内源污染控制技术研究进展

内源污染已成为水体污染的重要来源,严重时可引起水体黑臭,甚至威胁人类健康。外源污染是内源污染的重要来源。近年来环保工作者在重视外源污染控制的同时,通过科学、系统的研究和实践提出了多项行之有效的物理、化学和生物技术以实现对内源污染的控制。文章对内源污染定义、污染物种类及危害、污染现状、各控制技术定义及优缺点等内容进行了总结,同时提出未来各技术可能的研究方向。主要结论如下:(1)底泥疏挖能有效移除污染底泥,但存在引发二次污染和破坏底泥生境的风险;(2)底泥覆盖能减少污染物向水体扩散,但存在不能移除污染物和随时间推移覆盖层遭破坏等问题;(3)化学修复能有效去除污染物,但化学药品可引起二次污染和其他污染物异常释放,其更适用于应急处理;(4)生物修复具有费用低、管理简单、环境友好、有效时间长等优点。但受动植物耐受性影响,动物修复和植物修复在重污染环境适用性较差。相较于物理和化学修复,生物修复是较有潜力的内源污染控制方式。最后,依据未来发展的需要,提出以生物修复技术为基础,大力发展底泥生态修复技术,实现底泥自我净化,减少人为干预的内源污染控制观点。     

扰动强化污染底泥有机物自净的研究

扰动能够强化水体溶解氧的恢复并加快传质,增强水体的自净作用,有利于水体和底泥COD的降解,是一种常用的污染水体的修复方法。文章通过人工模拟的水体,构建搅拌和曝气两种上覆水扰动条件,研究了在这两种条件下水体中有机物含量以及底泥中微生物量的变化情况,探讨了扰动对水体有机物去除的影响。研究结果表明：（1）与对照情况相比,在搅拌、曝气条件下水中ρ（溶解氧）分别由0.2 mg.L^-1提高到1.0和8.0 mg.L^-1左右;曝气条件下底泥中蛋白含量及细菌数均最高;（2）底泥中w（脱氢酶活性）在搅拌和曝气条件下分别为0.52和0.46μg.g^-1左右;（3）曝气条件下对上覆水中有机物的去除呈现出较好的降解趋势。因此,运用曝气技术既能加速有机物的生化降解,改善水质;又可强化水体溶解氧的恢复,创造了微生物生长繁殖的适宜环境,增强了水体中微生物的活性,促进了水体自净能力的提高,在治理河道污染的应用中具有广阔的前景。     

苏州河底泥对上复水水质污染影响

研究了上海市苏州河底泥中有机物及营养盐释放对上复水水质的影响,分析了微生物与底栖生物底泥再悬浮对底泥释放过程的影响。研究表明,底泥中化学需氧量与水体中的化学需氧量成正比,底泥中生化需氧量与水体中的生化需氧量呈正比,再悬浮促进底泥中污染物向上复水体释放。底泥SOD与水体中DO成正比,底泥污染是影响苏州河水质的重要因素;对苏州河底泥进行疏浚工程可较好地提高水体中溶解氧的浓度、降低化学需氧量、生化需氧量及氨氮的浓度。     

曝气复氧对滇池重污染支流底泥污染物迁移转化的影响

利用模拟试验方法,研究和探讨了河道曝气复氧对滇池重污染支流底泥污染物迁移转化的影响,结果表明:(1)曝气复氧会导致上覆水体pH值上升0.6～1.0;(2)曝气复氧对上覆水体中TN、TP的质量浓度影响相似,在好氧处理条件下呈下降趋势,而在不曝气的对照处理中呈持续上升趋势,两种状况上覆水体TN、TP的平均变化速率分别为:-0.156 mg·L-1·d-1、-0.060mg·L-1·d-1和0.414mg·L-1·d-1、0.036mg·L-1·d-1;(3)上覆水体中COD的质量浓度在好氧和对照两种处珲条件下,表现出两种不同的变化趋势,前者先上升后下降,而后者先下降后上升,平均变化速率分别为-0.361 mg·L-1·d-1和0.314 mg·L-1·d-1;(4)曝气复氧可抑制河道底泥向上覆水释放污染物质,适合于重污染河道水体修复.     

底泥再悬浮对上覆水水质的影响研究

城市水体黑臭问题正受到越来越多的关注,而水体中的悬浮物是水体污染物中的重要组成部分。以典型黑臭河流底泥和上覆水构建试验系统,研究底泥再悬浮对上覆水水质的影响。底泥再悬浮后,上覆水中颗粒物粒径立即显著升高,上覆水透明度急剧降低至10 cm以下,氨氮质量浓度升高至15~22 mg·L~(-1),氧化还原电位低于-12 m V,溶解氧低于1.1 mg·L~(-1),底层水体溶解氧甚至低于0.2 mg·L~(-1)。这表明底泥再悬浮是水体黑臭的重要原因之一。在沉降前期,上覆水中颗粒物粒径(D50)随沉降时间延长而显著降低,而在沉降中后期,水柱中各取样点颗粒物粒径稳定在3~4μm(D50)的小粒径水平,维持时间可达20-100 h。随着再悬浮次数增加,水柱恢复澄清的时间延长。底泥再悬浮使水中大粒径颗粒物加速沉降,水体浑浊程度的改善时间缩短,但对致黑的小粒径颗粒物影响较小,与此同时水体褪黑所需时间延长。随着底泥再悬浮-沉降次数的增加,水中硝酸盐氮、磷酸盐、CODCr的质量浓度均显著升高。其中,硝酸盐氮由0.4 mg·L~(-1)升高至0.7 mg·L~(-1),磷酸盐由0.2 mg·L~(-1)升高至1.2 mg·L~(-1),COD_(Cr)由370 mg·L~(-1)升高至524 mg·L~(-1),增幅分别为75%、500%、42%。底泥再悬浮会进一步加剧底泥中污染物向上覆水的释放。     

浮叶植物重建对富营养化湖泊氮磷营养水平的影响

利用太湖五里湖污染底泥，在不破坏表层沉积物形态和结构的情况下，利用大口径的采样器采集沉积物柱状样，研究浮叶植物荇菜（Limnanthemun nymphoides）在此底泥上适应性生长情况及其对水体以及沉积物中氮磷的影响。结果表明，在培养实验过程中，荇菜生长使上覆水体中的氮、磷营养水平逐渐降低，藻类的生长明显受到克制，水体透明度增加，水质逐渐改善。通过植物根系对沉积物和问隙水中营养盐的直接吸收，使表层（0～5cm）沉积物与问隙水中氮磷营养盐的水平在实验结束后有明皿下降，对于控制沉积物内源营养盐释放有重要的作用。因此，恢复以水生植物为丰的水生生态系统足重建富营养湖泊生态系统和控制湖泊内源负荷的重要措施。     

城市河流中铬污染的迁移

本文着重探讨城市河流中铬(Ⅲ)的迁移、沉积和溶出规律,以野外实测及模拟试验数据论证了水中悬浮物的吸附是铬沉降到底泥中的主要途径。发现铬污染物沉积至底泥的量是呈等比级数规律增加的,但底泥中的铬一般不易被水解吸,不会造成对水质的影响。     

河流沉积物中的重金属在天然环境条件下的释放

本研究以湘江底泥为对象,以开放体系-流动水体的研究方法为基础,研究了天然河流中普遍存在的几种环境条件下重金属的释放。如:底泥颗粒度、污染物浓度、温度、pH值和污染底泥的厚度等等。这些条件是以研究地段有可能出现而确定的。     

西藏帕隆藏布江流域天然水的水化学特征

帕隆藏布江是雅鲁藏布江左岸水量最大的支流.为了调查帕隆藏布江流域水体水质和水化学特征,分析了水体的常规指标,包括p H、电导率、含盐量(SAL)、总溶解固体(TDS)和溶解氧(DO)值.同时测定了水样和底泥样品中23种金属元素,Ca是水体中的主要阳离子,水体中离子的平均含量趋势符合CaMgFeKNaMnZnBaVPbCrNiAsCuCoSeHg(Mo、Ag、Sb、Tl、Cd和Be).采用《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)及地质累积指数(Igeo)分别评价了水质和底泥状况.结果表明,水体中Cu、Se、As、Zn、Cd和Pb均达到Ⅱ类及以上标准,仅Hg是潜在污染物质,Hg含量虽略高(最高达0.3μg·L~(-1)),但低于《国家生活饮用水卫生标准》(1μg·L~(-1))限量;底泥中重金属污染程度较轻,Zn、Pb、Ni、Cu和Cd几乎不存在污染,As是底泥中的主要污染物,其次为Cr.综合各项指标表明帕隆藏布江流域水体水质良好.     

锁磷剂及覆盖技术对长广溪不同污染类型河段底泥磷释放的控制效果

为探索城郊污染河道底泥磷释放的控制技术,选择无锡市城郊河道长广溪不同污染类型河段(农田区、农田支流区、生活区、工业区、一期修复区、二期修复区、一期修复支流区),采集底泥原状泥柱,进行锁磷剂和黄沙覆盖控磷技术处理,室内培养3周,测定磷的控制效果.结果发现,长广溪不同污染类型河段底泥中磷的释放速率具有明显差异,农田区、农田支流区、生活区、工业区、一期修复区、二期修复区、一期修复支流区的底泥磷的释放速率分别为:0.767、0.383、0.317、0.672、0.370、0.027、0.458μg P·m-2·d-1.除二期修复区外,所有河段的水体磷含量及底泥释放量均较高,生态修复时有必要进行底泥磷释放控制,其中农田区及工业区底泥污染最重,磷的释放速率也最高.锁磷剂和黄沙覆盖对所有河段底泥的磷释放均有较强的控制作用,锁磷剂的控制效率在81.25%—100%之间,黄沙的控制效率在62.50%—93.24%之间;对于农田区、农田支流区、一期修复区及一期修复支流区河段,黄沙和锁磷剂均能有效将底泥磷释放控制到较低水平,满足河道磷控制的目标,但对于工业区和生活区河段,只有锁磷剂能够达到控制目标,黄沙的控制效果不理想.研究表明,在太湖流域的城郊污染河道的生态修复中,锁磷剂和黄沙均可作为底泥磷控制材料使用,黄沙在部分类型水体可以替代锁磷剂,而锁磷剂的效果稳定,作用持久,操作简便,是相对更好的底泥控磷材料.     

以有机污染为主的河流治理技术研究进展

借鉴国外污染河流治理与修复的经验,并结合我国当前严重的河流污染形势,介绍了以有机污染为主的河流治理技术的研究进展。根据污染河水处理系统与河道的相对空间关系,河流治理技术可分为三类,第一类是将河水引出河道水系,引入附近的污水处理厂进行处理的异地处理法,其中截污工程是异地处理法的关键;第二类是在河道内建设处理系统,沿程进行河水净化的原位处理法,如河道内的曝气法、投菌法、生物膜法和化学法等;第三类是在河岸带上建设处理系统,将河水分流其中进行处理的旁路处理法,如建于河岸上的人工湿地处理系统、氧化塘以及多种形式的生物床或生物反应器等,旁路处理法起着人工强化河岸带的作用,是目前受污染河流治理中值得关注的一条新思路。受污染河流的具体处理方法及空间位置的选择,需要根据实际情况而定。     

津河水系的修复对天津城市生态环境的影响

针对天津城市生态环境特点和背方城市大气污染现状，探讨了津河水系的修复对改善城市环境质量，丰富城市景观以及修复城市生态环境的重要意义。     

悬挂链曝气技术应用于河流污染治理

在介绍了悬挂链曝气技术的特点和在复氧曝气方面的适用性的基础上,对该技术的局限性进行了阐述,并认为悬挂链技术为河流污染治理提供了一种新选择。     

论我国水生态的保护与修复:任务与对策

本文聚焦我国水生态保护与修复工作,结合长期实践,分析当前的形势和任务,指出了当前要着力解决的水生态问题主要是:在大坝上游,河流变湖库,生境变化导致生物物种变化;水库水流流速变缓,水体自净能力降低,导致富营养化及藻类水华。在大坝下游,清水下泄,冲刷下游河道导致局部河道河势变化较大;水库蓄水使坝下游春季水温下降、秋季水温升高,水温变化过程滞后;水库蓄水导致大坝下游的水文过程改变,水的流量、流速、流态发生变化。在河道(航道)整治工程中,裁弯取直,缩短水流在河道中的停留时间,河岸衬砌和硬化,减少水向沿河堤岸的渗透,在大降水和洪水时易造成涝灾和洪灾。在涉湖工程中,阻隔河湖,填湖造地。在明确存在问题和迫切需求的基础上,提出了切实可行的对策建议。当前水生态保护与修复要围绕一条主线,即"人要发展,鱼要生存"的"人鱼线",要采取"调、控、退、通、改、拆"的综合措施,即生态调度,控制水污染,退建还水、退田还湖,河湖连通,对已建涉水工程进行生态化改造,对在保护区、重点风景名胜区、特有鱼类栖息地修建的小型工程要采取坚决措施拆除,恢复原貌。     

Identification of pollution sources in rivers using a hydrodynamic diffusion wave model and improved Bayesian-Markov chain Monte Carlo algorithm

● A hydrodynamic-Bayesian inference model was developed for water pollution tracking. ● Model is not stuck in local optimal solutions for high-dimensional problem. ● Model can estimate source parameters accurately with known river water levels. ● Both sudden spill incident and normal sewage inputs into the river can be tracked. ● Model is superior to the traditional approaches based on the test cases. Water quality restoration in rivers requires identification of the locations and discharges of pollution sources, and a reliable mathematical model to accomplish this identification is essential. In this paper, an innovative framework is presented to inversely estimate pollution sources for both accident preparedness and normal management of the allowable pollutant discharge. The proposed model integrates the concepts of the hydrodynamic diffusion wave equation and an improved Bayesian-Markov chain Monte Carlo method (MCMC). The methodological framework is tested using a designed case of a sudden wastewater spill incident (i.e., source location, flow rate, and starting and ending times of the discharge) and a real case of multiple sewage inputs into a river (i.e., locations and daily flows of sewage sources). The proposed modeling based on the improved Bayesian-MCMC method can effectively solve high-dimensional search and optimization problems according to known river water levels at pre-set monitoring sites. It can adequately provide accurate source estimation parameters using only one simulation through exploration of the full parameter space. In comparison, the inverse models based on the popular random walk Metropolis (RWM) algorithm and microbial genetic algorithm (MGA) do not produce reliable estimates for the two scenarios even after multiple simulation runs, and they fall into locally optimal solutions. Since much more water level data are available than water quality data, the proposed approach also provides a cost-effective solution for identifying pollution sources in rivers with the support of high-frequency water level data, especially for rivers receiving significant sewage discharges.     

Algal community used for assessment of water quality of Haranbaree dam and Mosam river of Maharashtra

An algal community was used to assess the quality of water of Haranbaree dam and Mosam river of Maharashtra. Pollution tolerant genera and species of 4 groups of algae from each of 3 stations of Haranbaree dam and Mosam river were recorded. By using Palmer's index of pollution for rating of water samples the total score of each station of study area was greater than 20 indicating the confirmed high organic pollution. 34 pollution tolerant genera were recorded at all stations of dam and river. Out of 34 pollution tolerant genera, 27 genera and 33 genera were observed at the dam and river sites respectively. In present study 22 pollution tolerant species are observed at dam and river sites.     

基于esp基因和JCV标记的MST方法在五大流域典型水源地中的应用

非点源污染目前已经成为影响水体环境的重要污染。微生物源示踪技术(microbial source tracking,MST)是解决非点源污染的一项新技术,它可以确定污染的宿主来源。肠球菌esp基因和多瘤病毒JCV可以作为检测水体中人源粪便污染的分子标记,其灵敏度和特异性都很高。为分析五大流域水源地是否受到人源粪便的污染,对辽河、海河、淮河、长江和黄河五大流域典型水源地水样进行采集和检测,选取人源粪便特异病原微生物肠球菌的esp基因和多瘤病毒JCV建立了相应的MST分子检测方法。结果表明,五大流域的典型水源地采样点均有可能受到了人源粪便的污染,可为当地相关部门提供技术支持和数据参考。     

太湖典型河网区地表水与沉积物氮、磷和重金属含量空间分异

将无锡城乡交错区河网分为城镇生活区水巷、工业区主河道、农业区主河道、农业区支流和鱼塘5种类型区.通过秋季(旱季)和夏季(雨季)2次采样,研究氮、磷和Cu、Zn、Pb、Cr、Cd在地表水和沉积物中的含量及其空间变化.结果表明:(1)城乡交错区地表水氮、磷来源于生活污染和工业污染的比例大于农田,同时具有来源分散、污染面广的特征.(2)由于城镇地表径流和工业活动影响,各类型区地表水重金属含量均有不同程度提高.但地表水重金属主要沿主河道迁移,旱季和雨季主河道重金属含量均大于农业区支流,而且随着与城镇距离增加,主河道沉积物重金属含量迅速降低,重金属污染影响范围较小.(3)与重金属相比,地表水氮、磷污染仍是太湖水网区主要的环境问题.但城镇及其周围河流沉积物中富集的重金属含量很高,其潜在环境风险不容忽视.     

一种新型城市雨水截污下渗装置

以开展城市雨水综合利用为目的，详细介绍了由系列产品组成的一种新型城市雨水截污下渗系统的实现原理和设计方案。该系统的研究成果，对于实现城市地下水源补给，削减城市雨洪灾害影响，减轻泄洪河道下游压力，改善城市环境和清污劳动强度具有重要的实用价值。     

Diverging response patterns of terrestrial and aquatic species to hydromorphological restoration

Although experiences with ecological restoration continue to accumulate, the effectiveness of restoration for biota remains debated. We complemented a traditional taxonomic analysis approach with information on 56 species traits to uncover the responses of 3 aquatic (fish, macroinvertebrates, macrophytes) and 2 terrestrial (carabid beetles, floodplain vegetation) biotic groups to 43 hydromorphological river restoration projects in Germany. All taxonomic groups responded positively to restoration, as shown by increased taxonomic richness (10–164%) and trait diversity (habitat, dispersal and mobility, size, form, life history, and feeding groups) (15–120%). Responses, however, were stronger for terrestrial than aquatic biota, and, contrary to our expectation, taxonomic responses were stronger than those of traits. Nevertheless, trait analysis provided mechanistic insights into the drivers of community change following restoration. Trait analysis for terrestrial biota indicated restoration success was likely enhanced by lateral connectivity and reestablishment of dynamic processes in the floodplain. The weaker response of aquatic biota suggests recovery was hindered by the persistence of stressors in the aquatic environment, such as degraded water quality, dispersal constraints, and insufficient hydromorphological change. Therefore, river restoration requires combined local- and regional-scale approaches to maximize the response of both aquatic and terrestrial organisms. Due to the contrasting responses of aquatic and terrestrial biota, the planning and assessment of river restoration outcomes should consider effects on both components of riverine landscapes.