基于沉积物磷释放的WASP水质模型改进研究

沉积物释放是水体磷污染的重要来源之一.鉴于一般水质模型对沉积物释放项的模拟过于简单,无法充分体现实际河道污染物迁移转化等情况.本研究通过静态和动态相结合的室内沉积物释放模拟实验探讨不同水动力条件下磷释放规律,以此修正现有的水质模型,使沉积物在不同水动力条件下的释放项对河道水质的影响在模型中得到体现,并将其应用于太湖苕溪入湖口的水质模拟中.研究结果表明,在不同水动力条件下,沉积物释放速率与流速呈现指数增长关系.而采用动态底泥释放修正后的水质模拟效果要比采用模型默认值的水质模拟效果好,从而验证了改进模型的合理性,也表明水动力对沉积物释放的影响是水质模拟中不可忽略的因素.     

底泥磷的吸附与释放研究进展

富营养化是当今世界面临的一个严重的环境问题。在大多数情况下，磷是最主要的限制因子，沉积物(底泥)中的磷的循环在一定程度上决定着富营养化的进程，对水体磷含量有深刻的影响，即所谓的内源污染。本文结合国内外研究最新动态，对底泥磷形态、磷释放与水体水质的关系作了概述，重点对影响沉积物(底泥)磷的释放与吸附的因子作了分析，并对底泥磷释放的研究方向发表了一些见解。     

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.     

城市重污染河道上覆水氮营养盐浓度及DO水平对底质氮释放的影响

利用模拟试验方法, 研究和探讨了苏州市古城区重污染河道上覆水的氮营养盐浓度及DO水平对河道底泥内源氮释放的影响.结果表明:① 上覆水体的氮营养盐水平可对底泥中氮营养盐的释放程度(即释放速率和释放量)产生影响,氮营养盐含量低的上覆水体有利于底泥中氮特别是氨氮的释放(外城河与苗家河２种处理的累积释放量差值可达6 mg/kg),相反,则不利于氨氮的释放.故当氮营养盐含量较低的外城河水进入古城区河道时,有可能引起内城河道中底泥氨氮的大量释放,这种情况在调水过程中更为明显;②溶解氧是控制底泥氮释放规律的重要因素,其对氨氮和硝态氮释放的影响呈非线性,厌氧条件能加速底泥氨氮的释放,好氧则对其释放产生抑制,故保持河道水体中适当的溶解氧可有效抑制底泥中氨氮等释放造成的污染.     

反硝化聚磷一体化设备生产性实验研究

反硝化聚磷一体化设备主要特点是在利用含反硝化聚磷菌的活性污泥在缺氧状态过量聚磷，在完成磷去除的同时进行反硝化。通过实验得出缺氧释磷在前30min内大量释放，60min以后甚微；反硝化吸磷在最初10几分钟内速率极大；吸磷与反硝化紧密相关；聚磷菌在释、聚磷时利用一定量的有机物。     

硝酸钙抑制底泥磷释放的模拟研究

在实验室模拟了硝酸钙对底泥磷释放的影响、环境效应及作用机制。结果表明,硝酸钙可有效降低孔隙水和上覆水中溶解活性磷(SRP)的浓度,且对于红枫湖底泥来说,抑制磷释放的硝酸钙Ca(NO3)2·4H2O最佳用量为187.5g/m2。实验表明硝酸钙的使用是安全的,既可保证上覆水中氨氮浓度满足III类水的要求,也不会造成水体重金属的污染。硝酸钙抑制底泥磷释放作用机制如下:1)硝酸钙在底泥脱氮微生物的作用下发生反硝化作用,在硝态氮被消耗的同时,溶解有机碳亦被氧化降解;2)硝酸钙将底泥中的Fe2+氧化为Fe3+,促使铁氧化物及氢氧化物的形成,最终使孔隙水及上覆水中SRP的浓度大幅降低。因此,硝酸钙可有效抑制底泥内源磷的释放,是一种高效的底泥内源磷释放原位钝化剂,可为湖泊底泥磷污染提供有效的治理手段。     

扬州市城区水系补水优化调控技术研究——以二道河为例

以保障城市水体景现,控制城市水体黑臭、控制藻类繁殖为目标,以水体溶解氧为控制性指标,根据各条河道承受的溢流污水、雨水等外源污染和底泥污染释放内源污染,确定各条河道所需的补水量.对扬州市典型的内河(二道河)进行污染调查分析,利用多宾斯-坎普(Dobbins-Camp)BOD-DO水质模型,以COD代替BOD,计算保障河道水质达到V类水质(ρ(DO)≤2 mg/L,ρ(CODMn)≤15 mg/L)需要的补水量.结果表明,多宾斯-坎普水质模型可为扬州城区内河整治工程提供科学决策工具.     

双龙湖底泥磷释放强度影响因素试验研究

试验分析双龙湖典型污染层底泥总磷分布，研究不同环境因子（溶解氧、温度、pH、水动力）对底泥磷释放影响，计算出不同环境因子条件下磷释放强度，揭示双龙湖综合整治后主要内源污染——底泥不同环境条件下释磷规律，从而采取适宜措施保持双龙湖水质。     

城市河流内源释放与微生物群落构效关系

底泥作为河流营养物质的主要储集层,其主导的内源污染物释放对河流上覆水及其微生物多样性有重要影响。文章以绵阳市木龙河为研究对象,对河道上覆水与底泥中污染物质分布、原核生物与真核生物生物群落结构及其与内源污染释放构效关系进行了深入研究。实验结果发现木龙河上游到下游上覆水总氮(TN)、氨氮(NH3-N)及总磷(TP)浓度均呈现逐渐提高的趋势,对应的微生物多样性和丰富度却呈明显下降趋势,且主要优势物种为浮游藻类与真菌;在木龙河底泥中,总碳、总有机碳、TN、TP从上游到下游呈现递减的趋势,与上覆水成反相关,且主要优势微生物为浮游动物,与上覆水亦明显不同。研究结果表明,木龙河水质超标主要由底泥内源污染物释放导致,底泥中TN、总硫、NH3-N对底泥中微生物多样性影响显著;此外,以内源释放为特征的河流,由于内源释放污染物与外源污染物有一定差异,导致上覆水微生物多样性与外源污染条件下呈现不同。     

苏州古城区域河道碳氮磷类污染物的分布特征

苏州是水质型缺水城市,节水、减排、控源和截污等工程实施后,水质问题依然严峻.为了解苏州古城区域河道中碳氮磷类污染物的总量及分布特征,提出河道疏浚决策依据,于2019年春季在苏州古城区域采集了20个代表性断面的河道底泥和水体样品,测定了河道底泥的深度,分析了河道底泥和水体样品中碳氮磷类污染指标的含量,评价了河道底泥和水体的污染程度,并预测了换水、引水、降雨和疏浚情境下水质的变化.结果表明,苏州古城区域河道底泥深度在22~1025 mm之间（均值为266 mm）,底泥总质量约为5.2×10⁵ t.底泥中总有机碳、总氮、氨氮、总磷和有效磷平均含量分别为3.4%、2074 mg·kg^-1、140.2 mg·kg^-1、1765 mg·kg^-1和57.2 mg·kg^-1,属中度污染,总磷含量超标点超过90%,环城河污染程度最高,建议优先疏浚.水体中总有机碳、生化需氧量、化学需氧量、总氮、氨氮、凯氏氮、总磷和磷酸盐平均浓度分别为7.8、0.6、13.1、2.5、0.643、1.3、0.18和0.09 mg·L^-1,属重度污染,为劣V类地表水,总氮浓度严重超标.基于沿程碳氮磷类污染物总量的分布情况,苏州古城区域河道疏浚推荐顺序为环城河、古城北部河道、干将河和古城南部河道.降雨情景下,初期径流污染物浓度高,将导致河道水质急剧下降;换水和引水情境下水中总氮总量均减少0.2 t,完全疏浚后水中总氮总量分别进一步减少4.58 t和2.19 t.底泥磷以外源输入为主,可受纳部分水体中的磷,故疏浚后,水体中总磷总量可能增加.     

太湖流域漕桥河污染物来源特征

基于对太湖流域漕桥河小流域主要污染物来源构成和污染特征的分析,对污染物入河量进行了计算和修正. 结果表明:漕桥河的COD_Cr入河总量为1 639.9 t/a,主要来源于工业污染和城镇生活污染;氨氮入河总量为174.6 t/a,主要来源于农业面源和工业污染;总氮和总磷入河总量分别为491.0和34.7 t/a,主要来源于农业面源和城镇生活污染. 同时,针对河网地区水系错综复杂的特性,将客水污染纳入污染源范畴,核定客水量,为有效改善河流水环境质量提供了依据.      

河流水质模拟及污染源归因分析

针对大连市登沙河流域水环境质量问题,采用输出系数法估算流域内工业点源、农村生活、畜禽养殖、农业种植的氨氮和总磷入河污染负荷,基于QUAL2K水质模型模拟污染物的迁移转化规律,解析各污染源在不同时、空尺度下对河流中、下游水质考核断面的污染负荷贡献.结果表明：畜禽养殖是研究区氨氮污染的主要来源,分别占中游和下游断面氨氮总负荷的56.5%和43.2%;农业种植是总磷污染的主要来源,分别占中游和下游断面总磷总负荷的50.4%和59.1%.此外,由于天然降水及人类活动的季节性特征,各污染源的负荷贡献亦呈现年内变化.基于以上分析,进一步因地制宜地提出研究区水环境治理措施建议,研究可为我国农村地区中小河流水质改善及水环境管理提供示范参考和决策依据.     

黄河支流非点源污染物(N、P)排放量的估算

为了估算黄河支流域非点源污染物的排放量,为今后黄河流域的治理提供科学的依据,对黄河流域的6个子流域(渭河流域、泾河流域、洛河流域、无定河流域、窟野河流域、黄甫川流域)进行了水样、土样和泥沙样的采集分析;结合6个子流域的多年水文资料,利用已经被证明了的平均浓度法对黄河6个子流域的氮磷污染物进行了定量描述,估算出各个流域的氮磷排放量.结果表明,95%的全磷、大于53%的全氮来自于非点源污染,非点源污染是造成黄河污染的主要原因.各流域非点源污染的发生具有明显的地域分异特征.硝态氮主要来自于渭河,铵态氮主要来自于泾河,其次是渭河.从全氮看,绝大部分氮来自于渭河和泾河.全磷则主要来自于泾河,其次是渭河.泾河和渭河是6条河流中对黄河污染物排放量贡献最大的2条河流.     

基于改进遗传算法的河流水污染源反演方法

针对河流水污染应急响应过程中污染源排放历史迟知、未知的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,利用一维河流水质模型和水质监测数据,研究建立了基于改进遗传算法的河流水污染定量源反演方法,实现了对河流污染源排放历史的识别与重构.将该方法应用于美国特拉基河流的3个不同流量下的示踪剂实验中,对示踪剂排放历史进行定量源反演分析.结果表明：IGA算法对高、中、低不同流量下的3次示踪剂实验均可以很好的重构和识别示踪剂排放历史,对于实际河流水污染源反演分析的误差均在可接受范围内.IGA算法在河流水污染源反演分析中具有一定的可靠性和稳定性,可为河流水污染精准溯源与治理提供科学的技术支撑.     

土地利用对太湖入流河道营养盐的影响

土地利用类型是影响面源营养盐负荷的重要因素.为定量揭示不同土地类型对太湖流域入湖河流营养盐浓度的影响,本文以太湖西岸乌溪港流域为例,基于流域土地利用类型的遥感解译,结合河道水质监测数据,分析了流域土地利用对太湖入流河道营养盐浓度的影响.结果发现,河道水质与土地利用类型联系紧密：旱地农田和建筑用地占比对河道氮、磷、有机碳及浮游植物叶绿素a等营养盐相关水质指标影响巨大,果园用地占比也与河道营养盐浓度正相关,而林地占比则与营养盐浓度负相关;流域水域的利用情况及其面积占比也显著影响河道营养盐：河流及水库等的水体面积占比与河道溶解性总氮及硝态氮浓度负相关,自然坑塘及鱼塘等水域面积占比则与河道硝态氮和氨氮浓度负相关,而河流及鱼塘面积占比与河道溶解性总磷、溶解性有机碳和高锰酸盐指数等浓度呈正相关,自然坑塘面积占比与河道颗粒态磷和浮游植物叶绿素a浓度呈正相关.土地利用类型对河道水质的影响程度还受其距河远近的影响.上述结果表明在太湖等平原河网地区营养盐的面源污染控制中应当将土地与湿地的利用管控作为重点实施管理,将湿地水域的自净能力提升纳入流域营养盐控制方案,并特别重视下游河道两岸旱地及建筑用地的面源污染削减.     

外秦淮河底泥污染及疏浚效果

外秦淮河是南京市一条重要的城市景观行洪河道,多年来受工业及生活污水影响,内源污染严重.为充分了解外秦淮河底泥污染特征,为疏浚提供决策依据,对河道上、中和下游典型断面底泥界面微环境以及营养物含量进行调查,采用有机指数法和污染指数法对底泥污染状况进行评估,同时根据污染物垂向分布特征模拟清淤对底泥内源释放削减的影响.结果表明,上中下游底泥界面以上DO均值分别为4.62、 3.25和3.41mg·L^-1,且分别在4.4、 3.5和5.5 mm处消耗殆尽,是典型的城市河道污染特征体现.调查河段表层底泥的ω(TN)、ω(TP)和ω(OM)均值分别为1 734mg·kg^-1、 1 337 mg·kg^-1和4.82%,底泥TN和OM的有机污染指数均值为0.48,处于尚清洁水平,TP的单项污染指数均值为3.18,处于重度污染水平.模拟30 cm清淤深度结果表明,底泥SRP和Fe²⁺的释放速率较清淤前分别削减42%～82%和88%～96%,而NH⁺₄-N的释放速率却较清淤前有...     

京杭大运河苏州高新区段水质污染状况研究

以2005—2010年京杭大运河苏州高新区段水质监测数据为基础,运用内梅罗综合污染指数法以及采取方差分析对京杭大运河苏州高新区段水质的主要污染因子及其变化趋势进行了研究,并对京杭大运河水质污染状况进行了综合评价。结果表明:京杭大运河苏州高新区段主要污染物为氨氮、总磷;氨氮浓度在2006—2010年间虽有明显下降,但仍超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)IV类水质要求,为劣V类水,总磷亦有明显下降,但在2008—2010年3年间其浓度略有波动,在IV类和V类水质之间浮动;2005—2008年间其水质处于污染状态,2009—2010年水质较好,为轻污染。该研究结果可为苏州高新区河流水环境治理提供科学依据。     

太湖河道水深对底泥营养物质再释放过程的影响

河道中的底泥作为二次污染源,是影响河道水环境重要因素.太湖河口及调水区河流底泥氮磷的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.本文用直水槽模拟河道的水动力条件改变,通过实验研究总磷、总氮在不同水深条件下水体中的浓度变化情况,探究底泥中营养物质在不同水深条件下的释放规律.本文从水流底部切应力和底部压强的角度,分析研究上覆水中总磷、总氮的平均释放速率.结果显示上覆水中的总磷随着底部切应力的增大,平均释放速率增大,随着底部压强的增大,平均释放速率减小,即与水深的变化成负相关;总氮则随着底部压强的增大,平均释放速率增大,即与水深的变化成正相关.     

基于LAM模型的多干扰特征河流磷污染源解析

针对高强度复杂人类干扰河流磷来源难以定量解析的问题,构建基于流量与污染物浓度关系模式的污染源解析模型,定量分析多干扰类型河流磷的点源和非点源负荷与时间贡献。以滇池流域的源头河流、水库干扰河流、水库-调水复合干扰河流等为例,采用LAM源解析模型建立了河流磷浓度与流量的响应关系,分析了主要河流磷的源贡献结构与时空分布特征。结果表明:2018年非点源是滇池主要入湖河流磷的主要贡献源,非点源负荷占比为53%~100%,汛期与全年差异较小;从污染源主导时间看,点源是宝象河和盘龙江大花桥-德胜桥段时间占比最高的污染源,表明低流量期间点源控制对改善水质仍然具有十分重要的意义。研究结果可为我国多种人为干扰类型河流的磷污染源解析提供方法借鉴与指导。     

原位生态修复技术在城市河道中的应用

以昆山市凌家浜河道作为原位生态修复的试验对象,综合运用水生植物修复技术、生物膜技术等,改善水质。结合水生动物,平衡水体内浮游生物种类结构和数量,促进降解和转移水体中有机物质,达到河道生态系统原位修复的目的。研究表明:在有部分外源污染的情况下,采用该技术修复河道,水质改善显著,水体透明度、COD、TP、TN、NHN、叶绿素a等主要水质指标达到或优于地表水质标准。