2009-2018年太湖大气湿沉降氮磷特征对比研究

为了研究太湖2009-2018年大气湿沉降的时空变化特征,于2009年8月-2010年7月及2017年8月-2018年7月进行了两次环太湖大气湿沉降逐月调查,并从降水中ρ（TN）和ρ（TP）、湿沉降率及沉降通量三方面,对比分析了太湖大气湿沉降的时空变化特征.结果表明:①2009年8月-2010年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.170、0.077 mg/L;2017年8月-2018年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.160、0.056 mg/L;T检验结果表明,两次调查ρ（TN）、ρ（TP）污染水平差异显著,主要是由于2017年8月-2018年7月较高污染浓度降水事件的减少,全年降水中ρ（TN）、ρ（TP）变异较小.②与2017年8月-2018年7月相比,2009年8月-2010年7月太湖TN、TP湿沉降率平均值分别下降33%和53%,且TN、TP湿沉降空间分布更均匀.③与2009年8月-2010年7月相比,2017年8月-2018年7月太湖流域大气TN、TP沉降通量分别为7 641和131 t,分别下降30%、47%.研究显示,两次调查降水中ρ（TN）平均值均远高于水体富营养化阈值（0.2 mg/L）,因此大气湿沉降中的营养盐对太湖富营养化的贡献不可忽视.      

洱海水体氮磷时空分布及其对ρ(Chla)的影响

为探讨影响洱海藻类生长的主要水质因子,对洱海近20年的水质变化及2009—2010年水质和ρ(Chla)时空变化进行了研究. 结果表明,1992年以来上覆水中ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chla)总体呈上升趋势,近年来有所下降,ρ(Chla)与ρ(TN)和m(N)/m(P)呈显著正相关. 2009年5月—2010年12月上覆水中ρ(TN)为0.20～0.96mg/L,ρ(TP)为0.018～0.042mg/L,ρ(Chla)为6.02～22.48μg/L;年内ρ(TN)和ρ(TP)最高值均出现在7—8月,m(N)/m(P)和ρ(Chla)最高值出现在8—9月,ρ(Chla)与m(N)/m(P)呈极显著正相关.随水深增加,ρ(TN)和ρ(TP)呈上升趋势,ρ(Chla)呈下降趋势;1d内ρ(TN)最高值出现在17:30前后,ρ(TP)和ρ(Chla)最高值出现在14:30前后,ρ(Chla)与ρ(TP)呈显著正相关;年内7—8月水质最差. 洱海水体ρ(Chla)年际变化主要受ρ(TN)和m(N)/m(P)影响,年内变化主要受m(N)/m(P)影响,而日变化则主要受ρ(TP)影响.      

多级串联表面流库塘-湿地净化农田径流效果评价

农田径流已成为湖泊流域非点源污染治理的主要制约因素.为研究多级串联表面流库塘-湿地中各级表面流湿地对洱海流域农田径流水体的净化效果,以大理市喜洲镇美坝村新建的多级串联表面流库塘-湿地为研究对象,跟踪监测其各级表面流湿地进、出水中ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）,分析水质净化效果及营养盐质量浓度沿程变化规律.结果表明:①多级串联表面流库塘-湿地出水ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）平均值分别为1.77、1.18和0.05 mg/L,低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准限值,TN、NO₃--N和TP去除率分别为57.75%、65.54%和67.43%.②农田径流在经过沉淀池、一级和二级表面流湿地后,对TN、NO₃--N和TP的去除率已分别达45.35%、52.21%和50.59%,且二级表面流湿地中出水ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）分别为2.36、1.69和0.06 mg/L,已达到较好的出水水质.③氮、磷营养盐质量浓度沿程削减模型拟合结果表明,指数削减模型较适宜表征TN、NO₃--N在多级串联表面流库塘-湿地中的沿程削减过程,而TP的最佳削减模型为线性削减模型.研究显示,多级串联表面流库塘-湿地对农田径流具有较好的净化效果,其对营养盐净化作用主要体现在前两级表面流湿地.      

引江济巢对巢湖的水环境影响分析

建立了巢湖一维水质模型DYRESM-CAEDYM,并利用2005年的实测水质、水文、气象等数据对模型进行了参数率定,确立了适用于巢湖水环境特征的水质模型参数. 应用该模型模拟了调水对巢湖TN,TP和Chl-a指标的影响,结果表明,年调水量为9.57×108 m3时可使巢湖的ρ(TN)和ρ(TP)下降约16%和19%,ρ(Chl-a)峰值从51.42 μg/L降至38.96 μg/L,ρ(Chl-a)超过30 μg/L的天数从26 d减少到16 d,对巢湖夏季蓝藻暴发具有一定的缓解作用. 对比分析了流域污染综合治理对巢湖水环境的改善效果,结果显示,如果各支流的入湖污染负荷能够削减5%,同时开展底泥清淤工作,可使巢湖的ρ(TN)和ρ(TP)得到较大程度的改善,与没有治理的情况相比分别降低约24.9%和33.3%,使巢湖夏季的ρ(Chl-a)峰值从51.42 μg/L降至32.72 μg/L,ρ(Chl-a)超过30 μg/L的天数从26 d减少到7 d.      

水解酸化工艺预处理混合型城市污水

采用水解酸化-厌氧-改良Carrousel氧化沟组合的脱氮除磷工艺,进行混合型城市污水处理的试验研究。在不同的水力停留时间(HRT)下,分别试验测定了水解酸化池进出水的各项指标。结果表明:最佳水力停留时间(HRT)为3 h,进水ρ(COD)为150～1 200 mg/L、ρ(NH3-N)为12～40 mg/L、ρ(TN)为14～58 mg/L、ρ(TP)为1.7～4.2 mg/L,所对应的去除率COD为-29%～66%、NH3-N为-55%～33%、TN为-45%～69%、TP为-80%～66%。可见基于水解酸化工艺预处理可成功实现混合型城市污水中有机物的水解和酸化。     

复合式氧化沟脱氮效能的试验研究

通过正交试验考察了填料投配比、填料投配方式、SRT对复合式氧化沟脱氮兼顾除磷效果的影响,并对NH+4-N、TN、TP的去除率进行了极差和方差分析。结果表明填料投配方式和投配比是系统NH+4-N去除的显著性影响因素,而填料投配比和SRT是系统TN、TP去除的显著性影响因素。系统最优运行工况为氧化沟厌氧区和缺氧区投加30%的填料,SRT为20 d。最优工况下平均出水水质为:ρ(NH+4-N)=1.83 mg/L,ρ(TN)=10.72 mg/L,ρ(TP)=1.47 mg/L。     

低通时序滤波轨线法在太湖营养过程识别中的应用

环境背景条件变化会导致湖泊ρ（Chla）与环境因子响应关系发生变化.采用低通时序滤波轨线方法可以方便地识别ρ（Chla）与环境因子响应关系的时间转折点,将长时间序列数据进行分段,从而建立分段回归函数,为研究环境因子与湖泊ρ（Chla）的因果关系提供了一种新的思路.以太湖为研究对象,采用低通时序滤波轨线方法,评估了2001—2018年太湖的ρ（Chla）与营养盐〔ρ（TN）、ρ（TP）〕以及氮磷比〔ρ（TN）/ρ（TP）〕的变化过程,研究了年均气温、滞留时间对产藻效率〔ρ（Chla）/ρ（TP）〕的影响过程.结果表明:①2006年、2011年为太湖营养过程轨线的两个时间转折点,将太湖的营养过程轨线分为3段.第1段为污染阶段（2001—2006年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步升高,于2006年达到第一个峰值;第2段为修复阶段（2006—2011年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步降低,于2011年达到谷值;第3段为富营养化加剧阶段（2011—2018年）,太湖的ρ（TN）呈下降趋势,ρ（TP）与ρ（Chla）同步升高,至今未出现转折点.②太湖藻类生长的限值因子为ρ（TP）,2011年之后氮磷比进入浮游藻类适宜生长区,为蓝藻暴发提供了条件.③2011—2018年产藻效率增长了51%,且目前仍在升高未出现转折点,气温升高可能是主要原因.④依据2011—2018年的滤波值建立ρ（Chla）-ρ（TP）的函数预测,为控制蓝藻暴发〔ρ（Chla） < 10 mg/m3〕,太湖的ρ（TP）需要控制在52 μg/L以下.⑤2006年后,太湖的滞留时间呈现缩短趋势,对藻类的繁殖形成抑制,但滞留时间不是影响产藻效率的关键因子.研究显示:自2006年太湖流域实施一系列生态修复工程后,湖泊氮浓度明显降低,但由于流域氮磷排放量较大而且湖体沉积物中累积磷含量较高,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平;目前气温升高趋势仍在持续,太湖的控藻形势严峻,为摆脱气候变暖对蓝藻水华趋势的决定作用,应当在控氮基础上加大控磷的力度,同时更多考虑水文调节、生物修复、加强打捞等措施.      

东北湖区典型流域生态安全评估

为评估东北湖区湖泊生态安全,在山口湖流域水质特征分析的基础上,分别采用模糊综合评价法、层次分析法和DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）模型对山口湖流域水环境质量、陆域生态系统健康状况和流域生态安全进行综合评估.结果表明:①2014年山口湖水体氮、磷、有机物质量浓度较低,各月营养水平存在较大波动:3月冰封期ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Mn）最低,分别为0.681、0.022、6.31 mg/L;5月冰层溶解时ρ（TN）和ρ（COD_Mn）最高,分别为1.771、8.27 mg/L.在3条入湖河流中,长水河受生活源和农业面源污染较重,ρ（TN）年均值为2.244 mg/L,超出GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值;南水河污染较轻,ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为1.061、0.059 mg/L;土鲁木河受人类活动影响较小,污染最轻.②模糊综合评价结果显示,除5月外,2014年山口湖水体总体上处于GB 3838-2002 Ⅲ类水质.③1988-2014年山口湖陆域生态系统处于优秀状态,但健康指数由1988年的90.06降至2014年的87.63,森林覆盖率下降、农田比例增加是陆域生态系统健康状态下降的主要原因.④2014年山口湖流域生态安全指数值为72.61,处于较安全状态,经济发展水平落后、入湖污染物未有效控制、透明度低、水产品供给指标功能较差、污染物处理能力差是影响山口湖生态安全的主要因素.研究显示,需减少农田化肥施用量,加强农村和农业面源污染防治等措施,控制污染物入湖量,加强环境监管能力建设和科技支撑,提高山口湖流域生态安全状态.      

洞庭湖近20年水质与富营养化状态变化

利用近20年水质监测资料,系统地分析了洞庭湖水质与营养状态的时空变化特征. 结果表明,受流域社会经济发展等因素的综合影响,洞庭湖水质整体呈下降趋势,水体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖. 洞庭湖水体主要污染物为TN和TP, ρ(TN)、ρ(TP)年均值分别为1.08~1.93和0.026~0.203 mg/L. 洞庭湖水体中ρ(Chla)与ρ(TN)呈显著正相关;浮游植物数量与ρ(TN)、ρ(TP)呈显著正相关,与最大流量呈显著负相关. 2007年洞庭湖流域造纸企业污染整治后,洞庭湖水体中ρ(COD_Cr)降低,但ρ(TN)、ρ(TP)仍呈上升之势,浮游植物数量显著增加. 洞庭湖水体富营养化治理应以控制面源污染为重点.      

嘉兴地区农村生活污水时空分布及处理设施现状分析

研究选取嘉兴市下辖农村的160座生活污水处理设施进出水为研究对象,分析了区域农村生活污水污染物时空分布特征及其处理设施现状,以期提高处理设施效率。结果表明:嘉兴市农村生活污水中氮、磷污染较有机污染更严重,ρ（COD）、ρ（TP）、ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）年均值分别为142.23,4.02,44.19,27.74 mg/L,各污水处理设施处理效果有很大优化空间,COD、TP、TN、NH₄+-N年均去除率分别为50.5%、29.7%、36.8%、51.7%。农村生活污水空间上呈自西向东、由北至南逐渐减小的分布特征,时间上表现为冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季。相关性分析表明,COD、TP、TN、NH₄+-N之间呈极显著正相关（P<0.01）,相关系数为0.688±0.946。设施进水C/N、NH₄+-N/TN年均值分别为3.21、68.9%,传统的单一A2/O处理工艺对低碳源污水处理效果不理想,可通过组合工艺设计、规范运营管理、加强后期监测等有效措施来进一步加强污水处理设施处理效果。     

南明河流域水质对景观格局演变的响应

以贵阳市南明河流域具有不同土地利用特征和景观格局的花溪河段和新庄河段为研究对象,以2000年、2005年、2010年和2014年10 m分辨率SPOT(Systeme Probatoire d'Observation de la Terre,地球观测系统)影像为数据源,结合实测水质数据,运用空间分析与统计分析方法,从河岸缓冲区尺度探讨2个河段土地利用方式、景观格局与河流水质的相关性. 结果表明,从花溪河段到新庄河段表现为农业景观—城市景观的梯度变化,水质表现为前者优于后者,并且以枯水期的差异更大. 0~500 m缓冲范围景观指标与水质变化的相关性在不同季节存在差异,花溪河段源景观比例(促进污染过程发展的景观面积占景观总面积的比例)与枯水期ρ(NH₄+-N)、ρ(TN)呈较好的正相关性,相关系数分别为0.997 8、0.952 1;新庄河段源景观比例与枯水期ρ(NH₄+-N)呈正相关,相关系数为0.998 7;景观多样性指数与枯水期ρ(TN)、ρ(TP)呈正相关,相关系数分别为0.958 1、0.891 2. 研究显示,2个河段源景观比例是影响水质变化的重要因素.      

三峡库区面源污染的时空特征及EKC分析

在全面核算2008~2018年三峡库区19个区县农业面源污染TN、TP排放量的基础上,分析了其时空变化特征.基于环境库兹涅茨曲线(EKC)理论,构建了基于面板数据的回归模型,探究了库区农业经济发展与面源污染排放强度的演替关系.结果显示,库区农业TN排放波动减少,TP波动增加.各区县的TN和TP年均排放量分别在374~6046t和105~1267t之间.其中,农田化肥与畜禽养殖单元的总产污贡献率达80%以上.库区TN排放强度、畜禽养殖与农村生活单元的TN、TP排放强度均存在显著的"倒U型"EKC关系,目前已跨越拐点.农田化肥TP排放强度、水产养殖与农田固废单元的TN、TP排放强度呈现显著的"直线型"EKC关系,处于与经济同步增长的阶段.建议重点升级农田化肥单元的污染防控能力,以配套推进农村人居环境的改善,促进区域氮磷减排.     

氮磷对铜绿微囊藻群体形态的影响

在自然条件下,铜绿微囊藻主要以群体形态存在,其群体形态通常由10~103数量级的单位细胞组成,然而在实验室条件下经过几代培养之后,铜绿微囊藻的群体形态逐渐变为单细胞和少量双细胞. 在实验室条件〔温度为(25±1)℃,光照强度为2 000 lx,光暗比为12 h∶12 h〕下,采用不同ρ(TN)、ρ(TP)的BG11培养基培养群体形态的太湖铜绿微囊藻(FACHB912),其中T1试验组ρ(TN)、ρ(TP)分别为1.00、0.05 mg/L,T2试验组为5.00、0.25 mg/L,T3试验组为25.00、1.25 mg/L,T4试验组为125.00、6.25 mg/L,T5试验组为247.06、7.11 mg/L. 结果表明:T1、T2和T3试验组铜绿微囊藻群体形态细胞所占比例及群体大小均有所增加,T4和T5试验组则表现为减少,并且T1、T2、T3试验组与T4、T5试验组间差异显著(P<0.05). T1、T2、T3试验组出现了>100个细胞的群体,其中T2试验组的铜绿微囊藻群体最大,最大群体约由960个藻细胞组成;而T4、T5试验组中的群体却趋于消失. 相对于单细胞,群体形态的铜绿微囊藻在低ρ(TN)、ρ(TP)条件下能吸收更多的营养盐,有利于细胞的生长;高ρ(TN)、ρ(TP)条件下提供了丰富的营养盐,但可能抑制或者不能刺激胞外多糖的合成和分泌,从而不利于铜绿微囊藻群体形态的维持.      

太湖微囊藻毒素的时空分布特征

微囊藻毒素对水体危害严重,为了探究太湖中微囊藻毒素的变化规律及其主要环境影响因子,对太湖34个采样点进行了为期1 a(2011年11月—2012年10月)的监测与采样,分析了水体中ρ(MCs)(MCs为微囊藻毒素)〔包括ρ(TMC)(TMC为总藻毒素)、ρ(EMC)(EMC为胞外藻毒素)和ρ(IMC)(IMC为胞内藻毒素)〕,以及ρ(Chla)、蓝藻生物量、ρ(TN)、ρ(TP)、N/P〔ρ(TN)/ρ(TP)〕、pH、温度、透明度、电导率、ρ(DO)等水环境因子的变化特征,讨论了ρ(MCs)与各水环境因子之间的相关性. 结果表明:ρ(MCs)在太湖中呈现一定的规律性,在7—8月蓝藻爆发期,ρ(MCs)低于0.10 μg/L,之后逐渐升高,9月达到最高值(0.28 μg/L). 受地理位置和沉积环境等影响,太湖西北区MCs污染最严重,ρ(MCs)最大值为0.30 μg/L. 相关性分析结果表明,ρ(MCs)与ρ(Chla)、ρ(TN)、ρ(TP)、N/P显著相关,其中,ρ(MCs)与ρ(Chla)呈极显著正相关(P<0.01);ρ(IMC)和ρ(TMC)均与蓝藻生物量呈显著正相关(P<0.05),而ρ(EMC)与蓝藻生物量相关性不显著;ρ(IMC)和ρ(TMC)均与ρ(TN)呈极显著负相关(P<0.01),而ρ(EMC)与ρ(TN)呈显著负相关(P<0.05);ρ(MCs)与ρ(TP)呈显著正相关,而与N/P呈显著负相关(P<0.05).      

蠡湖水环境综合整治工程实施前后水质及水生态差异

为探讨水环境综合治理工程措施对蠡湖水生态环境的改善效果,对工程实施前后蠡湖水生态环境的变化及趋势进行了分析. 结果表明,水环境综合治理工程实施后,蠡湖水质明显好转,水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)和ρ(Chla)年均值显著下降(P<0.01),ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chla)分别由综合治理前 (1992—2002年平均值) 的5.77、0.19 mg/L和59.90 μg/L降至综合治理后的3.13、0.13 mg/L和27.12 μg/L,ρ(COD_Mn)则由7.09 mg/L降至5.00 mg/L以下;表层沉积物中w(OM)、w(TN)和w(TP)分别由2001年的40.40、1.19、2.61 g/kg降至2012年的19.60、1.16、0.59 g/kg;2012年生态修复工程区内初步形成了一个水生植物较为完整的生态系统. 综合整治后,水质改善效果明显,但部分水体感观指标〔如ρ(TSS)、SD(透明度)〕改善效果不明显,底栖动物优势种群仍为耐污种,生态系统完全恢复还需时日. 因此,有必要进一步开展以提高透明度、恢复沉水植物为核心的生态优化调控,促进蠡湖由藻型浊水稳态向草型清水稳态转变.      

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.      

生物-化学强化处理城市污水除磷试验

以PFS(聚合硫酸铁)和PAS(聚合硫酸铝)为混凝剂,分别在化学反应器和SBR(序批式活性污泥反应器)内,研究模拟城市污水的化学除磷和生物-化学强化除磷的效果. 结果表明:在化学反应器内,投加PFS和PAS均可提高TP的去除率,当投加量分别为0.20和1.00 mL/L时,出水ρ(TP)均在0.50 mg/L以下,TP去除率均超过90.0%. 在生物反应器内,投加PFS和PAS均可强化生物除磷效果,与化学除磷相比,PFS投加量需增至0.25 mL/L,TP去除率才可达到90.0%,单独投加PFS的除磷效果好于PFS强化生物除磷效果;而PAS投加量降至0.50 mL/L,出水ρ(TP)即低于0.50 mg/L,TP去除率可达到90.0%以上,PAS强化生物除磷效果好于单独投加PAS的除磷效果. 在生物反应器内投加PAS,TN去除率可提高12.5%;而投加PFS后TN去除率则下降3.3%. 在生物反应器内投加PFS和PAS,能将COD_Cr去除率从82.6%提至90.0%以上. 采用PCR-DGGE技术分析微生物群落特征发现,投加混凝剂的反应器内生物群落数量有所减少,但同时产生一些新生物种群,强化了功能种群的处理效果.