非常规水源补给城市河流富营养化时空变化规律及风险研究

选择典型非常规水源补给城市河流(凉水河)为研究对象,阐述了凉水河典型河段水体中营养元素(氮、磷)的时空分布特征,并评价其富营养化状态.为期1年的监测结果表明:研究河段水体中TN、TP平均质量浓度分别为25.70 mg·L-1和1.78 mg·L-1,分别为地表水Ⅴ类标准的12.9倍和8.9倍.在时间尺度上,凉水河研究河段水体中TN、NH+4-N质量浓度冬季较高,夏季反而较低;水体中TP和SRP质量浓度全年基本一致.在空间尺度上,水体中TN和NH+4-N质量浓度变化趋势随土地利用类型变化趋于一致,均在城镇区域沿河流方向逐渐上升,至农村区域平缓波动;水体中TP和SRP质量浓度均沿河流方向呈逐渐上升趋势.通过计算对数型幂函数普适指数,发现凉水河研究河段无论是在时间尺度还是空间尺度均处于"极富"营养状态(EI=93.49),富营养化现象已十分严峻.     

北运河下游典型河网区水体中氮磷分布与富营养化评价

选择北运河下游典型河网区(闸坝多、水流慢和湖库化)为研究对象,通过为期1 a的水质监控,阐述了河网区氮、磷的时空变化特征,并利用对数型幂函数普适指数公式对其水体营养状态进行了评价.结果表明,河网区水体中TN平均质量浓度为12.50 mg.L-1(NH4+-N占67.41%),TP为1.45 mg.L-1(SRP占80.81%).河网区水体中氮、磷的时空分布特征明显,TN和NO 3--N质量浓度随季节变化特征趋于一致,NH 4+-N稍有不同;TP和SRP质量浓度随季节变化特征基本一致.从河网区进水带至出水带,水体中氮、磷质量浓度均呈逐渐下降趋势,其中TN、NH4+-N和NO3--N平均质量浓度分别从19.30、13.22和2.19mg.L-1降至7.98、4.45和1.50 mg.L-1;TP和SRP分别从1.95和1.59 mg.L-1降至1.11和0.91 mg.L-1.富营养化评价综合指数表明,河网区水体在时空尺度上均处于"极富"营养状态.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

岸边带湿地对富营养化河流的净化作用研究

对北运河上游污染严重流域实地调查发现,水中TN、TP和NH4+-N的最大超标倍数分别为12、10和7,以NH4+-N污染为主要特征.对北运河流域沙河水库附近一处典型岸边带湿地进行深入研究发现,天然河流岸边带湿地系统对河水中NH4+-N、TN和TP浓度有明显的削减作用,分别由河水中的27.0、29.0、1.82mg·L-1降至湿地中的2.50、6.54、0.12mg·L-1.由于微生物驱动的硝化-反硝化脱氮作用以及岸边带植物对营养元素的吸收作用,植被型岸边带沉积物中NH4+-N、TN和OM含量(分别为23.0mg·kg-1,0.66g·kg-1和9.13g·kg-1)分别为裸露型岸边带沉积物的0.20,0.48,0.67倍.植被型岸边带沉积物各层C/N比(平均为8.68)是裸露型岸边带沉积物各层C/N比(5.53)的1.6倍,为反硝化作用的发生提供了相对充足的碳源.与裸露型岸边带相比,植被型岸边带更利于营养元素的去除.作为工程实例,模拟天然河流岸边带湿地的罗马湖旁路/离线人工湿地系统对水体营养元素有显著的去除作用.     

海河流域河流富营养化程度总体评估

以海河流域2009年地表水水质现状数据为基础,分别运用河流水体富营养化潜势和浮游植物表征河流富营养化水平.结果显示,流域河流水体中富营养盐含量相对较高,河流水体中TN、NH3-N平均含量分别为8.13、4.34 mg·L-1,分别超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类限值(2 mg·L-1)4倍、2倍以上.北三河水系(北运河、潮白河、蓟运河)、子牙河水系和海河干流中TN浓度超过9 mg·L-1;海河流域河流水体中TP平均含量为0.87 mg·L-1,超过地表水Ⅴ类限值(0.4 mg·L-1)2倍以上.北三河水系、子牙河水系和黑龙港运东水系水中TP平均含量均超过1.0 mg·L-1.主要河流3%处于中或贫营养,44%处于极富营养化水平,主要分布在北三河水系、子牙河水系和漳卫河水系,表明流域河流总体呈现富营养化状态,平原段河流富营养化严重.河流治理要兼顾耗氧污染控制和营养盐控制,以改善河流水质.     

江淮农村生态型排水系统构建及截污作用研究

以安徽省巢湖北岸牌坊陈村为例,构建了一种由沟渠、水塘和湿地组合而成的生态型排水系统,并研究了该系统对农村降雨径流污染的截控作用.构建的牌坊陈村生态型排水系统实现了污水排放、收集和处理一体化,系统通过各组成单元物理、化学和生物综合作用,对降雨径流中污染物具有较高的截留率,减少了营养盐对周围水体输出负荷.3场降雨监测结果表明,系统对TSS、COD、TP和TN的平均截留率分别为78.2%、57.8%、55.5%和64.2%,系统出水中TSS、COD、TP和NH4+-N平均质量浓度分别为23.5、66.3、0.49和3.03 mg·L-1,达到《污水综合排放标准》一级标准要求.水塘作为系统主要截流、纳污以及蓄水单元,其日常水质指标TSS、COD、TP和TN平均质量浓度分别为28.0、31.2、0.47和4.65 mg·L-1,基本符合《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准要求.     

杭州市余杭区典型农村暴雨径流污染特征

为探讨南方经济发达地区农村暴雨径流污染特征,选择杭州市余杭区的漕桥与蒲家头两个典型建制村,采集了屋顶、场院、农田和污水汇集口这4种下垫面的3次降雨过程中的径流水样,重点分析了氮、磷和重金属元素(Mn、Cu、Zn、Ni、Cr、Cd、As、Pb)浓度,对比了不同下垫面3次暴雨径流中污染物的浓度差异和年污染负荷.结果表明,在漕桥暴雨径流中,TSS、COD、NH+4-N、TP和TN的平均浓度分别为16.19、21.01、0.74、1.39和2.39 mg·L-1;在蒲家头暴雨径流汇中,TSS、COD、NH+4-N、TP和TN的平均浓度分别为3.10、15.69、0.90、0.78和3.58 mg·L-1;暴雨径流中各重金属浓度均低于国家地表水Ⅱ类标准.与地表水标准比较,漕桥和蒲家头TP的EMC分别超出地表水Ⅴ类标准1.9倍、3.5倍,TN分别超标1.8倍、1.2倍.另外,农田下垫面中的TSS和COD年污染负荷最高.     

海河流域河流氮污染特征及其演变趋势

收集海河流域重点水功能区主要监测站点2000—2011年总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、硝氮(NO-3-N)、亚硝氮(NO-2-N)指标的历史数据,并且实测2009年350个样点的氮素指标,以探明海河流域河流氮污染特征及其演变趋势.结果表明,海河流域氮污染现状严重,2011年TN、NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N的平均浓度分别为7.92、4.25、1.28、0.013 mg·L-1,TN、NH+4-N超地表水V类水质标准现象严重(2.0 mg·L-1),其中海河干流水系、北三河(北运河、潮白河、蓟运河)水系和子牙河水系污染较重.在空间尺度上,海河流域氮污染沿山区-平原方向呈现出明显逐渐上升的变化特征.在时间尺度上,TN与NH+4-N浓度变化均在2005年与2011年出现峰值,TN浓度与NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N浓度呈现极显著正相关(p0.01),NH+4-N是海河流域氮污染的主要污染因子.2000—2011年,NH+4-N劣V类(2.0 mg·L-1)站点比例整体上表现为减少趋势,由2000年的28.87%降为2011年的17.56%,劣V类站点NH+4-N浓度均值由2000年的7.91 mg·L-1降为2011年的6.50mg·L-1.在海河流域中,黑龙港运东水系、子牙河水系河流NH+4-N污染较重,各年平均浓度均超过地表水V类水质标准,NH+4-N平均浓度呈现随年份逐渐降低的趋势.在海河流域氮污染整体表现为好转的趋势下,氮污染的现状仍然严峻,需加强控制.     

东江干流水体氮的时空变化特征及来源分析

为了防治东江氮污染并进行针对性水体治理,于2013年7月(丰水期)和2014年1月(枯水期)全面调查了东江干流水体氮的时空变化特征,并利用附生藻的稳定性氮同位素示踪技术对东江水体氮进行了溯源研究.结果表明,TN、NO-3-N、NH+4-N在丰水期的平均浓度分别为2.70、1.63、0.21 mg·L-1,高于枯水期(TN,2.04 mg·L-1;NO-3-N,1.49 mg·L-1;NH+4-N,0.31 mg·L-1);东江水体氮含量较高,且主要以NO-3-N形态存在.各形态氮浓度自上游至下游的变化趋势表现为,TN和NO-3-N先递减再升高,NH+4-N则逐渐递增.稳定性氮同位素示踪表明,面源输入的人畜粪便、养殖废水及农业化肥等是上游区域氮的主要来源,贡献率约占91%;而在下游区域,城市污水的贡献率逐渐增大,并成为氮的主要来源,贡献率达到54%.     

子牙河水系河流氮素组成及空间分布特征

选取海河流域子牙河水系典型污染河流为研究对象,对河流水体与沉积物中氮素组成及空间污染特征进行了研究.结果表明,子牙河水系各河流为高NH+4-N污染,TN浓度均值为31.28 mg·L-1,超过国家地表水Ⅴ类标准15倍,NH+4-N浓度最高,占TN的质量分数为79%,总有机氮(TON)次之;表层沉积物中含氮物质主要以有机氮形式存在,平均含量为3.290g·kg-1,约为NH+4-N的4.5倍;子牙河水系水体中NH+4-N与TON、NH+4-N与t存在显著正相关(P<0.01),表层沉积物中NH+4-N、有机氮(SON)与TOC之间存在显著正相关(P<0.01);子牙河水系河流表层沉积物普遍处于有机污染状态,根据有机污染评价结果显示有机氮污染造成的影响要略高于有机碳,北澧河沉积物污染最为严重.     

合流制排水管道雨季出流污染负荷研究

针对北京城区合流制排水管道雨季溢流及雨后河道水质恶化等问题,研究了3场降雨期间合流制排水系统不同来源的污染物特性及污染贡献.通过对2012年雨季几场降雨的降雨量数据监测与统计发现,护城河沿岸合流制排水系统累积雨量约10 mm时发生溢流.特大暴雨情况下,溢流水质的污染物平均浓度高于排水系统旱流污水的污染物浓度,溢流水质差,污染物浓度范围为:TN 5.11 ～ 16.36 mg·L-1,TP 4.34 ～10.52 mg·L-1,氨氮1.88～12.73 mg·L-1,COD 134～250 mg·L-1,SS 120 ～155 mg·L-1.管道沉积物在降雨期间对出流水质的污染贡献率分别为:TN 20.9％ ～44.6％,TP 35.76％～47.3％,COD 46.2％ ～48.8％,SS 35.7％ ～79.7％.控制合流制排水管道沉积物的沉积和冲刷对排水系统的正常运行及削减雨季出流污染负荷具有重要意义.     

污泥厌氧产酸发酵液作碳源强化污水脱氮除磷中试研究

为研究城市污泥厌氧产酸发酵液作为补充碳源强化生活污水脱氮除磷系统的效果和可行性,建造了一个总有效体积为4 660 L的A2/O中试反应系统,以实际城市污水为研究对象,考察了添加污泥产酸发酵液后的污水脱氮除磷效果并和单纯添加乙酸作碳源的效果进行了比较.结果表明,在进水COD为243.7 mg·L-1、NH+4-N为30.9 mg·L-1、TN为42.9 mg·L-1、TP为2.8 mg·L-1、硝化液回流比为200%和污泥回流比为100%的条件下,向缺氧池中投加乙酸能增强系统脱氮除磷效果,反应器的最佳进水流量和投加碳源SCOD增量分别为7 500 L·d-1和50 mg·L-1.污泥发酵液代替乙酸作为外加碳源时的平均出水COD、NH+4-N、TN和TP去除率分别为81.60%、88.91%、64.86%和87.61%,相对应的出水浓度分别为42.18、2.77、11.92和0.19 mg·L-1,满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002所规定的一级A标准.结果表明,投加污泥产酸发酵液作为脱氮除磷碳源可达到和乙酸同样的效果,具有实际可行性,这为城市污泥处理处置实现资源化提供了一条新的可行途径.     

北京市新建城区不透水地表径流N、P输出形态特征研究

2010年通过对北京市新建城区典型不透水地表径流水样的采集与分析,研究新建城区地表径流水质特征及其N、P输出形态组成,以期为城市地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,北京市新建区典型不透水地表屋面和道路地表径流污染初期冲刷效应显著,屋面径流污染负荷的输出主要集中在初期10 mm径流,而道路径流污染负荷的输出主要集中在初期15 mm径流.屋面地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为50.2、81.7、6.07、2.94、1.05和0.11 mg·L-1;道路地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为539.0、276.4、7.00、1.71、1.51和0.61 mg·L-1.屋面径流颗粒态COD、TN和TP分别占20.8%、12.3%和49.7%,道路径流颗粒态COD、TN和TP分别占68.6%、20.0%和73.6%.屋面径流溶解性氮素占总氮87.7%,其中NH4+-N和NO3--N分别占57.6%和22.5%,道路径流溶解性氮素占总氮的80.0%,其中NH4+-N和NO3--N分别占42.1%和35.0%.城市地表径流污染控制应加强NH4+-N和NO3--N的去除.     

3种基质材料对高浓度养殖废水处理效果及降解过程

养殖场直排废水负荷高,易造成湿地植物无法生长、处理效率低等问题.为使养殖废水通过前端生态治理技术,出水达到湿地植物耐受范围,探索高效利用作物秸秆,降低污染负荷的可行性,开展野外控制实验,对比分析了三大粮食作物秸秆——麦秸、稻草和玉米秆对猪场废水N、P的吸附去除效率.三级基质池各填充12. 5 kg干秸秆,设定连续式进水,水力停留时间7 d.结果表明,在进水COD、TN、NH_4~+-N、NO_3~--N和TP平均质量浓度分别为1 652. 83、371. 31、303. 51、0. 67和65. 22 mg·L~(-1)时,麦秸对COD、TN和TP的去除效果最好,去除率分别为32. 1%、40. 9%和33. 3%,稻草对NH_4~+-N的去除效果最好,去除率达到43. 4%.经180 d处理后3种基质材料木质素、纤维素和半纤维素均未完全分解.各种基质材料木质素降解速率低于纤维素与半纤维素,且稻草中木质素和纤维素降解最快,麦秆中半纤维素降解最快.结果表明,麦秆和稻草对去除高浓度养殖废水污染物效果均好于玉米秆,并且建议基质材料更换周期为5个月,可为生物基质材料运用于养殖废水处理提供数据支撑.     

生物炭配施缓控释肥对稻田田面水氮素动态变化及径流流失的影响

在太湖流域,通过田间试验研究了控释肥(CRF)、生物炭配施控释肥(BC+CRF)、生物炭配施稳定性肥(BC+SF)、生物炭配施控释肥和稳定性肥(BC+CRF+SF)4种施肥处理对稻田田面水p H、氮素动态变化、氮素径流流失的影响.结果表明,田面水平均p H介于5.64~8.15,生物炭配施控释肥和稳定性肥田面水p H降低3.16%~4.48%.田面水平均全氮(TN)质量浓度介于19.05~25.23 mg·L~(-1),生物炭配施控释肥和稳定性肥田面水TN质量浓度显著降低4.75%~6.58%.田面水无机氮素以铵态氮(NH_4~+-N)为主,NH_4~+-N和硝态氮(NO_3~--N)平均质量浓度分别介于0.01~17.26 mg·L~(-1)和0.24~3.11mg·L~(-1).与单施控释肥相比,各处理田面水NH_4~+-N和NO_3~--N质量浓度分别显著降低35.89%~48.78%和20.54%~37.01%.生物炭配施稳定性肥显著降低了田面水NH_4~+-N和NO_3~--N质量浓度,有效减少无机氮素径流流失风险.TN、NH_4~+-N、NO_3~--N径流流失量分别介于16.24~18.09、1.76~2.22、0.76~1.38 kg·hm~(-2).与单施控释肥相比,各处理TN、NH_4~+-N、NO_3~--N径流流失均有不同程度削减.生物炭配施控释肥和稳定性肥显著削减了氮素径流流失,有效降低区域稻田氮素面源污染风险.     

基于CANON工艺的新型HABR反应器生物脱氮性能研究

采用新型复合式折流板反应器(HABR)启动及运行全程自养脱氮(CANON)工艺.通过缩短水力停留时间(HRT)的方式提高进水总氮负荷启动反应器,反应器运行成功后,考察反应器沿程氮素、电导率、p H值及MLSS的变化规律,并对反应器内微生物种群形态结构及空间分布进行分析.结果表明,当进水NH_4~+-N平均浓度为40 mg·L~(-1)时,经过89 d的连续运行,新型HABR反应器实现了快速启动,并能稳定运行至187 d,稳定运行期出水NH_4~+-N和TN浓度分别稳定在2 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1)以下,去除率分别达到96%和83%以上,NRR达到0.15 kg·(m~3·d)~(-1).稳定运行阶段,NH_4~+-N与TN浓度在反应器沿程逐渐降低,NO-2-N和NO-3-N的生成量一直维持在较低浓度.第1个单元格脱氮效率最高,通过SEM和FISH分析表明,在第1个单元格中存在丰富的功能菌种亚硝化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(An AOB).     

基质浓度对ABR厌氧氨氧化反硝化脱氮除碳效能影响及动力学特征

采用厌氧折流板反应器(ABR)为研究对象,以一定COD、NH+4-N和NO-2-N比例增加进水基质浓度,以明确基质负荷提高对ABR厌氧氨氧化和反硝化协同体系脱氮除碳的影响,并通过基质去除模型获得反应器对基质的耐受程度.研究表明,ABR反应器能够实现厌氧氨氧化反硝化耦合脱氮除碳,当进水基质COD、NO-2-N和NH+4-N浓度从220、168和60 mg·L~(-1)提高至420、270和110 mg·L~(-1)时,反应器脱氮效能下降,COD、NO-2-N、NH+4-N和TN去除率分别为97%、94%、30%和78%,厌氧氨氧化对TN去除的贡献率从43.08%骤降至16.49%,反硝化脱氮贡献率从53.81%增至82.07%.动力学模型拟合发现,Stover-Kincannon模型(R2=0.937,TN;R2=0.975,COD)较一级基质去除模型(R2=0.314,TN;R2=0.016,COD)更适合评价反应器对基质的承受力;Stover-Kincannon模型表明,反应器对TN和COD的最大基质利用率分别为1.43 g·L-1·d-1和3.33 g·L-1·d-1,饱和常数(KB)分别为1.2和3.79,研究认为ABR协同脱氮除碳体系理论上还有继续提升基质负荷的潜力.