呼伦湖冰封期污染特征分析及对水处理的意义

以内蒙古呼伦湖为研究对象,对其在冰封过程中总氮、总磷和有机物在冰体和水体中的浓度及分布特征及其在呼伦湖的空间变异性进行分析。结果表明,冰封条件下,呼伦湖水体中总氮、总磷和有机物的含量均大于其在对应冰体中的含量,其含量均值分别是其对应冰体中的3.144倍、2.200倍和3.042倍,即低温冷冻过程对水体中的污染物有一定的浓缩效应;水体中各营养盐和有机物的空间变异性明显小于其在冰体中的;从固-液相平衡理论、结晶学理论和热力学理论三个方面对冷冻浓缩效应做出了合理的解释。研究认为,可以将冷冻浓缩效应运用到给水处理和污水处理领域,这样既可以进行大规模的处理,也可以节约资源、保护环境。     

包头南海子湿地冰封期污染物迁移特征分析

为研究寒旱区湿地包头南海子冰封期的污染物迁移特征,于2015年11月—2016年1月冰封期每月中旬在冰冻的湖面上破冰钻孔采集冰样和冰下水样,对样品的pH、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、硝态氮(NO_3-N)、亚硝态氮(NO_2-N)、氨氮(NH_3-N)、溶解性磷(DP)、化学需氧量(COD_(Cr))、叶绿素a(Chl(a))等指标进行检测,分析各项污染物指标在冰体和水体中的浓度特征及迁移规律,并对TN、TP、Chl(a)进行Pearson相关分析.结果表明,湿地水体在结冰过程中,污染物由冰体向水体迁移,迁移率Chl(a)TNCOD_(Cr)TP;冰封期水体中各形态氮分布差异较大,而磷元素的赋存均以不溶性磷为主;通过分析湿地冰封期TN、TP、Chl(a)的相关性,得出三者在冰体中的相关性较水体显著;与非冰封期相比,冰封期水体中污染物的含量均高于非冰封期水体中的污染物含量,过长的冰封期使湿地有机污染趋势加重.     

乌梁素海冰封期营养盐及浮游植物的分布特征

乌梁素海地处我国内蒙古自治区乌拉特前旗境内,位于我国北方干旱半干旱地区,属温带大陆性气候,每年的11月至翌年3月为冰封期,湖泊面积现为273 km2,其主要补给水源是河套灌区的农田退水。目前,整个湖区呈Ⅴ类水质,且呈现富营养化状态。以往对营养物质与浮游植物群落结构特征的研究都是在常温水体条件下进行的,而在冰封条件下,水体和冰体中的营养盐与浮游植物群落特征的研究尚不多见。因此,本研究以冰封期的乌梁素海为研究对象,于2012年11月至2013年2月在湖区的10个采样点分别采集冰样和水样,并将水样分成冰水界面水、中层水、水底泥界面水,冰样分成表层冰、中层冰、冰水界面冰,从冰体和水体两个不同的角度出发,探究该期间冰、水营养盐浓度和藻类密度分布及其结构的变化情况,以期为该方向的研究提供理论基础。研究结果显示:冰封期乌梁素海的冰厚介于0.22~0.74 m之间,水深在0.28~2.45m之间,且水深和冰厚存在较好的负相关性;由于冰体的排斥作用,在冰体的形成和生长过程中,营养盐和浮游植物逐渐从冰层迁移至水体中,监测结果显示,冰封期乌梁素海水体中的TN、TP、COD含量和藻类密度均值分别是冰体中的1.65、2.42、3.07、1.92倍,大量的营养物质迁移至水体中,从而加剧了水体的富营养化程度,因此,冰封期的湖泊更需要治理;另外,针对湖冰对污染物的排斥效应这一特点,可将其利用于降低有机物含量的相关研究中。研究还对监测点位进行了藻类监测,共采集到浮游植物共计7门67属105种(含变种),统计结果显示绿藻和硅藻的种类数分别占总种数的33.3%和26.7%,冰封期乌梁素海浮游植物种类组成呈绿藻—硅藻型。     

呼伦湖水体营养状态特征及其主要影响因子研究

呼伦湖地处中高纬度温带半干旱区,属于中温带大陆性草原气候,湖泊冰封期长达6个月,冰封期和非冰封期湖泊水体的营养状态具有显著的差异性。基于2015—2017年冰封期与非冰封期湖泊水质监测数据,采用综合营养状态指数法分析冰封期与非冰封期呼伦湖湖泊水体营养状态的变化特征,同时通过非线性概率Probit模型建立了呼伦湖富营养化影响因子模型并对湖泊水体富营养化主要影响因子讨论分析,研究结果表明呼伦湖总体上呈现轻度富营养化程度,2015—2017年呼伦湖冰封期内水体富营养化程度变化特征为2015—2017富营养化程度逐年增加,而非冰封期内水体富营养化程度的变化特征呈现2016年富营养化程度最大2017年最小,且冰封期内水体富营养状态程度较非冰封期严重;建立的呼伦湖富营养化影响因子的非线性概率Probit模型表明影响水体富营养化的主要水环境因子为总磷(TP)、pH值、盐度(S)、水深(H)、总氮(TN)及溶解氧(DO),其中总磷(TP)因子的响应概率为65.7%,对呼伦湖湖泊水体富营养化程度影响最大,说明磷是呼伦湖水体富营养化的重要限制因子,并且各主要水环境影响因子与综合营养状态指数间具有显著的相关关系,表明呼伦湖水体营养状态的改善可通过调节水体内各水环境因子维持相对平衡,同时加大对湖周围人类活动的管理,加强对禁牧的宣传来实现。     

冰封期达里诺尔湖主要离子特征

通过对内蒙古达里诺尔湖冰封期湖冰与湖水进行取样,分析总磷(TP)、总溶解性固体(TDS)、Mg2+、Ca2+、K+、Na+、Cl-、SO2-4、CO2-3和HCO-3离子在冰体及水体中的分布特征及迁移过程.结果表明,在冰体和水体阳离子中,Ca2+、Mg2+相对贫乏,在冰体中平均浓度分别为1.37 mg·L-1和7.0 mg·L-1,水体中平均浓度分别为4.01 mg·L-1和24.53 mg·L-1,Na+所占比例最高,冰体与水体中平均浓度均达到92%.CO32-、HCO-3和Cl-是冰体和水体中阴离子的主要组成部分,冰体中平均浓度分别为435.86、543.20、539.97 mg·L-1,水体中平均浓度分别为1773.90、2556.49、1890.08 mg·L-1.Piper图表明达里诺尔湖水化学类型以Na+-CO2-3-Cl--HCO-3型为主.Gibbs图显示岩石风化与蒸发浓缩作用对达里诺尔湖的离子含量影响显著.通过对TP、TDS、Mg2+、Ca2+和Cl-之间的关系分析可知,在水体中,Mg2+和Ca2+的组成随着深度的变化基本保持不变,而在冰体中呈现无规律的变化,在水中表现为基本不变;TP和Cl-在水体中没有相关性,在冰中相关性不明显.无论在水体中还是在冰体中,TP和TDS具有较好的相关性(水体:r=0.94;冰体:r=0.90),说明TDS可以在冰封期较好地示踪TP的迁移过程.     

呼伦湖冰封期与非冰封期营养盐与离子分布特征研究

为明确近年来呼伦湖富营养化特征,同时揭示呼伦湖水化学组成、演化过程及其影响因素,连续3年对呼伦湖冰封期与非冰封期湖水进行采样,对湖冰(上层冰、中层冰、下层冰)进行分层采样,综合运用Arcgis空间插值、Piper三角图、Gibbs图等方法对总氮(TN)、总磷(TP)、阴阳离子在冰体与水体中的分布特征进行对比分析。结果表明,冰封期呼伦湖水体TN、TP平均浓度变化范围分别为1.318~3.124、0.188~0.231 mg·L~(-1);非冰封期分别为2.148~2.428、0.149~0.277 mg·L~(-1)。呼伦湖水体TN、TP浓度在时空分布上具有相似特征且迁移变化趋势一致,水体营养盐浓度主要受降水与径流影响,克鲁伦河与乌尔逊河等入湖河流对湖水营养盐浓度有良好的稀释作用。水体营养盐浓度分布呈现南部高于北部,且存在着由南向北的迁移变化过程,其中,呼伦湖小河口风景区(A10)、乌尔逊河入湖口(F9)、乌都鲁渔场(I5)采样点营养盐浓度随季节变化显著。同年冰封期水体TN、TP浓度大于冰体浓度,垂直方向上营养盐浓度表现为上层冰下层冰中层冰,不同冰层间营养盐迁移模型宏观解释了营养盐分布特征的成因。Piper三角图表明呼伦湖水化学类型以K~++Na~+-HCO_3~--CO_3~(2-)-Cl~-型为主。Gibbs图显示呼伦湖水体离子组成主要受岩石风化与蒸发作用影响,其中,水体阳离子只受蒸发作用控制,水体阴离子受蒸发作用与岩石风化共同控制。不同时期离子浓度分布特征表明,阳离子浓度分布集中且稳定,阴离子浓度存在显著的周期差异性,其中,NO_3~-与NO_2~-浓度随季节变化明显,主要受人类活动影响。     

寒旱区呼伦湖水体叶绿素a含量的时空分布特征及其影响因子分析

以2015—2017年冰封期(1月),非冰封期(6月、7月及8月)的叶绿素a为研究对象,综合运用Arcgis空间插值、相关性分析、多元线性逐步回归分析与冗余分析方法,研究了近年来呼伦湖水体中叶绿素a含量的时空分布特征并确定了影响冰封期与非冰封期叶绿素a的主导环境因子,旨在揭示水体演变状况,并为呼伦湖的生态治理提供理论支撑。结果表明:呼伦湖水体叶绿素a含量在冰封期与非冰封期内呈现由湖区四周向湖心区减小的空间变化特征,且2015—2017年水体叶绿素a含量的变化范围依次在0.985-25.220、0.707-14.545及0.160-3.530mg·m~(-3)之间,呈现逐年减小的变化趋势;叶绿素a受营养元素分布与水温差异性的影响,有非冰封期含量大于冰封期含量的特征,且非冰封期内叶绿素a含量表现为8月7月6月的变化特点。通过多元线性逐步回归分析建立的叶绿素a含量与环境因子之间的回归方程R~2在0.70以上,可以很好地反映叶绿素a含量与环境因子间的定量关系。基于3种方法综合分析,明确了TP和TN在冰封期与非冰封期均是影响叶绿素a的限制性环境因子,同时冰封期内水温是影响叶绿素a的限制性环境因子,溶解氧则为受叶绿素a影响的被动环境因子,而非冰封期内pH是受叶绿素a影响的被动环境因子。     

乌梁素海叶绿素a的时空分布及其与环境因子的关系

叶绿素a是浮游植物均具有的光合色素,是评价水环境质量的重要指标之一。以叶绿素a为指示性指标对冰封期和非冰封期叶绿素a及相关环境因子含量指标进行了监测,以了解乌梁素海水体叶绿素a在治理前后(2014-2017年)在时间和空间上的分布变化特征及影响因素,尤其是针对寒区湖泊的特点,对冰封期叶绿素a、总氮、总磷的时空分布进行了深入分析,运用相关性分析和逐步回归分析方法探讨了叶绿素a与理化环境因子的关系。结果表明,绿素a总体上呈冰封期高于非冰封期的特征,2014-2016年叶绿素a呈逐年递减趋势,但2017年又略有回升,且区域性差异显著,与氮磷营养盐空间分布趋势一致,表现为湖北区总排干入水口附近大于湖心区和湖南区。影响乌梁素海的主要水化学因子依次为总磷、溶解氧、溶解无机磷、总氮、正磷酸盐、总溶解性固体;同时,透明度与叶绿素a呈极显著负相关;冰层厚度因其影响冰下水体污染物的蓄积,也是影响水域环境的关键因素。总体上,治理后叶绿素a较治理前有明显的下降趋势,表明湖北区总排干入湖水的污染物得到了有效控制,对乌梁素海水体污染控制与修复取得了一定成效,同时也显现出乌梁素海冰封期水体由于水体冻结使得污染物析出,致使冰下水体富营养化较其他时期严重。     

广西速生桉施肥对林区内水体富营养物质的影响

施肥是种植速生桉(Eucalyptus)主要的营林技术措施之一。广西近几年速生桉发展面积较大,施肥量逐年增加,由于肥料通过其气态、淋洗和径流等途径流失到水体,增加了水体中富营养物质的含量。为了防止或减缓速生桉施肥加快对水体富营养化的目的,探索其有效的解决方法,课题组进行了速生桉的施肥数量、肥料颗粒形态、肥料养分含量、肥料养分配比等因子的田间试验,研究不同的施肥处理对林区内水体富营养物质含量的影响。试验结果表明:肥料养分含量越高、施肥量越大、颗粒化程度越低的处理区域水体总氮、总磷和总钾含量越高;桉树林区内水体的总氮、总磷和总钾含量中各有约40%、70%和50%来自桉树施肥,不合理的施肥可能会导致林区内水库或河流等水体富营养化;桉树施肥技术中施肥量对水体营养物质影响最大,其次分别为肥料养分和肥料颗粒形态。建议在一定范围内,速生桉施肥可提高肥料总养分含量、适当减少其施肥量,可防止或减缓桉树林区内水体富营养化。     

冰封期湿地沉积物碳、氮、磷分布及污染评价

为研究冰封期湿地沉积物污染的变化规律和主要来源,采集了包头南海湿地南海湖中20个点位的沉积物,研究分析总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)的空间分布特征,并对其污染进行评价.结果表明,随着采样深度的增加,沉积物污染物的含量均在逐渐降低,且在表层中累积明显;水平分布主要受进出水口、人类活动、水体流动、外源输入、沉积物-水界面物质交换等影响,呈现一定规律.沉积物中C/N均值为10.44,说明南海湖有机物主要以外源有机质为主.此外,由相关性分析得出,沉积物中TOC、TN、TP含量两两具有极显著正相关关系(P0.01,n=20),由此说明C、N、P具有同源性.由评价结果可知,高寒旱区湖泊与其他平原浅水湖泊的碳、氮、磷沉积特征存在明显差异.     

Substance flow analysis for an urban drainage system of a representative hypothetical city in China

This paper discusses the use of substance flow analysis (SFA) as a tool to support quantified research on urban drainage systems. Based on the principle of mass balance, a static substance flow model is established to describe and examine the routes and intensities of water, chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) for a representative hypothetical city (RH city) in China, which is a devised and scaled city using statistical characteristics of urban circumstances at the national level. It is estimated that the annual flux of water, COD, TN and TP through the urban drainage system in 2010 was 55.1 million m³, 16037.3 t, 1649.5 t and 209.7 t, respectively. The effluent of wastewater treatment plant (WWTP) was identified as the most important pathway for pollutant emissions, which contributed approximately 60% of COD, 65% of TN and 50% of TP to receiving water. During the wastewater treatment process, 1.0 million m3, 7042.5 t, 584.2 t and 161.4 t of the four studied substances had been transmitted into sludge, meanwhile 3813.0 t of COD and 394.0 t of TN were converted and emitted to the atmosphere. Compared with the representative hypothetical city of 2000, urban population and the area of urban built districts had expanded by approximately 90% and 80% respectively during the decade, resulting in a more than threefold increase in the input of substances into the urban drainage system. Thanks to the development of urban drainage systems, the total loads of the city were maintained at a similar level.     

Pollutant removal by an integrated vertical-flow constructed wetland treating simulated river water by reoxygenation

The effects and mechanism of chemical oxygen demand (COD), nitrogen, and phosphorus concentration removal by an integrated vertical-flow constructed wetland were studied in the wetland system during one inlet–outlet operating period, in two typical stages (each stage is connective 24 h, sampled once every 4 h). The concentration of ammonia decreased along the flow direction in the system, while levels of nitrate (NO₃^?-N) increased. In one operating period, total nitrogen (TN) concentration fell with rising operation time due to evacuative reoxygenation. The TN and NH₃-N removal rates in the system were 26.6% and 97.5%, respectively. COD decreased rapidly in the early stages and more gradually in the direction of water flow of the wetland system. Average total phosphorus (TP) removal rate was 20.71%. TN and NO₃^?-N levels in water of the wetland had a tendency to decline gradually with increasing operation time. Ammonia concentrations displayed only a small variation with operation time. The results also indicated that the wetland was able to maintain its temperature. The oxygen content differed during the various operating stages and exerted a marked influence on COD, TP, and TN removal.     

成都市道路地表径流污染及对策

城市道路地表径流污染已经成为城市水体恶化的重要原因之一。2006年8月-11月,通过对成都市9条不同类型道路6次降雨径流水质的监测分析,探讨了成都市路面径流污染的现状、成都市道路地表径流的污染负荷及道路地表径流中污染物之间的相关性关系。结果表明,成都市道路地表径流中污染物SS、COD、TN、TP的含量高,浓度均超出地表水环境质量Ⅴ级标准。成都市道路地表径流的年污染负荷为LCOD=3.1×104t,LTN=1.19×104t,LTP=1174.9 t,LZn=109.46 t。SS浓度与污染物COD、TN、TP、Zn浓度之间存在较好的相关关系(R2>0.8)。可以通过控制径流系数、削减径流中的污染物含量和污染物总量控制3个方面的措施来进行道路地表径流污染的削减。     

人工湿地组合生态工艺对规模化猪场养殖废水的净化效果研究

研究了表面流、水平潜流和垂直潜流人工湿地以及地下渗滤系统组合生态工艺对模拟和实际猪场养殖废水的净化效果。结果表明,在进水ρ（COD）=709.2 mg.L-1,ρ（TN）=597.1 mg.L-1,ρ（NH4＋-N）=560.4 mg.L-1和ρ（TP）=42.5 mg.L-1的质量浓度条件下组合生态系统对于COD、TN、NH4＋-N和TP的去除率分别可以达到87%、95%、97%和95%,其中COD的去除主要在第一级表面流人工湿地,NH4＋-N和TN去除主要是在水平潜流和垂直潜流人工湿地,水平潜流和垂直潜流人工湿地对溶解性磷酸盐去除效果明显,地下渗滤起到进一步稳定出水水质的作用。水平潜流和垂直潜流人工湿地的运行结果对比表明,后者对污染物的去除率均高于前者。     

城市路面降雨径流污染特征及源解析的研究进展

城市路面径流是城市地表径流的重要组成部分,因其污染强度大、对地表水体的影响严重而被予以格外的关注。通过对国内外关于路面径流水质的研究进行总结发现：我国城市道路径流中COD、TP、TN和Pb的平均质量浓度分别为239.59、0.46、6.29和0.14 mg·L-1,超过了国家地表水环境质量Ⅴ类标准,TSS的质量浓度高达552.86 mg·L-1。因此,COD、TP、TN、Pb和TSS是我国路面径流的主要污染物。高速路径流污染物Pb、Cu和Zn的浓度明显高于普通道路,而普通道路径流污染物中COD和TSS要高于高速路。与其他国家相比,我国城市道路雨水径流污染物浓度偏高。多数研究表明：污染物的质量浓度与降雨量呈负相关关系,路面坡度增加了车辆与路面的摩擦力和燃料的消耗,进而导致路面径流污染物的浓度较高,路面清扫或许对污染物的浓度有不利的影响,主要由于道路清扫将路面中部分大颗粒破碎,释放出了细小的颗粒物（粒径〈43μm）并且不能将其清除的缘故。但是,降雨强度、干期、降雨历时和车流量对径流水质的影响存在一定的争议。通过对现有的研究总结发现：车流量≥30000的路面径流中COD、TSS、Pb和Cu的浓度是车流量〈30000的路面径流中的2.5、4.3、1.4和5.1倍;路面径流中的重金属主要来源于车辆的交通损耗,有机污染物来源于车辆的交通活动和路面材质,营养污染物来源于大气干湿沉降。今后应从以下几方面开展研究：将多环芳烃、大肠杆菌等水质指标列入研究计划;深入分析影响降雨径流水质的因素及各影响因子间的交互作用;运用同位素溯源技术识别道路径流污染物来源。     

城市雨水管网降雨径流污染特征及对受纳水体水质的影响

以北京市城区和近郊区选取的2个不同下垫面类型的汇水小流域为代表,在2008—2009年共进行了4场降雨过程的雨水管网出口和下游受纳水体水质同步监测.研究结果表明,分流制雨水管网降雨径流污染严重,其中悬浮物浓度高于城市污水,COD、氨氮、总磷和总氮浓度略低于城市污水,但明显高于《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中的Ⅴ类标准,以及《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中的一级B标准;木樨园小流域由于绿地面积比例小,道路面积比例大,城乡结合部地带环境卫生相对较差,雨水管网降雨径流各污染物的EMC浓度比西蒲小流域高21.4%—246.5%.雨水管网降雨径流存在一定程度的初期冲刷效应;雨水管网降雨径流中COD和总磷与悬浮物之间具有较强的相关性.管网降雨径流使受纳水体污染物浓度升高16.9%—541.7%,其中悬浮物、COD和氨氮升高幅度最大.增加城市绿地可明显降低降雨径流中的悬浮颗粒物及其携带的有机污染物的含量.     

涟江上游表层岩溶泉水污染源解析

为明确涟江上游表层岩溶泉水化学污染特征及其污染来源,选取区域内7个地表饮用泉作为研究对象.测定泉水水温(T)、电导率(EC)、溶解氧(DO)、pH、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4-N)、硝氮(NO₃-N)、高锰酸盐指数(COD)并研究其与泉眼半径200、500、1000 m范围内耕地、住宅用地及交通用地面积的相关性.研究结果表明,依据地表水环境质量标准(GB3838-02)等水质标准,涟江上游7个表层岩溶泉水TN均超标,耕地周围的泉水TP、NH₄-N、NO₃-N也超过标准值,表明该区域表层岩溶泉水总体高N而局部高P的污染特征.主成分分析表明农业活动对泉水TN、TP、NH₄-N、NO₃-N及COD含量产生了一定的影响.泉眼半径200 m范围内耕地面积与TP、NH₄-N显著正相关,表明小范围内农业活动是泉水N、P污染的主要源头;500 m范围内EC与住宅用地面积显著正相关,表明较大规模人类聚居可能造成泉水离子成分偏复杂.从保护地表饮用泉的角度出发,建议泉眼半径200 m内减少农业活动强度及频率,泉眼半径500 m内控制人口密度及日常生活排污量.     

Seasonal variation of nitrogen and phosphorus in Xiaojiang River—A tributary of the Three Gorges Reservoir

A yearlong monitoring program in the backwater area of Xiaojiang River (XBA) was launched in order to investigate the eutrophication of backwater areas in tributaries of the Yangtze River in the Three Gorges Reservoir (TGR) in China, starting after the impoundment water level of the TGR reached 156 m. From March 2007 to March 2008, the average concentration of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) were (1553±484) μg·L^?1 and (62±31) μg·L^?1, respectively. The mean value of chlorophyll was (9.07±0.91) μg·L^?1. The trophic level of XBA was meso-eutrophic, while the general nutrient limitation was phosphorus. The results indicated that XBA has a strong ability to purify itself and has non-point source pollution from terrestrial runoff. The variation of TN/TP ratio was caused by a variation in TN rather than in TP when TN/TP < 22. N-fixation from cyanobacteria occurred and became an important process in overcoming the nitrogen deficit under a low TN/TP ratio. When TN/TP ? 22, the variation of TP affected the TN/TP ratio more significantly than TN. The increase of TP in XBA was caused mainly by particulate phosphorus, which could originate from a non-point source as adsorptive inorganic forms after heavy rainfall and surface runoff. An increase in the river’s flow could also contribute to an unstable environment for the growth of phytoplankton.     

Performance of duckweed (Lemna minor L.) on different types of wastewater treatment

Duckweed (Lemna minor L.) has a wide application in Turkey having suitable climatic conditions. In this study, the growth of duckweed was assessed in laboratory scale experiments. They were fed with municipal and industrial wastewater at constant temprature. COD, total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and ortho-phosphate (OP) removal efficiencies of the reactors were monitored by sampling influent and effluent of the system. Removal efficiency in this study reflects optimal results: 73-84% COD removal, 83-87% TN removal, 70-85% TP removal and 83-95% OP removal. The results show that the duckweed-based wastewater treatment is capable of treating the laboratory wastewater.