城市重污染河流污染特征与生态修复技术的研究

我国城市和乡镇的快速发展以及污染控制基础设施建设的相对滞后,往往导致相关水系的严重污染和水生态修复所面临巨大的压力。针对具有代表性的城市重污染河流,对其污染特征、污染物迁移转化规律、河流自净功能改善与受控等进行了分析研究,结合"十一五"相关技术研发和示范工程建设成果,总结了城市重污染河流生态修复的有效途径。     

蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中微量硝基苯的动力学研究

实验表明单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化在温度20℃、初始pH值6.87条件下对硝基苯的降解均遵循一级反应动力学模型,该条件下单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化工艺对硝基苯的降解主要来源于高活性羟基自由基的氧化作用,同时证明了不同体系温度（10～40℃）和溶液初始pH值（3.00～10.96）下硝基苯的降解同样符合一级反应动力学.2种工艺对硝基苯的降解反应速率都随着温度的升高而增加,单独臭氧氧化的反应速率常数由0.37×10^-3 s^-1升高到1.49×10^-3 s^-1,臭氧/蜂窝陶瓷氧化的反应速率常数由0.56×10^-3 s^-1升高到2.46×10^-3 s^-1,温度越高反应速率提高的幅度却越小.随着pH的升高,单独臭氧氧化对硝基苯降解的反应速率常数从0.15×10^-3 s^-1增加到2.69×10^-3 s^-1,在pH值3.00～9.23范围内,臭氧/蜂窝陶瓷氧化工艺反应速率常数从0.17×10^-3 s^-1增加到1.90×10^-3 s^-1,在pH为10.96时反应速率常数下降到1.64×10^-3 s^-1.     

ZnOOH/O3催化臭氧化体系去除水中痕量对氯硝基苯

以实验室制备的羟基化锌（ZnOOH）为催化剂,考察了其催化臭氧化去除水中痕量对氯硝基苯（ppCNB能力.本实验条件下,蒸馏水中反应20　min时,催化臭氧化比单独臭氧化对pCNB的去除率提高了51 .3个百分点;催化过程遵循自由基反应机理,催化剂表面结合的羟基基团有利于催化反应;pCNB的去除效果随催化剂投量的增加而更佳,催化剂重复使用3次后,催化效果基本没有变化,水中的重碳酸盐以及缓冲溶液中的磷酸盐可以明显降低催化活性,中性条件下,催化作用最佳.     

纳米TiO2催化臭氧化对松花江水中氨氮的影响

研究了以负载于陶粒、硅胶、沸石表面的纳米TiO₂作为催化剂时,催化臭氧化松花江水过程中氨氮浓度的变化.结果表明,在单独臭氧化过程中,氨氮浓度先升高后下降,反应30 min后的氨氮浓度与初始浓度相近.在以TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶为催化剂的催化臭氧化过程中,氨氮浓度也是先升高后下降,但反应过程中氨氮的平均浓度要高于单独臭氧化过程.以TiO₂/沸石为催化剂时,催化臭氧化过程中氨氮浓度先下降,然后略有升高,继而又下降,30 min时对氨氮的去除率接近80%.单独臭氧化和催化臭氧化过程中,增大臭氧投量,氨氮浓度最大值出现的时间提前,并且反应过程中氨氮浓度平均值降低.增大催化剂TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶的投量,催化臭氧化过程中氨氮浓度平均值升高.增大TiO₂/沸石投量,有利于氨氮的去除,但投量增大到50g以上时,对氨氮的去除效果影响很小.温度从10℃升高到30℃,对TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶催化臭氧化过程中氨氮浓度的变化影响不大.而以TiO₂/沸石为催化剂时,温度升高有利于催化臭氧化过程中氨氮的去除.     

城市污染河道沉积物AVS与重金属生物毒性研究

采集珠江三角洲典型城市污染河道佛山水道表层沉积物和上覆水样品,测定了沉积物AVS,Eh,SEM_Pb,SEM_Cd,SEM_Cu,SEM_Zn,SEM_Ni,SEM_Cr,及上覆水Eh,DO.同步进行了底栖动物调查,结合调查结果分析了城市污染河道沉积物AVS与重金属生物毒性的关系.主要研究SEM-AVS判据在判断城市重污染河道重金属生物有效性方面的作用.所测AVS最大值为69.579 μmol/g,最小值为0.339 μmol/g,均值为20.283 μmol/g;各采样站位∑SEM₅（SEM_Pb,SEM_Cd,SEM_Cu,SEM_Zn,SEM_Ni之和）最大值为23.067 μmol/g,最小值为1.062 μmol/g;底栖动物种类和数量均较少,且基本为耐污种,优势种为水丝蚓.13个采样站位中,∑SEM₅-AVS<0的有9个,MDS分析结果显示：这9个站位中的7个底栖动物群落结构相似程度高.这表明重污染河道沉积物重金属的生物毒性与SEM-AVS的值关系密切,SEM-AVS判据在判断重污染区域重金属的生物毒性方面具有较大作用;同时说明重污染河流重金属生物毒性比较复杂,不能完全由SEM-AVS解释.     

兰州市城区河道表层沉积物磁性特征研究

通过系统的环境磁学测定,分析了兰州市城区河道表层沉积物的磁学性质及其对城市污染的指示意义.结果表明,兰州市城区河道表层沉积物样品磁性特征以亚铁磁性矿物的磁铁矿为主导,同时存在少量赤铁矿和针铁矿贡献.根据参数χFD、χARM、χFD/MS和χARM/MS所指示的人为活动排放物对不同河段沉积物的贡献量将兰州市河流分为3类:末端集中型(排洪沟、寺儿沟、鱼儿沟、水磨沟),源头集中型(七里河、烂泥沟),影响较小型(罗锅沟、大沙沟).与有机质测量结果比较发现,兰州市河道沉积物样品有机质含量与超顺磁颗粒及单畴晶粒具有十分显著的正相关关系,说明了细颗粒磁性矿物对有机碳的富集作用,显示了超顺磁颗粒及单畴颗粒含量作为兰州市城区河道表层沉积物有机质含量的代用指标具有良好的指示意义.     

不同生物载体模拟河道反应器的微污染水源水修复研究

分别以弹性填料和AquaMats生态基为载体,比较了2组模拟河道生物反应器启动过程及其修复微污染水源水性能.结果表明,在间歇曝气与逐步增强曝气强度的挂膜启动方式下,悬挂弹性填料的模拟河道反应器运行50d即启动完成,其高锰酸盐指数、氨氮去除率分别高达78.2%、93.5%;AquaMats生态基反应器的高锰酸盐指数、氨氮去除率则在2周后分别达到70%、80%以上.不同曝气方式的影响研究发现,曝气/停曝时间比3h:3h、曝气量250L·h-1工况下,弹性填料生物膜反应器的高锰酸盐指数、氨氮、TN、TP的去除率均优于AquaMats反应器;随着曝气强度减至120L·h-1及曝气/停曝时间比缩短,AquaMats反应器的污染物去除性能逐步提高,表明其在确保一定的污染物去除率的前提下具有低气水比潜力与节能降耗的应用优势.镜检分析发现,弹性填料表面以颗粒物质截留、丝状菌包裹为主,而AquaMats生态基上附着的生物膜微生物群落相对较丰富.研究认为,呈辐射状结构的弹性填料对颗粒态污染物具有较强的截留能力,可实现微污染源水修复系统快速挂膜与稳定运行;而AquaMats生态基内部微孔结构有利于不同功能的微生物富集,可在低气水比条件下强化多种低浓度污染物的协同去除.     

扬州市城区水系补水优化调控技术研究——以二道河为例

以保障城市水体景现,控制城市水体黑臭、控制藻类繁殖为目标,以水体溶解氧为控制性指标,根据各条河道承受的溢流污水、雨水等外源污染和底泥污染释放内源污染,确定各条河道所需的补水量.对扬州市典型的内河(二道河)进行污染调查分析,利用多宾斯-坎普(Dobbins-Camp)BOD-DO水质模型,以COD代替BOD,计算保障河道水质达到V类水质(ρ(DO)≤2 mg/L,ρ(CODMn)≤15 mg/L)需要的补水量.结果表明,多宾斯-坎普水质模型可为扬州城区内河整治工程提供科学决策工具.     

清洁型城市河道养护管理技术标准的探讨

结合杭州古新河、西溪河、余杭塘河、备塘河、宁波马蜂港河、横间港河等十余条河道6~7年的持续养护管理经验(河道水质始终保持在V类水及以上),编写了清洁型城市河道养护管理技术标准。该标准简明扼要地概括了城市河道整治后的日常养护管理工作的主要内容、评价指标和适用范围以及技术档案管理系统的建立,为今后政府和相关企业河道养护管理作业提供了有益的参考。     

Reaction mechanism and metal ion transformation in photocatalytic ozonation of phenol and oxalic acid with Ag+/TiO2

Photocatalytic ozonation of phenol and oxalic acid （OA） was conducted with a Ag^＋/TiO2 catalyst and different pathways were found for the degradation of different compounds. Ag^＋ greatly promoted the photocatalytic degradation of contaminants due to its role as an electron scavenger. It also accelerated the removal rate of OA in ozonation and the simultaneous process for its complex reaction with oxalate. Phenol could be degraded both in direct ozonation and photolysis, but the TOC removal rates were much higher in the simultaneous processes due to the oxidation of hydroxyl radicals resulting from synergetic effects. The sequence of photo-illumination and ozone exposure in the combined process showed quite different effects in phenol degradation and TOC removal. The synergetic effects in different combined processes were found to be highly related to the properties of the target pollutants. The color change of the solution and TEM result confirmed that Ag＋ was easily reduced and deposited on the surface of Tit2 under photo-illumination, and dissolved again into solution in the presence of ozone. This simple cycle of enrichment and distribution of Ag^＋ can greatly benefit the design of advanced oxidation processes, in which the sequences of ozone and photo-illumination can be varied according to the needs for catalyst recycling and the different properties of pollutants.