利用电动修复技术原位氧化去除黑臭底泥还原性污染物的室内模拟实验

城市河道底泥致黑臭多污染物的同步耦合去除是当前研究的热点。为实现河道底泥致黑臭污染物的同步去除,采用电动修复技术开展了氧化去除黑臭底泥硫化物、亚铁和氨氮等还原性污染物的室内模拟实验。实验结果表明:在单向通电(1.5 V·cm~(-1))10 d后,阳极区对底泥硫化物(AVS)、亚铁有明显的氧化效果,去除率分别达到59.51%和79.41%,但阴极的去除效果不明显;阳极区和阴极区均对间隙水氨氮有明显的去除效果,去除率分别为56.5%和73.9%。在氧化过程中,阳极和阴极出现明显的酸化和碱化现象,而这种两极酸碱化可以通过周期性切换电极的方式加以避免。在电极切换频率为1、2.5和5 d·次~(-1)时,对黑臭物质的氧化效果差别明显;在切换频率为5 d·次~(-1)时,对硫化物、亚铁氧化去除效果最好;在切换频率为2.5 d·次~(-1)时,对氨氮去除效果最佳。硫化物、亚铁、氨氮最大去除率可分别达到76.19%,72.48%和88.57%。由此可见,电动修复可以同步去除底泥中的致黑臭污染物质,改善水体水质,但其去除率有待进一步优化提高。     

典型富氧化铁土壤基质中铁异化还原的特性

选取华南地区常见的富铁土壤:砖红壤作为研究对象,采用序批实验,破坏性取样系统,研究了葡萄糖、乙酸钠和淀粉分别作电子供体时,砖红壤中Fe(Ⅲ)的异化还原特性及促进剂蒽醌二磺酸钠(AQS)和温度的影响.结果表明,砖红壤在葡萄糖、乙酸钠和淀粉厌氧体系中,均可以通过铁异化还原反应产生较高浓度的亚铁,同时伴随体系中有机物(COD)减少,但是相同有机碳(COD)和砖红壤含量情况下,亚铁产生量在3个系统间具有显著差异,淀粉体系最高,为479.28 mg·L~(-1),乙酸钠体系最低,只有(369.50±13.00)mg·L~(-1);典型的铁异化还原促进剂蒽醌二磺酸钠(AQS)对淀粉体系中砖红壤异化还原过程具有明显的促进效果,除了可以促使更多三价铁还原为亚铁外,也可以提高铁异化还原的速率,并且较高浓度促进剂效果更好,投加与砖红壤质量比1∶20000的AQS情况下,亚铁产量最高可达1101.36 mg·L~(-1);温度对砖红壤铁异化还原速率也具有明显影响,25℃和30℃差别较小,但温度降到20℃之后反应明显缓慢.     

使用含铁基质的水平潜流人工湿地间隙水亚铁离子及理化环境的动态变化

使用富含铁基质的水平潜流人工湿地,运行过程中,由于内部氧化还原和p H条件的变化,可能会导致基质中铁溶出,致使间隙水中亚铁离子增加,进而影响污水去除效率.本研究以使用富含铁基质的香蒲人工湿地系统为研究对象,分析了其处理富含有机物污水时,内部间隙水的亚铁离子、氧化还原电位(ORP)和p H时空变化特点.研究结果表明,各位点间隙水都含有较高浓度亚铁离子,范围为8.23~462.86 mg·L-1,远远高于进水中亚铁含量,表明运行过程中,基质铁大量溶出;内部各位点ORP在-236~40 m V之间,变化范围较大,多数位点ORP均为负值,表明整个湿地内部大部分区域处于厌氧状态,是污水中较高浓度有机物降解导致;ORP在水深方向逐渐下降,污水沿程方向是逐渐升高的,夏季ORP整体较高,春秋季较低.亚铁离子变化特点与ORP相反,ORP高的情况下,亚铁离子浓度较低,表明亚铁离子浓度受ORP影响.湿地内部各位点处的p H空间变化范围不大,在6.44~7.97之间,仍维持在中性范围.结合p H和ORP的分布特征可以得知,间隙水中亚铁离子应是基质中铁氧化物特别是三价铁氧物,络合和还原解离共同的产物.     

重污染感潮河道底泥释放特征及其控制技术研究

以珠江三角洲城市重污染感潮河道为对象,研究了底泥污染物(重金属、有机物和营养盐)在静态、潮汐作用影响及人工曝气扰动下的释放特征.在此基础上,采用曝气充氧、重金属化学固定、激活底泥土著微生物等联合技术对底泥释放进行控制,研究其控制效果.结果表明:①感潮作用加速了底泥污染物的释放,与静态释放相比,Cu、Zn、Pb、Cr、COD、NH 4-N和TP的平均释放速率提高了1～4倍,释放量增加了0.3～1.8倍;底泥平均耗氧速率提高了1.28倍.②人工曝气扰动使底泥污染物局部急剧释放,并使泥水界面由弱碱性变成弱酸性;在有氧环境,NH 4-N、TP的释放得到有效抑制.③投加石灰调节pH至8～9,上覆水体Cu、Zn、Pb、Cr的去除率达到85%～98%,同时还可去除92%的TP和86%的浊度;在微碱性好氧条件下,Cu、Zn、Pb和Cr的释放量稳定在300μg·L-1以下.④底泥土著微生物层对水体及底泥污染物有良好的降解作用,通过间歇曝气COD、NH 4-N、TP去除率分别可达到85%、92%和71%;但微生物层具有较高的耗氧速率,达到45g·m-2·d-1.     

污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性

采用常规分离培养方法,从富含亚铁厌氧还原态底泥中分离得到多株亚铁氧化硝酸还原菌,并从中选取1株:FX-Fe5菌株进行详细分析研究.经革兰氏染色、光学显微镜及扫描电镜观察,该菌为革兰氏染色阴性长杆菌,经16SrRNA测序分析确定为:拉乌尔菌属种类(Raoultella sp.).利用亚铁作为单独电子供体和亚铁与不同比例乙酸作为共同电子供体反硝化反应液,研究了FX-Fe5菌株对亚铁、硝酸盐氮和有机物的代谢特点.结果表明,FX-Fe5在24h内可对亚铁进行较大幅度的去除,去除率(%)分别为:89.77±0.47a(亚铁与乙酸盐比例1:1)、87.01±0.22b(亚铁与乙酸盐比例3:1)、86.96±0.07b(仅亚铁)、72.97±0.53c(亚铁与乙酸盐比例1:3),高于文献报道大部分纯菌的亚铁氧化率;亚铁和乙酸盐为共同电子供体时,乙酸和亚铁在硝酸还原过程中同步减少;重复反应的结果发现FX-Fe5菌株在不提供乙酸盐时,不能持续地利用亚铁进行硝酸还原反应.FX-Fe5菌株利用亚铁对硝酸还原过程中没有出现明显的亚硝酸盐氮和氨的积累,各反应体系反应气体中都含有N2O的存在,所占比例都不高,最高的情况不超过0.5%(5000×10-6),但不同电子供体间差别非常大.利用Biology对碳源代谢特点分析表明,FX-Fe5菌株但对单糖/糖苷/聚合糖类优先利用且利用程度较高.     

铜离子对2种沉水植物种植水抑藻效应的影响

为了阐明铜离子对沉水植物化感抑藻作用的影响,利用2种常见且具有明显化感抑藻效应的沉水植物：马来眼子菜和苦草种植水进行了研究,分析了协同加入铜离子的情况下,种植水对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）脆杆藻（Fragilariasp．）和沙角衣藻（Chlamydomonas sajao）等单细胞蓝绿藻生长的抑制效应。铜离子投入量参考污水综合排放标准,综合考虑水生动物和藻类的耐铜毒性范围,在较低的范围内设置4个水平：100、150、200、250μg铜离子每升藻类培养液。研究结果表明,与不同水平铜离子混合后,种植水的抑藻效应出现4种情况,（1）被消除,100μg·L-1铜离子加入后,马来眼子菜种植水对脆杆藻、苦草种植水对铜绿微囊藻的抑制作用被消除。（2）被削弱,马来眼子菜种植水在加入100μg·L-1和150嵋·一铜离子2种情况下,对铜绿微囊藻抑制作用被削弱,加入200μg·L-1铜离子后,对脆杆藻抑制作用被削弱;苦草种植水在加入150μg·L-1铜离子后,对铜绿微囊藻的抑制被削弱。（3）无变化,马来眼子菜种植水,分别加入200μg·L-1和250μg·L-1铜离子后,对铜绿微囊藻抑制效应不受影响,分别加入150μg·L-1和250μg·L-1铜离子,对脆杆藻抑制效应不受影响;苦草种植水,加入150μg·L-1铜离子后,对铜绿微囊藻抑制效应不受影响,加入100μg·L-1和150μg·L-1铜离子后,对沙角抑藻的抑制效应不受影响。（4）被强化,苦草种植水,分别加入200μg·L-1和250μg·L-1铜离子后,对铜绿微囊藻、沙角抑藻的抑制效应均被强化。沉水植物化感抑藻物质主要是小分子的有机物,包括各种有机酸,而铜离子极易和水中的有机物发生络合反应．可能是铜离子与种植水中某些抑藻化感物质发生络合反应导致其抑藻效应受到影响．具体机制有待进一步研究。     

自动控制实现两级混合床反应器处理垃圾渗滤液的短程硝化

采用两级混合床反应器(分别命名为 Hybrid Ⅰ和 HybridⅡ).对垃圾渗滤液中的COD和氨氮去除进行了试验研究,混合床由颗粒悬浮载体和固定组合软性填料相结合.试验以反应器的 DO、pH、ORP、SS等作为在线控制参数,研究了该反应器在固定温度(28～33℃)、不同进水负荷、DO 和 pH值下的运行效果,最后在 Hybrid 反应器的优化控制条件(DOHrbrid Ⅰ=(2.0±0.2)mg·L-1,DOHbrid Ⅱ=(1.5±0.2)mg·L-1,pHHybrid Ⅰ=8.0±0.2,pHHybrid Ⅱ=8.5±0.2,周期进水量为50L)下,实现了COD的高效去除以及氨氮的短程硝化去除.垃圾渗滤液进水 COD和氨氮分别为2300～5700mg·L-1和580～1150mg·L-1.两级混合床反应器工艺的COD和氨氮的去除率分别为93%和95%左右,总氮(TN)的去除率在82%以上.连续运行过程中 Hybrid Ⅰ和 Hybrid Ⅱ反应器的COD最大去除速率分别为 1.91 kg·m-3·d-1和0.75kg·m-3·d-1,氨氮亚硝化速率最大分别为 0.54kg·m-3·d-1和0.33kg·m-3·d-1.运行结果表明,该工艺耐冲击负荷强,处理效果稳定.     

重污染感潮河道底泥重金属污染评价及释放规律研究

以珠汀流域重污染感潮河道为研究对象,采用地累积指数、变异系数、相关性分析和潜在乍态风险指数对底泥中重金属的污染状况进行了评价,并考察了静态条件和模拟感潮条件下重金属的释放规律.结果表明:河道底泥的重金属污染严重,cu、zn、cr、Cd和Ph的平均含量分别为2083.96、1791.60、117.84、1662.92和3.71 mg·kg-1,均大大超过广州市土壤背景值;各金属的富集程度为Cu>Zn>Cr>Cd>Pb,其中Cu的富集程度已经达到6级,为极强污染;各重金属元素在底泥中的变异系数较小,沿程分布比较平缓,cu与cr、cd与cr之间的相关性良好.以广州市土壤背景值为参比值进行评价,郭村涌底泥中的重金属生态危害顺序为Cd>Cu>Cr>Zn>Pb,总体表现为极强的生态危害程度.与静态释放相比.感潮作用呵明显加速底泥重金属的释放,其平均释放速率提高了0.77～4.20倍,释放量增加了0.32～1.78倍,同时涨退潮过程低水位时段较之高水位时段底泥重金属释放平均速率增加0.48～3.33倍.     

广州市感潮水源河段重金属分布特征及健康风险评价

对广州市沙湾水道(感潮河流型饮用水源地)涨、退潮期间13个断面7种重金属含量进行监测,并应用化学致癌和化学非致癌健康风险评价模型对该感潮河段重金属进行健康风险评价,研究该感潮河段重金属含量及其健康风险的时空分布特征。结果表明:该感潮河段重金属具有显著的空间分布差异,而感潮作用对重金属含量的影响并不明显;该感潮河段化学非致癌重金属污染物健康风险值相对较低,Cu、Hg、Zn的年平均风险值为10-10a-1,远远低于瑞典、荷兰、英国推荐的可接受限值,而化学致癌重金属污染物所引起的人体健康危害较高,化学致癌重金属污染物As、Cd的年平均风险值分别为10-5 a-1和10-6 a-1,其中Cd的年平均风险值与瑞典、荷兰、英国推荐的可接受限值接近(1×10-6 a-1),As的年平均风险值接近国际(ICRP)推荐值(5×10-5 a-1),致癌风险极大,应优先加以控制。     

再生水补给水体中丝状藻爆发成因分析:以华南某水体为例

利用再生水作为河流、湖泊补给水已成为城市水环境治理的重要措施,但是再生水的汇入也为一些水体带来了"藻华"爆发的风险。针对再生水补给水体中易出现的丝状藻"藻华"现象,以华南地区某再生水补给的河流水体为例,通过现场调研和实验室实验,分析了丝状藻的生长模式及爆发成因。研究结果表明:丝状藻生长过程分为休眠、萌发、扩增和爆发4个阶段,在前3个阶段,丝状藻底部附着在河流底泥上并不断向水中分生出丝状体,积累到一定程度后挣脱底质上浮形成爆发。水网藻是案例河段"藻华"中的优势种类,生长速率和最大密度都远远高于伴生种类单歧藻,属于丝状藻"藻华"藻;水网藻的最适生长温度在25℃左右,但在15℃的低温下也具有生物量扩增能力;丝状藻的低温生长优势、在底质上的锚定和底质表面充足的光照是案例河段丝状藻"藻华"爆发的主要原因;建议通过底质铺设砾石层、抚育耐寒型沉水植被和以丝状藻为食的水生动物及采取早期生物量监控预警等措施对丝状藻"藻华"进行控制。