会大量释放. ②EC/PS体系中电化学作用对除藻的平均贡献率为54.63%;同时,除藻过程可产生大量的SO₄?·和·OH,且其随处理时间的增加而增加. 研究显示,EC/PS体系能有效去除铜绿微囊藻及藻类有机物,反应体系中的SO₄?·和·OH发挥了重要作用.      

香溪河库湾底泥营养盐释放规律初探

受水库调度带来的扰动影响,河道型水库支流库湾河口底泥营养盐释放为水体富营养化和水华暴发增加了风险。文章通过在香溪河库湾河口采集底泥和水样,室内模拟扰动条件下,藻类外吸收源、扰动及底泥-水界面浓度梯度对底泥营养盐释放的影响。结果表明:扰动及外吸收源并存时,底泥氮磷释放量增大;扰动作用对磷释放影响较底泥-水界面浓度梯度弱,但对氮释放影响较底泥-水界面浓度梯度影响大;底泥释磷量随底泥-水界面浓度梯度升高而增大,释氮量则受其影响较小。三峡水库泄水和水华暴发、藻类大量繁殖将促进香溪河库湾底泥营养盐释放。     

北京奥林匹克公园龙形水系底泥氮磷释放实验研究

以北京奥林匹克公园龙形水系底泥为研究对象,分析了典型水域底泥的理化特征,研究在不同水动力和温度条件下底泥中氮磷的释放过程。结果表明:1)龙形水系底泥理化性质对上覆水水质影响较大;2)随着水动力条件的增加总氮的释放强度增加,总磷在低流速下释放强度最大,中高流速下的释放强度均小于低流速下的释放强度,水动力条件越强氨氮释放强度越小;3)温度对底泥氮释放影响较大,较高温度能明显减小底泥总氮的释放强度,但是高温有助于提高氨氮的释放强度,而温度对底泥总磷释放的影响较小。     

超声波技术去除藻毒素的效果

研究了超声波技术在不同条件下对藻毒素(MCs)降解的效果。结果表明,当浓度为12.43μg/L的藻毒素溶液在1 200 W超声作用5 min时,藻毒素去除率可达81%;1 200 W超声作用15 min时,藻毒素去除率达99%,几乎全部去除。不论是采用单纯超声法或超声-混凝法处理含微囊藻废水,都不会引起水体中藻毒素的上升。用超声法处理含微囊藻废水,同时具有直接破壁灭藻、抑制未灭藻的生长活性和降解藻毒素3种功效。     

淀山湖水质富营养化和微囊藻毒素污染水平

研究淀山湖不同季节水体中总磷(TP)、总氮(TN)、pH、水温、透明度(SD)、叶绿素a(Chl-a)含量和优势藻种等富营养化相关指标;在培养条件下,研究不同温度、光照、氮磷浓度对铜绿微囊藻的生长及微囊藻毒素LR(MC-LR)产生的影响;研究藻细胞密度和微囊藻毒素LR浓度的相关关系.结果表明:淀山湖水质已呈富营养化状态,春末和夏季水质和水文条件适合藻类生长.湖水TN和TP年平均值分别达1.93mg/L和0.18mg/L,TN和TP的年超标率达93.5%和92.2%.TP的高峰期比施肥的高峰期延迟出现约一个月,说明沿湖农业对富营养化指标的影响较大.淀山湖常年生长的藻类分别是蓝绿藻、硅藻、隐藻和裸藻等,夏季水华中可见污染指示藻如微囊藻、鱼腥藻和针杆藻等产毒藻.培养条件下,铜绿微囊藻在25℃和3000lx时生长最快,但产毒量却分别在20℃和5000lx时达到最大值;合适其生长和产毒的氮、磷浓度分别为650μmol/L和6.5μmol/L.现场和实验室条件下,均发现磷为藻类生长的限制因子,微囊藻毒素-LR浓度与藻细胞密度或铜绿微囊藻细胞密度之间存在正相关关系,提示可以用藻细胞密度来估算水中毒素的浓度.     

低强度超声波强化改性海泡石去除微囊藻的试验研究

采用天然无毒的壳聚糖改性海泡石作为絮凝剂去除微囊藻,考察不同投加量的壳聚糖改性海泡石的絮凝除藻效果,并通过低强度超声波(功率为40W、作用时间为10s)强化絮凝除藻试验,研究低强度超声波对微囊藻沉降性能以及微囊藻生长和藻细胞形态结构的影响。结果表明:采用壳聚糖改性海泡石去除微囊藻的最佳投加量为20mg/L;低强度超声波处理10s时对改性海泡石去除微囊藻的强化效果最佳,微囊藻液浊度和藻细胞的去除率分别提高了34.95%和32.58%;低强度超声波对微囊藻的生长和细胞形态结构无显著影响,但可显著提高微囊藻细胞的沉降性能,从而有利于藻细胞进行絮凝沉淀去除。本研究可降低除藻药剂投加量,有助于开发一套更环保、经济和高效的除藻方法。     

太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响

在太湖草型区、藻型区及河口区采集原状泥柱进行加藻培养实验,监测培养过程中溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)、磷酸根(PO43--P)等相关指标的变化.结果表明,蔽光培养导致加藻体系中蓝藻大量死亡,形成水体极度缺氧环境(DO接近0),沉积物氮、磷释放量改变,上覆水NH4+-N、PO43--P...     

绿潮硬毛藻衰亡分解过程中营养盐的释放规律

通过室内模拟,研究了不同环境条件下绿潮硬毛藻的分解速率,以及死亡藻体内营养盐的释放规律,以阐明硬毛藻大量衰亡对天鹅湖水质的潜在影响。结果显示,温度对硬毛藻分解速率的影响显著（P < 0.01）,高温（30℃）可促进藻体的分解,而沉积物和营养盐水平对分解的影响相对较小。在试验前期（0～7 d）,硬毛藻的分解速率较大,藻体中的P向水体大量释放;而N的释放量较低,并呈持续释放的趋势。P释放率最高可达91.63%,而N仅为73.01%。温度、沉积物对藻体N、P释放的影响显著（P < 0.01）,各因子对藻体P释放的影响效应表现为:温度>沉积物>营养盐水平;N释放为:沉积物>温度>营养盐水平。高温条件下,死亡藻体的N、P释放率均较高。因此,在温度较高的夏末秋初,应及时清理湖区中的死亡藻体,以免导致水质恶化,造成二次污染。     

微生物和藻类分解对荣成天鹅湖沉积物氮磷释放的影响

以荣成天鹅湖的沉积物和硬毛藻为试材,模拟研究了不同微生物活性和藻类条件下上覆水体氮磷的含量变化,探讨了藻类分解和微生物活性对沉积物营养盐释放的影响。在无藻条件下,不同处理水体的总氮和总磷含量随时间的波动较大,分别变化在0.42~11.71 mg/L和0.02~0.32 mg/L之间;中后期各微生物处理氮磷含量的顺序为氯化汞>葡萄糖、对照>甲醛。藻类分解条件下,水体的总氮和总磷含量远高于无藻条件,含量变幅分别为5.43~34.76 mg/L和0.28~1.80 mg/L;初期水体氮磷含量较高,之后随时间呈下降趋势。试验前期,有藻各处理总氮表现为氯化汞>葡萄糖>对照>甲醛,总磷为氯化汞>葡萄糖、甲醛>对照;后期各处理间差异减小。相同微生物活性下,有藻处理水体的氮磷含量均明显高于无藻条件。试验结束时,无藻组各处理沉积物的微生物活性均较低;而有藻条件下相对较高,各处理顺序为对照>葡萄糖、氯化汞>>甲醛。绿潮藻类分解条件下,微生物对天鹅湖沉积物的氮磷释放有着明显影响;微生物活性越强,沉积物氮磷的释放量越大。     

蓝藻暴发对巢湖表层沉积物氮磷及形态分布的影响

以巢湖表层沉积物及上覆水体为对象,于蓝藻暴发前(4月)和蓝藻暴发期(7月)采集水样及沉积物样品,分析了氮磷及其形态赋存特征,并探讨了沉积物氮磷及其形态与蓝藻暴发的关系.结果发现,蓝藻暴发时,巢湖表层沉积物总磷减少,总氮增加,同时削弱了磷在空间上分布的异质性.从氮磷形态来看,蓝藻暴发未造成巢湖表层沉积物氮形态(NH4+-N、NO3--N和Org-N)含量和比例的明显波动,但却造成了活性磷(弱吸附态磷和铁铝结合态磷之和)含量及比例的下降,钙结合态磷(Ca-P)以及有机磷(OP)含量及比例增加,生物有效性磷(AAP)的含量的减小.相关性分析表明,上覆水中叶绿素a(Chl-a)的浓度与铁铝结合态磷(Fe/Al-P)以及有机磷(OP)的含量显著相关(P<0.05),却与氮形态(铵态氮,硝态氮和有机氮)相关性不显著.巢湖沉积物磷(Fe/Al-P及AAP)对巢湖水体蓝藻暴发具有促进作用,而氮及其形态对蓝藻暴发作用较弱.     

太湖藻对水-沉积物界面磷交换过程的影响

采用太湖梅梁湾沉积物和上覆水,以及从太湖水体中分离出的水华优势蓝藻(铜绿微囊藻)和常见绿藻(月芽藻), 室内模拟研究了这2种藻对太湖梅梁湾沉积物磷交换过程的影响. 结果表明:藻种的不同显著影响磷在水-沉积物界面的交换过程. 在沉积物和上覆水灭活条件下,铜绿微囊藻能够显著增加沉积物磷的释放量,引起上覆水中可溶性磷酸盐的增加;而月芽藻的存在没有引起沉积物中磷的明显释放,上覆水中可溶性磷酸盐一直保持在很低水平. 在低磷浓度的水体中,藻类会被诱导产生碱性磷酸酶,分解大分子可溶性有机磷,以满足自身生长的需要. 沉积物中各形态磷存在明显的转化作用,其中铁磷和碱提有机磷含量明显下降,而钙磷和酸提有机磷含量则大幅增加.      

光照与通气方式对蓝、绿藻竞争生长和磷的水-沉积物界面过程的影响

室内模拟研究了太湖普遍存在的浮游藻类蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)在不同光照和通气条件下的生长过程,以及该过程对水体理化性质以及水-沉积物界面磷交换过程的影响.研究结果表明,实验条件下(光照:2500lx;温度:27℃),蓝藻(铜绿微囊藻)具有绝对的竞争优势,成为水体中优势藻类.铜绿微囊藻在通空气和通氮气条件下均可以生长繁殖,在通氮气条件下需要较长时间的适应期,但达到的最大生物量远高于通空气条件.实验过程中,上覆水可溶性无机磷(DIP)浓度的变化为:无光环境＞有光环境,通氮气环境＞通空气环境,这种变化与有无藻类生长过程密切有关.有光条件下,藻类生长对磷的需求刺激了沉积物中生物可利用磷(AAP)的释放,同时也刺激了沉积物各种不同形态磷之间的相互转化.通氮气条件下,沉积物中磷的释放以Fe-P为主,Ca-P含量有所提高;通空气条件,Fe-P含量变化不大,Ca-P在有光组略有下降,但无光组变化不大;各试验组中有机磷和残渣磷的变化量基本相同;各试验组TP含量的变化不大.     

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

绿潮硬毛藻分解对天鹅湖水体氮磷水平的影响

为了解绿潮硬毛藻衰亡分解对上覆水体营养水平的影响,以荣成天鹅湖不同湖区的沉积物和暴发的硬毛藻为试材,通过室内模拟研究了藻类分解过程中水体氮磷水平及理化性质的变化,并评价了不同湖区沉积物中氮磷的释放潜力.结果表明:硬毛藻衰亡分解使上覆水体中ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)均明显上升,并且前期(0~16 d)上升较快,ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)最高分别可达12.40和7.98 mg/L;水体中ρ(TP)和ρ(SRP)表现为前期变化不大,19 d后大幅增加,含量变幅分别为0.02~1.14和0.01~0.40 mg/L.在试验中后期(约16 d后),不同湖区沉积物处理的水体中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(TP)、ρ(SRP)均表现为有沉积物含藻处理>无沉积物含藻处理>有沉积物无藻处理.在藻分解的条件下,不同湖区沉积物的氮磷释放能力存在很大差异,氮释放量的顺序为湖中心>西北部>南部,而磷表现为西北部>湖中心>南部.在硬毛藻绿潮的衰亡阶段,由于初期藻体营养盐的直接释放和后期促进沉积物内源释放的间接影响,水体中ρ(TN)和ρ(TP)均明显增加,进而加重了天鹅湖水体的富营养化水平.      

微污染水体夜间曝气控藻效果研究

设计和开发了一种适用于小城镇的曝气控藻设备,通过底泥围隔实验,研究了夜间曝气对微污染水体的治理效果。结果表明:曝气可以有效抑制氮素循环中反硝化作用和底泥向上覆水中释放磷元素,对氮、磷营养元素的抑制率高达80%;曝气对叶绿素a浓度影响极其显著(p<0.01);曝气能有效抑制藻类增长,并防止围隔内的藻类优势种转变为容易引发"水华"的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)。