非常规水源补给的城市河道型水库水质改善与水生态修复专栏序言

沙河水库是北运河上游水系重要的节点和多源污染的重要聚集处.基于国家水专项北运河项目的“源-流-汇”全过程污染防控思路,沙河水库课题以改善水环境质量、提升水生态功能为目标,统筹“水环境、水资源、水生态和水动力”,识别和诊断其主要问题,研发与集成面向沙河水库的水环境质量改善与水生态修复关键技术;通过水位调控和工程示范,形成了适于非常规水源补给的城市河道型水库水质改善与水生态修复综合集成技术,支撑了沙河水库水环境质量改善及水生态修复综合示范区建设,促进了沙河水库水质改善和水生态功能提升,并支撑“北京市昌平区沙河湿地公园”项目获得了北京市发展和改革委员会批复立项.     

南昌某城市污水处理厂进水浓度低成因分析研究

针对南昌某城市污水处理厂进水浓度低的现象,为明确造成污水处理厂进水浓度低的原因,通过对南昌市2018—2020年降雨特征对污水处理厂进水污染物浓度影响的统计分析,估算了降水对雨污合流制管网污水浓度的影响.考察了合流制管网4个污水提升泵站、污水处理厂的日处理水量,结合水量平衡三角法,核算地下水、河水、雨水的渗入.以及利用倒排查法对源居民小区内/外-污水提升泵站-污水处理厂的水质沿程采样分析,得出相关结论.研究结果表明：①2018—2019年上半年污水处理厂进水COD在降雨后2~5 h进水浓度明显降低;但2019年下半年—2020年这种相关性明显削弱.②污水处理厂日进水COD受泵站的日流量的影响,呈显著负相关.③水量三角平衡定量分析表明地下水、河水混入28%~38%,雨水混入11%~18%.④水质沿程的分析显示小区到某些泵站的浓度明显降低,雨天COD、氨氮浓度分别减少了69.78%、75.21%,晴天COD、氨氮浓度分别降低了66.78%、76.94%,表明相应的小区外-泵站段的市政管网是污水处理厂进水浓度降低的关键管段,亟需进一步重点排查和改造.⑤老旧小区排水浓度受天气的影响远比新小区大,雨天分别比晴天减少79.23%、67.87%和54.40%,可能发生了大量雨水混入.     

天津滨海新区湿地退化驱动因素分析

以1993年设立的天津滨海新区为例,基于遥感影像分析和社会经济发展等数据,采用典型相关分析方法定量分析1993—2007年之间天津滨海新区湿地退化的驱动因素.研究结果表明,天津滨海新区湿地退化严重,自然湿地面积急剧减少,河流类自然湿地面积和滩涂类自然湿地面积分别由1993年的117.04km2和1098.60km2下降到2007年的99.63km2和721.08km2;人均GDP、水产养殖和非农业人口比例依次是天津滨海新区湿地退化的最主要驱动因素,它们的典型载荷系数分别为-0.986、-0.918和-0.836;在次要驱动因素上,污水量、年均降雨量依次是盐田类人工湿地面积和水稻田类人工湿地面积变化的驱动因素,它们的典型载荷系数分别为0.692、-0.480;二产占比、三产占比是非湿地面积变化的驱动因素,它们的典型载荷系数分别为-0.541和0.639.     

社会经济发展对永定河流域(北京段)与温榆河流域地下水的影响分析

以永定河流域（北京段）和温榆河流域为对象,通过历史数据收集、整理和统计分析,研究流域内地下水环境的历史变迁和社会经济发展对其的影响.结果表明,1978—2008年间永定河流域（北京段）和温榆河流域均存在地下水埋深加深、地下水资源和地下水开采量略增、地下水水质恶化的趋势.1940—2008年间两流域的地下水埋深、地下水资...     

大型再生水厂不同工艺的COD、TN和TP去除效果及其影响因素分析

以北京某大型再生水厂为研究对象,通过统计分析历史数据,系统研究了2008和2013年不同工艺(倒置A2/O工艺、A2/O工艺、A2/OMBR工艺)中主要污染物COD、TN和TP去除效果的年际、年内汛期、寒冷季和温暖季的变化特征,并分析了2013年这3种污染物去除效果变化的影响因素.结果表明,同2008年相比,2013年不仅进水的COD浓度升高,TN浓度和TP浓度降低,导致进水的碳/氮/磷比值从2008年的100∶14.5∶1.4升高到2013年的100∶10.1∶0.9,而且主要污染物去除效果均有明显改善,改善幅度依次为TPCODTN.年内变化特征表现为:汛期进水COD、TN和TP的浓度降低但波动加剧,它们的去除率降低,因此汛期出水COD稳定、TN浓度降低而TP浓度波动;温暖季进水COD、TN和TP的浓度高,它们的去除率有不同程度提高,因此温暖季出水的TN浓度波动较大、COD和TP浓度稳定.冗余分析(RDA)结果表明,一期倒置A2/O工艺的出水TN和TP浓度同步波动,主要受工况变化影响,脱氮除磷的碳源竞争是导致出水TN浓度降低、TP浓度升高的重要原因.二期A2/O工艺的出水COD浓度和TN浓度主要受进水水质波动影响.三期A2/O-MBR工艺的出水水质最稳定,膜运行性能至关重要.     

高负荷厌氧生物反应器的三元酸碱缓冲体系特征与调控

高负荷是升流式(Up-flow Anaerobic Sludge Bed, UASB)、内循环厌氧反应器(internal circulation, IC)和厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)等厌氧生物反应器发展的趋势,也是实现"沼气升级(biogas upgrading)"的难点.挥发性有机酸(volatile fatty acids, VFAs)和溶解性无机碳(total inorganic carbon, TIC)既是厌氧消化必经的中间产物,又与氨氮等弱碱共同影响高负荷厌氧消化过程的pH变化,并决定着沼气中的甲烷含量.VFAs、TIC和氨氮构成的三元pH酸碱缓冲体系是高负荷厌氧消化"沼气升级"的关键操作条件.本文总结了高负荷厌氧消化过程中pH变化规律和影响,针对不同VFAs/氨氮关系的形成机制,分析了高负荷厌氧消化碳酸盐缓冲体系特征及其对沼气CH_4/CO_2构成的影响.以厌氧膜生物反应器为例,讨论了近年来基于pH在线监测和调控方法、理论模型方面的研究进展,同时对未来的重点研究方向提出展望,以期为今后的高负荷AnMBR研发提供参考.     

零价铁对厌氧消化过程中氨氮抑制解除的影响

氨氮抑制是影响高含固有机固体废弃物厌氧消化产甲烷效率的重要因素.本研究通过实验室批量实验,考察了微米级零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化的影响以及对高氨氮抑制解除的影响.结果表明,投加4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)零价铁对剩余污泥、热水解污泥厌氧消化过程中的产甲烷速率、迟滞时间和产甲烷潜势等动力学特征均未有影响.但是,在高氨氮抑制的厌氧消化过程中, 4 g·L~(-1)和10 g·L~(-1)的零价铁投加可使厌氧消化受氨氮抑制的产甲烷迟滞时间由对照组的18.61 d分别缩短为17.22 d和16.18 d,最大产甲烷速率(以VS计)由对照组的6.34 mL·(d·g)~(-1)提升为7.84 mL·(d·g)~(-1)和7.39 mL·(d·g)~(-1).零价铁并未通过化学反应对厌氧消化的pH缓冲体系产生直接影响,而是使氨氮抑制后的产甲烷优势古菌Methanosarcina的相对丰度(27 d)由对照组的30.71%提升到53.50%和60.30%.本研究证明了零价铁并不能提升污泥产甲烷潜势,而只是在受抑制影响的厌氧消化过程中,刺激产甲烷微生物的代谢活性,强化如氨氮抑制影响的快速解除.     

大型再生水厂不同污水处理工艺的能耗比较与节能途径

能耗是再生水厂运行主要的考核指标.采用比能耗分析法、单元能耗分析法以及冗余分析法等探讨了清河再生水厂不同污水处理工艺(倒置A2/O、A2/O和A2/O-MBR)的能耗构成和时空分布特征.重点考察了A2/O-MBR工艺的主要能耗环节和原因,探讨了A2/O-MBR工艺的节能改造方法,并比较了其改造前后的能耗.结果表明,曝气是清河再生水厂污水处理的常规工艺和A2/O-MBR工艺的主要耗能需求,分别占总能耗的42.97%和50.65%.在保证A2/O-MBR工艺出水水质的同时,采用脉冲曝气改造后节能效果明显.改造后的膜运行通量增大约20%,吨水能耗为0.53 k W·h·t-1,降幅达42.39%,去除单位COD能耗为1.29 k W·h·kg-1,降幅达54.74%.该厂A2/O-MBR工艺回流量大,但与出水水质相关性较弱.在一定范围内降低回流比不会造成出水水质恶化,因此可作为进一步节能的方向之一.     

温榆河水化学特征演变及其影响因素分析

通过对1980—2006年温榆河主要离子浓度和比例及北京市社会经济发展的综合分析,探讨了温榆河水化学特征的演变及其影响因素.结果表明,温榆河河水呈盐渍化趋势,其中1991—2006年温榆河水的Na⁺、Cl^-、SO₄^2-及TDS浓度显著上升,而HCO₃^-浓度保持稳定,总溶解性固体(TDS)浓度多年平均值为678.0 mg·L^-1,略高于1970年代北运河土门楼站TDS的661.4 mg·L^-1.温榆河水化学类型为重碳酸盐钙、镁、钠型,自然因素中主要受岩石风化和蒸发作用的控制.与岩石风化及蒸发作用等自然因素相比,农田排涝和城市退水等人为因素在温榆河1980—2006年水化学特征演变过程中具有更为显著的影响,并且K⁺、Cl^-、SO₄^2-和Ca²⁺受人类活动影响较大.Pearson相关分析结果表明,北京市社会经济发展对温榆河河水中K⁺、Cl^-、Ca²⁺和SO₄^2-的浓度变化影响显著,其中K⁺与人口密度、人均GDP、钾肥施用量和道路面积之间呈显著性正相关(r>0.7,p<0.01),与耕地面积、粮食播种面积、灌溉面积、农业用水呈极显著性负相关(r <-0.7,p<0.01);Ca²⁺和SO₄^2-与城市化率和煤炭使用率均呈显著性正相关(r>0.49,p<0.05).该研究结果可为今后北京市合理开发利用温榆河水资源和建设温榆河绿色生态走廊提供科学依据.     

北运河上游合流制管网沉积物的月变化与污染物赋存特征

合流制管网沉积物是溢流污染的重要来源,明确其月变化和污染物赋存特征,有助于管网沉积物控制和溢流污染负荷削减.本研究现场调查了北运河上游合流制管网沉积物的月变化和污染物赋存特征,结果表明,管网沉积物的粒径分布为大颗粒（10目）、10~40目颗粒和细颗粒（60目）分别占36%、~50%和15%（质量比）.管网沉积物在干季初期（10月）大颗粒（灰分）升高,随后细颗粒、有机污染物负荷（VS）逐渐累积升高.沙河库区水环境质量的关键污染物氨氮和总氮,在底泥中的浓度分别在6—9月（汛期）和5月达到峰值,均在40目的颗粒上浓度最高;管道沉积物氨氮和总氮负荷分别在4月和5月达到最高峰,进入汛期后逐步降低.去除40~60目的颗粒能削减80%以上的管网沉积物氨氮和总氮负荷.干季的管网沉积物控制和雨季的溢流口物理处理,能够有效削减溢流污染负荷.