太湖流域典型河流沉积物重金属污染特征及生态风险评价

武宜运河位于太湖西部贯穿大部分太湖入湖河流,其重金属污染的研究,对太湖重金属污染来源,流域管理具有重要的意义。因此,2012年8月对武宜运河全程底质调查,分析了沉积物中Cu、Zn、Pb、Ni、Cr等元素,通过地累积指数评价、相关分析、潜在生态风险评价以及相关研究对比分析,得出以下结论:1)Cu、Zn、Pb、Ni、Cr污染浓度均值为129.38,207.74,52.13,28.26,77.06 mg/kg,其中Cu、Zn、Pb、Ni、Cr均超过毒性参考值(TRV),Cu超标达800%。Zn、Pb、Cr在世界湖泊沉积物中微量金属的范围(WCTMEL)内,Cu超出144%,Ni略低于WCTMEL;2)Ni-Cr、Zn-Pb具有较好的同源性。且Cu、Zn污染较高,达到"中—强"和"强"污染级别,Pb污染级别其次,Ni、Cr污染级别较低或无污染。可以排除武宜运河携带Ni、Cr污染物进入入湖河网的可能;3)Cu为武宜运河生态风险主要贡献因子。需加强工业园区地段重金属污染控制,减少污染来源,加大武宜运河对连同入湖水系的清水补充。     

太湖流域湖荡湿地水生植物的分布特征

2018年在太湖流域内的87个湖荡湿地调查中共发现64种水生植物,隶属于33科51属.总体来看,太湖流域水生植物种类、数量以及覆盖面积与历史上比较呈下降趋势.根据流域上不同地理区域分区（东、西、南、北4个）,分析太湖流域水生植物的分类和功能多样性,发现太湖流域四个区域的分类α多样性指数分别为4.33、5.58、5.01和3.46, β多样性指数分别为3.46、4.23、1.63和7.02,且北部和西部、北部和南部、东部和西部、东部和南部、西部和南部湖荡湿地的分类α多样性均有显著差异,同时太湖流域北部和东部、北部和西部、北部和南部、西部和南部湖荡湿地间的分类β多样性有显著差异.功能多样性方面,四个区域的β多样性指数分别为0.18、0.14、0.09、0.30,太湖流域各分区部分之间水生植物的功能β多样性均有显著差异.CCA结果表明环境变量对太湖流域湖荡水生植物组成的解释度为21.21%,水体总氮和总磷贡献最大,水体富营养化可能是影响太湖流域水生植物衰退的一个重要原因.     

微电解-电极生物膜法在污水深度处理中的应用

为考察微电解-电极生物膜法的污水深度处理效果,以受污染河水为处理对象,以碳素纤维作为微电解和电极生物膜的电极材料,研究微电解和电极生物膜的污水处理特点及运行条件.结果表明:微电解可有效去除污水中PN(颗粒态总氮)、PP(颗粒态总磷)、DTP(溶解性总磷)和NH3-N,去除率分别达到94%、95%、93%和98%;其中DTP的去除以与微电解产生的Fe2+的沉淀反应为主,NH3-N的去除以硝化反应为主.微电解提高了有机物的去除率,但对DTN(溶解性总氮)的去除率较低.电极生物膜能有效去除污水中的NO3--N,对不同进水水质的适应性较强,脱氮以自养反硝化为主,异养反硝化可有效去除剩余有机物,ρ(NO3--N)低于45.0 mgL的污水经过电极生物膜处理后,NO3--N可被完全去除.在HRT(水力停留时间)为8 h、电流密度为0.10 m Acm2的条件下,微电解-电极生物膜法对各种污染物去除效果显著,工艺运行稳定,出水ρ(TN)和ρ(CODMn)平均值均低于0.5 mgL,ρ(TP)低于0.05 mgL,浊度小于1.0 NTU,可实现污水的深度处理.     

抚仙湖夏季热分层时期水温及水质分布特征

为探究高原深水湖泊抚仙湖夏季热分层时期水温水质空间特征及昼间变化规律,于2014年7月在抚仙湖南部、中部及北部各选取一个代表点位,开展了各点分层采样及北部点位昼间连续分层采样调查观测.结果表明:(1)抚仙湖夏季水温分布具有明显的深水湖泊成层期温度分布特征,表面至水深15 m为变温层,水温变幅25.51~22.81℃,15~40 m为温跃层,水温变幅22.81~14.72℃,40 m以下为等温层,水温变幅14.72~13.70℃.湖体表层与湖底层的最大温差为11.8℃,与温带湖泊同期相比温差较小,而湖底等温层水温为14℃左右,较温带湖泊为高,体现了抚仙湖高原深水湖泊自身的水温成层特征.(2)水温成层决定了湖体的化学成层与生态成层特征:pH、溶解氧(DO)及电导率均呈现出与水温分布相同的分层结构,值得关注的是湖底层DO浓度低至2~3 mg·L~(-1),作为贫营养湖泊,抚仙湖底层开始出现溶解氧偏低的现象昭示着其可能面临潜在的生态风险;总磷(TP)及总氮(TN)由于温跃层的阻隔,等温层呈现一定程度的营养盐累积效应;叶绿素a与高锰酸盐指数也均与水温分层存在对应的响应关系,在湖体上层出现最大值.(3)抚仙湖热分层时期,水温分层存在昼间变化,中午光照辐射增强导致温跃层下潜,强度变大,厚度变窄,显著影响变温层和温跃层的pH、DO、电导率及叶绿素a等动态分布,TP、TN及高锰酸盐指数的昼间变化规律不显著.     

2009-2018年太湖大气湿沉降氮磷特征对比研究

为了研究太湖2009-2018年大气湿沉降的时空变化特征,于2009年8月-2010年7月及2017年8月-2018年7月进行了两次环太湖大气湿沉降逐月调查,并从降水中ρ（TN）和ρ（TP）、湿沉降率及沉降通量三方面,对比分析了太湖大气湿沉降的时空变化特征.结果表明:①2009年8月-2010年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.170、0.077 mg/L;2017年8月-2018年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.160、0.056 mg/L;T检验结果表明,两次调查ρ（TN）、ρ（TP）污染水平差异显著,主要是由于2017年8月-2018年7月较高污染浓度降水事件的减少,全年降水中ρ（TN）、ρ（TP）变异较小.②与2017年8月-2018年7月相比,2009年8月-2010年7月太湖TN、TP湿沉降率平均值分别下降33%和53%,且TN、TP湿沉降空间分布更均匀.③与2009年8月-2010年7月相比,2017年8月-2018年7月太湖流域大气TN、TP沉降通量分别为7 641和131 t,分别下降30%、47%.研究显示,两次调查降水中ρ（TN）平均值均远高于水体富营养化阈值（0.2 mg/L）,因此大气湿沉降中的营养盐对太湖富营养化的贡献不可忽视.      

抗坏血酸强化含水层介质Fenton降解PNP研究

为解决Fenton技术在地下水有机污染的原位修复中铁基材料难注入、降低二次污染的问题,并拓宽适用的pH范围. 以含水层介质(aquifer medium,简称“AM”)中的铁矿物为铁源,综合考虑区域地下水系统分区、地质类型和地质时代,采集京津冀5处典型地区浅层含水层介质,以天然还原剂/配体-抗坏血酸(ascorbic acid,简称“AA”)为强化试剂,构建了AM/AA/H₂O₂体系,并探究该体系对硝基苯酚(PNP)的降解效能以及环境pH对PNP降解的影响,同时揭示了AM/AA/H₂O₂体系降解污染物的机制. 结果表明:①五处含水层介质主要为长石类介质和碳酸盐类介质,表面都均匀分布了一定量的铁矿物,且以长石类介质催化H₂O₂分解降解PNP效果较好. ②抗坏血酸可显著促进含水层介质催化H₂O₂分解降解PNP,反应40 h内PNP的去除率最高可在89.00%以上(TOC的去除率为84.03%),与未加抗坏血酸的体系相比提升了6.82倍. ③降解PNP的主要功能自由基为·OH,是由液相中经抗坏血酸络合的铁离子催化H₂O₂分解产生的. ④与传统Fenton体系相比,抗坏血酸可有效拓宽AM/H₂O₂体系适用的pH范围,初始pH在5~10的范围内对PNP的降解无显著影响. 研究显示,AM/AA/H₂O₂体系在地下水有机污染的原位修复中具有较大的应用潜能.      

沉积物重金属累积特征与区域经济发展的响应关系

为阐明社会经济发展对沉积物重金属浓度变化的驱动作用,研究基于洞庭湖流域2003—2017年的主要社会经济指标和沉积物重金属数据,采用潜在生态风险评价指数法对沉积物重金属污染风险进行评价,结合EKC模型反映目前经济发展与洞庭湖沉积物重金属之间的宏观关系,并建立洞庭湖流域主要社会经济指标与重金属污染的响应关系。结果表明:随着洞庭湖经济的增长,洞庭湖沉积物重金属污染问题突出,其中Cd污染最严重,均值为3. 83 mg/kg,其次是Hg,均值为0. 20 mg/kg;潜在生态风险评价结果表明:Cd、Hg的风险最高,2种金属风险贡献率高达92. 25%,为主要污染元素;基于EKC模型拟合结果可知,沉积物重金属整体污染程度及其生态风险将持续加剧;而工业发展、有色矿产资源的开发利用和旅游业等第二、三产业发展对Cd、Hg的影响显著。因此,严格控制第二、三产业发展过程中入湖污染物的重金属含量是减少洞庭湖沉积物重金属污染的关键。     

基于GAM模型的太湖叶绿素a含量与环境因子相关性分析

随着富营养化程度的加剧,太湖近30年来水华频发.为了探讨太湖西部沿岸水华暴发与环境因子的关系,于2017年4月1-18日（当地历年蓝藻暴发早期）在太湖西部沿岸进行了密集原位调查.共采集样品72个,测定了水温、溶解氧、各形态氮、磷营养盐浓度以及风速等环境指标,并利用GAM（广义相加模型）定量分析了叶绿素a含量与各环境因子间的关系.结果表明:①叶绿素a含量波动幅度较大（17.10~795.89 mg/m3）,太湖西部沿岸带有明显的蓝藻水华暴发现象.②水温、风速以及硝态氮浓度与叶绿素a含量的变化显著相关（P<0.05）,各环境因子按其对叶绿素a含量变化的解释率排序为水温>风速>硝态氮浓度.其中水温是影响叶绿素a含量最为重要的环境因子,叶绿素a含量随着水温的升高呈现明显上升趋势.风速也是影响叶绿素a含量的关键因子之一,较低的风速（<3 m/s）有利于蓝藻的漂移集聚从而形成水华,引起叶绿素a含量的升高.研究显示,GAM模型较好地解释了叶绿素a的含量变化,模型总体解释度达到70.6%,可为太湖西部沿岸蓝藻水华早期的预测预警提供一定的基础支撑.      

太湖流域土地利用与河流水质污染状况的相关性研究

以太湖流域为例,基于GIS空间技术分析了不同缓冲半径下土地利用类型的特征,运用Pearson相关分析及典型相关分析对6种不同土地利用类型与10种水质指标进行相关性研究。结果表明:建设用地和耕地为流域内主要土地利用类型;近岸范围内(1 km以内)建设用地为主要污染输出源,与水体水质指标呈明显的正相关,而耕地与水质指标具有较为明显的负相关性,说明耕地对污染物质具有吸附过滤作用;远岸范围内(1 km以外)耕地与TP呈显著正相关,而与DO呈显著负相关,说明耕地造成了面源污染;水域分布与NO-3-N、TP呈负相关性,而与CODMn呈正相关说明其兼具污染物质的稀释净化与汇集输送作用;林地和草地与CODMn呈明显的负相关性,说明其对污染物具有截留吸收作用。