扬水曝气器的水质改善功能及提水、充氧性能研究

扬水曝气器是水源水质改善设备,应用于湖泊水库水源地,抑制藻类生长,控制底泥污染物释放,取得了良好的效果.建立了扬水曝气器上升流速数学模型,用于模拟计算扬水曝气器的提水能力.建立了扬水曝气器曝气室的充氧能力数学模型.在实验室实测了扬水曝气器上升流速及其对水体的充氧过程,实测值与模拟计算值吻合较好,验证了提水、充氧能力数学模型.     

不同挂膜方式成熟滤料去除地下水中As(Ⅲ)研究

通过动力学和动态柱实验对比研究了不同挂膜方式成熟滤料去除地下水中As（Ⅲ）效能.并采用SEM-EDS?XRD及FTIR等表征手段对滤料形态和结构进行了分析.结果表明,两种滤料的形貌具有较大差异.采用化学挂膜的滤料去除As（Ⅲ）性能更优.二级动力学模型能较好地模拟两种滤料除As（Ⅲ）动力学过程,自然挂膜滤料和化学挂膜滤料拟合速率常数分别为8.568×10^-6和14.248×10^-6mg/（g·min）.Yan模型对动态柱实验穿透曲线的拟合系数R²>0.999.通过脱附再生实验,发现0.5mol/L的NaHCO₃作为脱附剂可使滤料有效再生.对比过滤前后滤料的XRD分析结果,滤料结构变化不大,除砷能力稳定.滤料表面铁锰氧化物含量直接影响滤料除As（Ⅲ）性能.两种滤料在除砷过程中均消耗了羟基.本研究为不同方法去除地下水中As（Ⅲ）提供了理论支撑,具有一定工程指导意义.     

人工诱导水库分层水体提前混合对细菌群落结构和代谢活性的影响

水库水体分层是导致底层水体厌氧,产生内源污染的重要原因,人工强制混合充氧可以使分层水体提前实现完全混合,当秋冬季气温低于混合水温时,停止混合充氧系统水体仍可自发地持续进行混合,极大地延长了底层水体及沉积物的好氧周期.上述阶段中,人工强制混合期底层水体温度逐渐升高直至完全混合,自然混合期混合水体温度持续下降,溶解氧保持在7.84～9.86 mg·L^-1.为研究人工诱导水体提前混合对水源菌群及有机污染物代谢的影响,以西安金盆水库为研究对象,在原位监测水质指标的基础上,采用高通量DNA测序技术和Biolog技术分析细菌群落组成及其代谢活性.结果表明,持续自然混合期金盆水库优势菌门为放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）,二者相对丰度之和占细菌群落的60.9%～66.2%.放线菌门（Actinobacteria）中的优势菌为CL500-29＿marine＿group（15.96%）,其次为hgcl＿clade（9.25%）.水库水体在完全混合初期,受温度和溶解氧升高影响,细菌活性相对较高,有机污染物指标高锰酸盐指数和溶解性有机碳...     

混凝沉淀对净水工艺中仙女虫的控制研究

为有效应对O3-BAC工艺引起的净水工艺中仙女虫污染风险,进行了混凝沉淀对仙女虫控制效果研究.首先进行了自来水厂混凝沉淀单元仙女虫现场采样分析,再结合仙女虫混凝沉淀去除的烧杯实验和沉淀池迁移模拟实验,分析探讨混凝沉淀对仙女虫的去除规律和控制效果.结果表明,自来水厂混凝沉淀和烧杯实验条件下的混凝沉淀均对仙女虫去除效果明显...     

斑马鱼群体行为变化用于水质在线预警的研究

采用计算机摄像跟踪技术,以正常水体中斑马鱼鱼群的行为变化为基础,模拟污染物突发暴露下斑马鱼鱼群游动行为(速度和高度)、通讯行为(平均距离和分散度)和区域分布(不同区域停留时间)的变化规律.结果表明:在氯氰菊酯和溴氰菊酯联合突发暴露下,斑马鱼表现出慌乱不安的过度活跃,游动速度在暴露前30 min内持续增大,变化区间由暴露前30～60 mm·s-1增至60～85 mm·s-1,而后又迅速下降至20mm·s-1左右.高度的变化稍微滞后于速度的突变,在暴露12 min后才明显增高.持续的污染物暴露和其对鱼的毒性作用也破坏了鱼群原有的通讯和分布规律,平均距离和分散度分别增大43.5%和120.0%,且鱼群在浓度相对较低、接近水面的出水口附近的停留时间明显增加.与传统的以个体鱼和单一行为反应为监测对象的方式相比,基于斑马鱼群体行为变化用于水质在线预警系统能够获得更加全面、有效的信息,是预警水质突变的可靠手段.     

针铁矿的非生物还原解离特征及Slogistic模型拟合

以针铁矿为研究对象,分析了电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS对针铁矿非生物还原解离作用的影响.结果表明,在没有氧化还原中介体的参与下,针铁矿的非生物还原作用十分微弱;AQS加入体系后,针铁矿的非生物还原程度在经历一定的反应时间后显著加剧,且还原过程中生成的解离态Fe(ΙΙ)含量随时间的变化趋势符合典型的Slogistic曲线特征.Slogistic拟合结果表明:一定电子供体浓度下,不同浓度针铁矿的非生物还原Slogistic模型拟合的校正R2在0.9887~0.9953之间.当针铁矿浓度维持为一恒定值时,电子供体浓度不足的情况下,针铁矿的非生物还原的Slogistic 曲线特征较弱;当电子供体浓度充足的条件下,Slogistic模型拟合的校正R2系数可高达0.9967.电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS的参与对Slogistic模型拟合参数均有一定的影响.     

分层型水库藻类季相演替的细菌种群驱动机制

浮游藻类和水体中的细菌是水生食物网的组成部分,在淡水生态系统的结构和功能中发挥着关键作用.然而,对于水库当中藻类和细菌群落如何互作及其对变化的环境条件的响应研究却较少.本文以李家河水库为研究对象,采用16S rDNA高通量测序技术和共生网络分析方法,分析了藻类种群时空演替与细菌群落的生态互作关系.结果表明,在藻类群落结构中,硅藻和绿藻也为全年优势门类,且在8月,蓝藻取代硅藻成为第二大优势门类,平均相对丰度为30.13%.DNA测序分析表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为全年优势细菌,其中变形菌门在7月达到全年最大相对丰度71.68%.酸杆菌门和异常球菌-栖热菌门作为稀有类群,其相对丰度最大分别为10.20%和5.56%.共生网络分析表明,藻类与细菌之间的关系以正相关居多,表明二者之间的互作关系可能以互利共生为主.Methylotenera作为关键节点,与小球藻呈显著正相关.柵藻作为藻类群落中的关键节点,与甲基杆菌属、Solitalea和红育菌属等多种细菌显著负相关.RDA分析表明,藻类和细菌群落的演替受到水温、pH和电导率的显著调控,环境因子对藻类和细菌群落变异解释分别为93.1%和90%.本研究结果将为深水型水源水库生态系统中藻菌互作关系的微生态驱动机制提供科学依据.     

水体沉积物中石油类物质释放过程动力学研究

模拟水体沉积物中石油类物质向水相中释放的动力学过程,探讨在不同石油污染强度下,石油物质在水相中饱和浓度的变化。研究结果表明:上述过程可以用滞膜模型进行描述,释放过程为典型的一级动力学过程,沉积物中石油含量与水相中石油的释放浓度呈正向关系,在相同的释放条件下,污染强度越高,水相中石油的饱和浓度越高,释放速度也越快。     

破坏水库水温分层系统的能量效率估算:以金盆水库为例

为指导高效节能的破坏水库水温分层技术及系统的选择,需建立统一的能量效率基准.根据质量守恒和热量守恒定律,求出分层水库水体完全混合后的水温,计算水库水体混合前后的重心;采用库容以及与水温相关的密度等数据,对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能,混合后水体总势能的增加量即为破坏分层所需的最小理论能量,应用耗电量估算法得到破坏分层所产生的最小碳排量;破坏分层系统的能量效率为破坏分层的最小理论能量与实际输入能量之比.以西安金盆水库为例,采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,应用该方法估算了水库不同季节破坏分层所需最小能量和扬水曝气破坏分层系统的能量效率.采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,计算破坏分层所需最小能量.结果表明随水体垂向温度梯度的增加而增大,在6~10月期间相对较高,7月达到最大值2432.08kW?h;该水库扬水曝气破坏分层系统的能量效率约为4%;在水温分层开始阶段运行破坏分层系统可有效降低破坏分层所需的能耗,减少碳排放量.     

氧化还原电位及微生物对水库底泥释磷的影响

为了解上覆水环境以及生物作用对水库底泥释磷作用的影响,本研究通过选取石砭峪水库底泥作为贫营养水库底泥代表,在实验室模拟了不同物理化学条件及不同微生物条件下水库底泥静态释磷过程.实验期间调查了上覆水处溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、pH等条件的影响,定期监测了上覆水中的溶解性正磷酸盐(PO3-4)、总磷(TP)、亚铁离子(Fe2+),反应开始前与结束后测定了底泥中不同持留形态的磷组分,其中包括铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、总磷(TP),同时测定了反应前后底泥中碱性磷酸酶活性(APA).实验证明,ORP0 mV的强还原性条件能够促进底泥中的磷大量释放,同时伴随着大量的Fe2+进入上覆水中.底泥中释放的磷是以Fe/Al-P和IP为主,并且进入水体中的磷大部分是PO3-4,占超过水体中TP的50%以上.底泥中微生物的活动能够促进OP的分解和转化,对底泥中其他形态的磷转化为PO3-4进入水体影响不大.同时微生物也可以吸收上覆水中除PO3-4之外的磷营养进入底泥中储存起来.