水源水库暴雨径流过程水体锰的迁移及其影响

针对西安金盆水库2017年汛期出现的锰浓度超标问题,对水库上游至主库区沿程多个监测点垂向锰浓度及其赋存形态进行监测,研究暴雨径流对水中锰含量的影响以及径流中锰的形态,估算单次典型暴雨径流过程水库水体锰的汇入、输出与沉积量,根据实测数据与计算结果,从运行调度角度提出了暴雨时期高浊、高负荷径流入库的规避方案.结果表明,强降雨过程引起的高浊径流汇入显著增加了西安金盆水库水体总锰浓度,导致水库水质严重恶化,2017年10月12日至2017年10月14日单次降雨径流总锰的输入负荷为9. 11 t,泄洪和出水输出的总锰为6. 22 t,净沉积量(锰)为1. 47 t.水库上游沿程水体锰含量及形态变化表明,连续降雨过程对土壤的冲刷和侵蚀作用导致大量颗粒态污染物随径流汇入水体,占水体中总锰的质量分数大于70%,铁锰氧化物结合态为其主要形态.通过与不同粒径范围的颗粒进行相关性分析,颗粒态锰粒径约为2～20μm.暴雨径流入库时期采取泄洪排浊的措施可以有效减小锰的污染负荷,降低供水安全风险.     

低C/N亚铁氧化硝酸盐还原菌群脱氮特性

为削减微污染水库中氮污染负荷,从西安市李家河和黑河水库沉积物中驯化筛分出在低C/N条件下能够高效脱氮的亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群,并将其命名为Z13.利用硝酸盐氮为唯一氮源、亚铁与乙酸作为共同电子供体的反硝化基础培养基,研究了亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对氮素、亚铁和有机物等的代谢特征.考察了不同温度、初始pH值、C/N、Fe²⁺浓度对亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13脱氮性能及亚铁氧化的影响.结果表明,低C/N条件下亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在78h时硝酸盐氮去除率为99.85%,总氮去除率为89.91%.Fe²⁺的总去除率为99.86%,其中生物氧化率为82.70%,无亚硝酸盐氮和氨氮的累积.单因素实验表明,在温度30℃,pH 6.5,C/N 1.821,Fe²⁺浓度30mg/L时,亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对亚铁氧化和氮素的去除效果最好.亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力.     

碳酸钙诱导结晶动力学影响因素研究

碳酸钙诱导结晶速率受到水中多种因素的影响,采用pH-stat法对pH值、过饱和度、钙和镁离子活度和金属离子（铁、锰）等因素对碳酸钙诱导结晶速率的影响进行研究.结果表明,当pH值在8.0~10.0之间,过饱和度在1.4~4.03之间时,碳酸钙诱导结晶速率随着pH值的增大或者过饱和度的增大而增大,当钙离子和镁离子活度在0~1.18之间时,碳酸钙的结晶速率随着镁离子的增多而降低.碳酸钙结晶速率介于1.0×10^-10m/s~5.0×10^-10m/s.铁离子和锰离子的存在会促进碳酸钙的诱导结晶过程,且铁离子和锰离子同时存在时碳酸钙结晶速率高于其单独存在时碳酸钙的结晶速率.通过深入研究不同因素对碳酸钙诱导结晶动力学的影响,为碳酸钙结晶造粒工艺提供数据支持.     

暴雨径流潜流过程及其对分层水库水质的影响

为探究汛期暴雨径流潜入演变过程及其对分层水库水质的影响,以西安金盆水库为研究对象,对2015年6月和2017年10月2次暴雨径流过程中各监测点水温、溶解氧、浊度、总氮、总磷和COD_Mn等水质指标进行持续监测.结果表明：径流量在300~400m³/s时,潜流经历全断面径流-底部潜流-中部潜流3个阶段,最终潜入主库区中部水体.暴雨径流的汇入使水库热分层结构稳定性受到一定破坏,中下部水体溶解氧得到补充.暴雨径流携带的大量泥沙及氮、磷营养盐等污染物质会对水库水质造成较大冲击,2015年6月暴雨径流使水库中层水体总氮、总磷、COD_Mn和浊度从1.60,0.021,3.70mg/L和5NTU增大为2.37,0.100,5.80mg/L和93NTU,水质污染特征为短时高污染负荷.     

周村水库沉积物污染物释放潜力模拟

通过实验室静态模拟山东省枣庄市周村水库沉积物污染物在冬季(t=4℃)与夏季(t=10℃)的释放情况,分析周村水库沉积物中氮、磷、铁、锰等污染物释放的潜力。由于周村水库內源污染严重,上覆水体DO在t=4℃与t=10℃的消耗速率分别为1.6、1.9mg(/m2·d);当DO<2 mg/L时,上覆水体中NH3-N浓度便开始上升,在t=4℃与t=10℃,沉积物中NH3-N的释放速率分别为18.9、19.9mg(/m2·d),其浓度在相应条件下达到6.09、6.89 mg/L;DO<1 mg/L时,沉积物中磷开始释放,t=4℃与t=10℃时,TP的释放速率分别为18.9、19.2 mg(/m2·d),其浓度在相应条件下达到0.25、0.51 mg/L;当DO<1 mg/L时,沉积物中Fe2+与Mn2+均开始释放,t=4℃时,Fe2+、Mn2+释放速率分别为0.35、0.49 mg(/m2·d),相应指标浓度达到0.82、1.39 mg/L,t=10℃时,Fe2+、Mn2+释放速率分别为0.38、1.03 mg(/m2·d),相应指标浓度达到0.82、1.52 mg/L。     

水源水库真核微生物种群结构季相演替特征

真核微生物广泛存在于水环境中且具有重要生态学功能,揭示其群落演替及其驱动因子对于研究水体生态系统的能量流动和物质循环具有重要意义.然而关于水源水库中真核微生物群落季相演替特征的研究却鲜见报道.本研究通过对李家河水库水质监测,并采用高通量测序技术和共生网络分析,探究了真核微生物种群结构的季相变化及其与水质因子的响应关系.结果表明,李家河水库水体pH处于(7.49±0.13)～(9.26±0.14),ρ(DO)最低为(7.80±0.33)mg·L-1,ρ(NH4+-N)最高为(0.31±0.01)mg·L-1,水质整体符合地表水Ⅱ类标准.真核微生物种群Shannon指数和Chao1丰富度指数夏季显著高于春秋季节.节肢动物门在春末至夏季中期为优势门,刺胞动物门和绿藻门为夏末至秋季的优势门.Telonema sp.为春末优势属(50.53％),扁藻属为夏初(30.11％)和秋初(41.34％)的优势属,Junceell asp.在夏末及秋季前中期均有较高相对丰度.杯鞭虫属(Bicosoeca sp.)、尖毛虫属(Oxytricha sp.)和壳虫属(Tintinraidium sp.)为共生网络中的关键节点,与其他真核微生物间具有显著负相关.RDA分析表明,真核微生物群落结构的季相分布受不同水质指标的调控且差异显著.本研究结果将为了解水源水库中的真核微生物群落结构动态变化及其与水环境的关系提供科学依据.     

北方富营养分层型水库藻类季节性暴发机制及其阈值分析

季节性藻类水华严重威胁供水安全,为探明北方富营养分层型水库藻类季节性暴发机制,以李家河水库为例,于2017～2020年开展长期连续高频监测,采用传统藻群和功能藻群分类法,并耦合局部加权回归法和边界分析模型,提炼藻华季节性(春季和夏季)演替规律及暴发环境因子阈值.结果表明：(1)春季和夏季藻华演替规律及响应机制不同,春季以绿藻、硅藻和甲藻为主,而夏季以绿藻、硅藻和蓝藻为主;其中,春季以低温、小型且高比表面积藻为主,而夏季以高温、大型或团状且低比表面积藻为主;藻类生理和形态特征差异是造成季节性藻华的主要内因;(2)春季和夏季藻华主要驱动因子不同,春季藻华主要为水温、混合层深度(Z_mix)和光利用率(Z_eu/Z_mix)控制,而夏季藻华主要受水温、Z_mix、Z_eu/Z_mix和总磷(TP)的共同影响;主驱动因子的变化差异是诱发季节性藻华的主要外因;(3)春季和夏季藻华暴发的水环境阈值不同,春季藻类暴发的水温、Z_mix和Z_eu     

分层水库温度梯度对扬水曝气原位控藻效果的影响

基于计算流体力学(CFD)方法,数值模拟了不同温度梯度条件下扬水曝气器外围流场及藻类浓度场,并与实际工程运行数据进行对比.当水深为80m、水面下30m内的温度梯度从0.17℃/m增加到0.73℃/m时,核心控藻区域的半径从100m增加到150m,控藻区域百分比从25.16%增大到28.60%,藻类完全混合的时间分别从16d增加到24d.在稳定条件下,藻类在补偿点以下的停留时间均大于48h,基本不受温度梯度的影响,藻类生长受抑制.藻类浓度模拟结果与实际工程运行结果吻合良好.推荐水库中扬水曝气器合理设计间距为250m.     

分层水库水深对扬水曝气原位控藻效果的影响

扬水曝气是分层水源水库原位藻类控制的有效技术.针对西安金盆水库扬水曝气水质改善工程典型设计工况,采用商业化Fluent软件模拟计算了不同水深条件下扬水曝气器的外围流场,分析了水深对扬水曝气控藻区域和效果的影响.结果表明,当扬水曝气器外围流场稳定时,进水口附近的顺时针环流和其他区域的逆时针环流共存,进水口顺时针环流范围和强度不受水深影响,水流速度沿扬水曝气器径向减小.当水深从50 m逐渐增加到110 m时,扬水曝气核心控藻区域的百分比从12.5%增大到30.6%,核心控藻区域半径从60 m增加到175 m,藻类完全混合的时间从16 d增加到30 d.当水深不浅于65 m时,藻类在补偿点以下的停留时间均大于48 h,且随水深的增加而延长.非核心控藻区域内的藻类随逆时针环流被动迁移至核心区域,最终悬浮并滞留在扬水曝气器底部附近.分层水库中扬水曝气器合理设计间距为水深的1.2~1.6倍.     

分层型水库夏季水质对极端厄尔尼诺事件的响应

为探究极端厄尔尼诺事件对分层型水库夏季水质的影响,分别于正常年(2012年)和厄尔尼诺年(2015年)的5~8月对枣庄周村水库主库区和入库径流的物理和化学指标进行了监测.结果表明,周村水库正常年夏季降雨量明显高于厄尔尼诺年夏季;正常年夏季水位由124.26 m上升至127.14 m,恒温层厚度增加3.1 m;而厄尔尼诺年夏季水位由121.65 m下降至119.46 m,恒温层厚度减少3.2 m.周村水库入库径流属表层流,其营养盐浓度明显高于库区变温层.正常年夏季外源营养盐的汇入导致库区变温层总氮由1.00 mg·L~(-1)升至2.60 mg·L~(-1),硝态氮由0.19 mg·L~(-1)升至1.28 mg·L~(-1),总磷由0.023mg·L~(-1)升至0.088 mg·L~(-1),而厄尔尼诺年夏季库区变温层营养盐浓度变化不大.厄尔尼诺年夏季恒温层水体还原性污染物浓度明显高于正常年同期水平,其中铁、锰、氨氮和硫化物浓度的最大值分别为0.38、1.36、2.36和1.67 mg·L~(-1),均超过地表水Ⅲ类水质标准.极端厄尔尼诺事件对周村水库夏季变温层水体营养盐浓度和恒温层水体污染物浓度均有较大的影响.