巢湖十五里河河床地貌单元沉积物硝化速率及污染特征

2017年7月~2018年3月,在巢湖流域十五里河城市段河床地貌特征丰富的两处河段,就深潭、浅滩、砾石滩、点砂坝和常规流水区等5种地貌单元类型,按季节采集表层沉积物样和水样,解析不同地貌单元沉积物硝化速率及其变化性,并开展不同地貌单元硝化速率的差异性和影响因素分析.结果表明:(1)十五里河中上游河段氮磷污染严重,且水体氧化还原电位(ORP)值基本都低于零,表明河水处于显著的还原状态.(2)5种地貌单元沉积物的PNR变化范围为0.002~0.079μmol·(g·h)-1,均值为0.023μmol·(g·h)-1,高低排序依次为:深潭点砂坝浅滩砾石滩流水区,相应的季节变化规律基本表现为:夏季春季秋季冬季.(3)5种地貌单元表层沉积物ANR变幅为0.140~13.543μmol·(m2·h)-1,均值为3.658μmol·(m2·h)-1,总体表现为浅滩最高,常规流水区次之,砾石滩和点砂坝大体相当,深潭最小,且季节变化规律与PNR相似.(4)差异性分析表明,深潭、浅滩与其他4种地貌PNR均存在显著差异性,超过半数的地貌单元ANR呈极显著差异性.(5)回归分析表明,5种地貌单元的PNR、ANR与上覆水水质指标的相关性相对较强,而与沉积物理化指标的相关性略弱.     

渭河沉积物的磁学特征及其对降雨量的响应

沉积物中的磁性矿物对气候环境变化敏感响应。渭河WH1617剖面沉积物进行全面系统的磁性特征分析表明,沉积物中的磁性矿物含量相对较低,主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿,同时含有赤铁矿,磁晶粒以多畴为主。非磁滞剩磁磁化率与饱和等温剩磁的比值(χ_(ARM)/SIRM)与降雨量呈现较好的正相关性,进一步分析表明χ_(ARM)/SIRM可作为代用指标用来揭示渭河流域1957～2010年以来的降水量变化。其中,1957～1969年,χ_(ARM)/SIRM值减小,表明磁性矿物粒径变粗,降雨量递减;1969～1985年,χ_(ARM)/SIRM值递增,表明磁性矿物粒径变细,降雨量递增; 1985～1995年,χ_(ARM)/SIRM值减小,磁性矿物粒径变粗,降雨量相对减少; 1995～2010年,χ_(ARM)/SIRM值递增,磁性矿物粒径变细,降雨量波动递增,但增幅不大。通过morlet小波分析表明渭河流域近现代降雨量存在8 a和19 a的主周期变化,χ_(ARM)/SIRM存在8 a和16 a的主周期变化,两者的周期变化特征较为一致,进一步表明χ_(ARM)/SIRM在渭河沉积物中作为降水代用指标的有效性。     

湘江水系沉积物重金属元素分布特征及风险评价

对湘江流域水系沉积物中9种重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Sb、Zn）含量进行统计分析,以地累积指数（I_geo）为参数分析了1982年以来湘江流域重金属污染程度的变化趋势,采用富集因子法和对数回归模型评价了重金属污染程度和潜在水生生物风险,并采用主成分分析法判别了重金属的可能污染来源.结果表明：湘江流域水系沉积物中重金属的空间分布极不均匀,近30a以来重金属元素的I_geo大体呈缓慢上升的趋势,长株潭地区和衡阳地区大部分重金属元素的I_geo逐渐降低.湘江流域污染程度最高的重金属元素为Cd,其次为As和Hg,郴州地区呈现出以Cd为主,多种重金属复合污染特征,具有很强的潜在水生生物危害性,是湘江流域污染最严重的地区.水系沉积物中重金属可能的2个主要污染来源为采选、冶炼废水的排放和尾矿库的泄漏,岩石的化学风化和河流的搬运作用.     

Occurrence and distribution of antibiotic resistance genes in the sediments of the East China Sea bays

The coastal area of the East China Sea has experienced rapid urbanization and industrialization in China since 1980 s, resulting in severe pollution of its environments.Antibiotic resistance genes(ARGs) are regarded as a kind of emerging pollutant with potential high risk. The sediment samples were collected from Hangzhou Bay(HB),Xiangshan Bay(XB), and Taizhou Bay(TB) to investigate the spatial occurrence and distribution of 27 ARGs and class I integron–integrase gene(intI1) in the coastal area of the East China Sea. The PCR results showed the frequent presence of 11 ARGs and intI1 in the sediments of the three bays. The qPCR results further showed that sulfonamide resistance was the most prevalent ARG type and antibiotic target replacement and protection were the most important resistance mechanisms in the sediments. Regarding the subtype of ARGs, sulI, tetW, and dfrA13 were the most abundant ARGs, in which sulI was higher in TB(based on both the absolute and relative abundances) and dfrA13 was higher in HB(based on the relative abundances). The network analysis revealed that intI1 had significant correlations with tetC, sulI, sulII, and blaPSE-1. Oil was the key connected factor, which had positive connections with sulI, sulII, and blaPSE-1. In addition, the joint effect of heavy metals and nutrients organic pollutants might be crucial for the fate of ARGs in the coastal sediments.     

挺水植物对城市河流中典型污水印记药物的去除

以AZM（阿奇霉素）、STZ（磺胺噻唑）、IBU（布洛芬）、DCF（双氯芬酸）、PRC（扑热息痛）、ATL（阿替洛尔）、CLF（氯贝酸）、CBM（卡马西平）和CAF（咖啡因）共9种WWMPs（wastewater-marking pharmaceuticals,污水印记药物）为目标物,采用HPLC-MS/MS检测方法,通过室内河流模拟系统,研究3种挺水植物组合（旱伞草+灯芯草、菖蒲+灯芯草、旱伞草+菖蒲）的人工生态系统在不同介质（水相、泥相、水生植物）中WWMPs的变化特性及对常规污染物（如COD_Cr、NH₃-N、TP、TN）的去除效果,并运用物料衡算等手段计算目标物的实际去除率.结果表明:3种挺水植物组合的人工生态系统对4种常规污染物的去除效果较为明显,COD_Cr、NH₃-N、TP、TN去除率范围分别为39.7%~47.8%、88.2%~99.4%、39.1%~58.1%和49.1%~58.5%;与无植物系统相比,挺水植物组合的人工生态系统对水相中药物有明显的去除效果,尤其是对CBM、IBU和DCF,最大去除率均在54.0%以上;旱伞草+菖蒲组合的人工生态系统对水相中CAF、CBM、CLF、DCF、IBU和STZ的去除效果较好,去除率为51.6%~87.7%;3种挺水植物组合的人工生态系统对泥相中WWMPs的去除效果大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草;不同挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的富集特性不同,9种WWMPs吸收效果大小依次为CBM > CLF > CAF > IBU > DCF > ATL > PRC > AZM > STZ;3种挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的实际总去除率大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草.研究显示,挺水植物组合的人工生态系统可以有效地去除城市河流中WWMPs及常规污染物,能作为净化水质、改善城市河流水环境的一种有效手段.      

生物质炭对沉积物中有机污染物的吸附固定作用机理

不同来源生物质炭表面和理化性质差别很大,对沉积物中有机污染物的吸附固定不同.以3种不同来源生物质炭（椰壳粉末、草木灰和聊城电厂灰）为研究对象,应用被动采样技术监测治理过程中污染物浓度的变化,揭示生物质炭理化性质及其与吸附固定效果之间的关系.结果表明:①3种生物质炭粒径相差不大,但椰克粉末的BET比表面积比草木灰和聊城电厂灰高2个数量级,孔隙结构发达.②吸附固定沉积物中有机污染物的静态模拟试验结果显示,椰克粉末对3类有机物（多环芳烃、苯系物和酞酸酯）的吸附固定作用均很强,投加10个月,沉积物孔隙水中3类有机物的质量浓度降低92.7%以上,与其属于非极性吸附剂、BET比表面积大、孔隙结构发达有关;草木灰和聊城电厂灰对酞酸酯的吸附固定作用较弱,分别为62.5%和59.6%,与其表面积小、孔隙结构不发达有关.③生物质炭吸附固定沉积物中有机污染物的动力学研究结果显示,草木灰和聊城电厂灰对酞酸酯的吸附固定作用能很快达到平衡,也与其BET比表面积小、孔隙结构不发达相关.研究显示,生物质炭的理化性质（如BET比表面积、孔隙结构等）是影响有机物污染沉积物治理效果的主要因素.      

三岔湖沉积物中葡萄糖脱氢酶gcd基因的多样性及其与环境因子的关系

为了研究沉积物中葡萄糖脱氢酶gcd基因多样性及其与环境因子的关系,揭示对水体富营养化有重要影响的微生物类群,分别于2017年的春季和秋季对三岔湖沉积物及其表层上覆水采样,对沉积物基因组DNA的gcd基因进行高通量测序,分析gcd基因多样性和群落结构特征,探讨其与环境因子之间的关系.结果表明:①12个样品共得到219 778条有效序列,分属于6门、9纲、15目、29科、46属、610个OTUs,主要来源于变形菌门（25.10%~98.85%）、酸杆菌门（0~3.99%）.②gcd基因序列系统发育树分为两支,四亚支,基因序列主要归属于根瘤菌目、伯克氏菌目、海洋螺菌目、假单胞菌目、酸杆菌目.③gcd基因的生物多样性大小为春季>秋季,湖中心>湖坝>湖尾;在gcd基因细菌群落组成上,季节性变化对L1、L2、L3、L5采样点影响较小,而对L4和L6采样点影响较大.④gcd基因的生物多样性与ρ（DO）、w（TP）、w（HCl-P）、ρ（DTP）显著相关,gcd基因的OTU组成和分布与ρ（DO）、ρ（DTP）显著相关.研究显示,三岔湖水体沉积物中的gcd基因具有较高的生物多样性,组成和分布呈现异质性,对ρ（DTP）具有重要影响作用.      

秋冬交替季节白洋淀沉积物有机质特性研究

为了研究白洋淀沉积物中有机质释放对秋冬交替季节淀区水环境的影响.将白洋淀分为自然保护区、旅游区、村落密集区、淀中村区和出淀口区五部分,在20个代表性采样点采集沉积物样品,采用光谱学方法表征样品中有机质特性,并研究氮、磷的溶解释放特征.结果表明:①在自然保护区、淀中村区和出淀口区,沉积物中有机质的腐殖化和芳香化程度较高,主要为陆源可见光类腐殖酸组分（C1）、海源可见光类腐殖酸组分（C3）和紫外光类腐殖酸组分（C4）;而在旅游区和村落密集区,有机质的腐殖化和芳香化程度较低,主要为类色氨酸组分（C2）,表明这些区域受人为活动影响大.②紫外吸收光谱和荧光光谱参数具有很好的相关性,可用于表征沉积物中有机质特征;类色氨酸组分的荧光强度与沉积物中w（TN）和w（TP）具有良好的正相关关系,显示出同源性特征.③与以类腐殖酸为主要成分的沉积物样品相比,氮、磷更易从以类蛋白为主要成分的沉积物中释放.研究显示,秋冬交替季节白洋淀沉积物中有机质以类蛋白和类腐殖酸为主,且类蛋白具有促进共存氮、磷溶解释放的作用.      

城市污水管网中污染物冲刷与沉积规律

为探明城市污水管网中污染物的冲刷与沉积规律,对西安市污水管网进行实际调研,结果表明,污水支管和干管的沉积物厚度时变化较大,变化量分别为0~24 mm和0~12 mm,管道污水中颗粒态污染物发生沉积和冲刷的概率高;而污水主干管的沉积物厚度时变化较小,管道内颗粒物沉积与沉积物冲刷水平维持相对平衡.为进一步明确污水中污染物浓度变化与水流流速的关系,建立了污水管道冲刷与沉积模拟中试装置,研究了不同流速下管道中碳(有机)、氮、磷三类污染物含量和粒径分布的变化规律.结果表明,随着污水流速的增加,冲刷强度增大,管道中污染物浓度急剧升高,通过粒径分布监测结果可知,管道中有机污染物易存在于粒径较大的颗粒物上,氮、磷类污染物易吸附在粒径较小的颗粒物上;当流速小于0.6 m·s~(-1)时,污水中颗粒态污染物的沉积作用大于冲刷作用,发生物理沉积,造成污水中碳源不足,当流速大于0.6 m·s~(-1)时,水流冲刷强度增大,沉积物被水流大量携带,但污水中碳类有机污染物的增加比重大于氮和磷类污染物,使现有污水碳源不足得到改观,利于生物脱氮除磷工艺的碳源需求.     

锁磷剂对杭州西湖底泥磷释放的控制效果

为探索杭州西湖高有机质底泥内源磷释放的控制技术,分别于春、夏、冬这3个季节采集西湖8个湖区的原状泥柱,进行室内磷释放过程连续培养,研究锁磷剂Phoslock对底泥磷释放通量的控制效果.结果发现,西湖底泥冬、春季磷释放通量较小,全湖平均分别为0.13 mg·(m~2·d)~(-1)和0.29 mg·(m~2·d)~(-1),而夏季则大幅度增高,全湖平均释放通量为3.29mg·(m~2·d)~(-1),每日全湖释放磷可达23.7 kg(以P计);空间上,磷释放通量受底泥有机质含量控制,底泥有机质污染重的湖区总体上磷释放通量大,而与底泥磷含量及有效态磷含量关系不大;投加630 g·m~(-2)的锁磷剂能够有效控制西湖底泥磷释放,在3个季节所有点位,均能将上覆水磷含量控制在0.010 mg·L~(-1)以下,夏季磷释放通量大的时期,锁磷剂的控磷效果达98%.本研究结果表明,即便对于高有机质含量、"香灰土"特征的西湖沉积物,锁磷剂的控磷效果也比较好.在西湖富营养化治理工程中,可以考虑在局部湖湾投放应用.