嘉兴南湖水系水污染特征分析及治理策略

对过水性湖泊南湖及其水系7条主干河道水质进行调查研究,结合该水系2012—2015年相关历史数据,阐述南湖水系水污染特征并提出相应的治理策略。结果表明,根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002),南湖属于Ⅴ类水,7条主干河道中有4条为Ⅳ类水,2条为Ⅴ类水,1条为劣Ⅴ类水,其中TP和高锰酸盐指数分别是影响南湖和河道水质的关键性指标。南湖水系水质自2012年以来持续改善,氨氮和TP浓度总体呈下降趋势,且入湖河道主要污染物指标变化趋势与南湖基本一致。城乡生活污水、畜禽养殖废水、农田径流是造成南湖水系水污染的主要原因,建议采用控源截污、生态修复等治理措施实现南湖水系改善和生态系统健康发展。     

植物配置对表层流湿地净化效果的影响研究

以郑州市贾鲁河河水为处理对象,研究了不同植物配置表层流湿地的水质净化效果及影响因素。研究表明,单纯挺水植物湿地对TN、TP、NH4+-N和COD的平均去除率分别为28%、58%、49%和26%;采用沉水植物+浮叶植物+挺水植物组合的湿地对TN、TP、NH4+-N和COD的平均去除率分别为37%、64%、63%和32%,在对NH4+-N和TN的处理效果上表现出明显的优势,DO含量变化是导致处理效果差异的主要原因。研究结果表明,在湿地植物配置上,可从氮循环的角度,通过合理搭配湿地植物,强化硝化反硝化作用,以提高对氮素的去除效果。     

骆马湖泥-水界面磷铁硫原位同步变化特征

利用薄膜梯度扩散（DGT）原位采样装置获取了骆马湖全湖8个典型湖区泥-水界面（SWI）活性磷（P）、铁（Fe）、硫（S）垂向分布信息，据此定量估算三者交换通量.结果表明，骆马湖沉积物剖面P、Fe、S浓度范围分别为0~2.05，0~11.10和0.01~0.63mg/L，并在微小尺度呈高度空间异质性.在水平方向上活性P、Fe主要表现为西北湖区高于东南湖区，而活性S则未表现出明显的分布规律；就垂直剖面而言，活性P、Fe、S自界面向下呈升高趋势，并在60mm深度内出现峰值，且活性P和Fe剖面呈明显的同步变化特征；活性P、Fe在多数点位具有显著的正相关性（r>0.65，P<0.01），且各采样点沉积物中的总铁与总磷比值[w（∑Fe）/w（∑P）]均高于15，这表明Fe的地球化学循环过程对于骆马湖内源磷释放起重要控制作用；8个采样点样品中活性P、Fe、S交换通量分别为0.066~0.698，1.671~5.592和0.007~0.071mg/（m²·d），表明P、Fe、S由沉积物向水体释放.西北湖区表现出较高的P通量和活性P浓度，这可能会增加南水北调过程中水质污染的风险，应予以重视.以上结果支持了P、Fe耦合释放机制，明确了骆马湖SWI的活性P、Fe、S迁移特征.     

复合型人工湿地模型对污水厂尾水的深度净化效果

采用由一级垂直流湿地、连续的4级沉水植物氧化塘和二级垂直流湿地组成的复合型人工湿地处理小城镇污水处理厂尾水。结果表明,在0.13 m3.m-2.d-1水力负荷条件下,模型出水仅ρ(CODCr)和ρ(氨氮)(以NH4+-N计)达到地表Ⅲ类水标准(GB 3838—2002);但当进水ρ(TP)达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准时,出水ρ(TP)亦达到地表Ⅲ类水标准。当二级垂直流湿地水力负荷调整为0.06 m3.m-2.d-1时,出水ρ(TP)和ρ(TN)最终都达到地表Ⅲ类水标准。认为水体中TN主要通过一级垂直流湿地的过滤吸附和二级垂直流湿地的反硝化作用去除,而TP则主要以一级垂直流湿地中石灰石的吸附沉降方式来去除。     

藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应

为探索不同密度藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应,设置了对照组(无藻屑添加)、2个藻屑添加组(分别为1倍组(加入0.06 g干藻,约6 g·m~(-2),以干重计)、20倍组(加入1.2 g干藻,约120 g·m~(-2),以干重计)),于(16±1)℃避光培养.结果表明,实验前4 d,20倍组藻屑分解耗氧剧烈并释放出大量溶解性有机质(DOM)及氮、磷营养盐.其中,溶解氧(DO)浓度迅速下降至1.4 mg·L~(-1)以下,上覆水中类色氨酸类物质荧光强度在第4 d最高(0.8 RU)且高于空白组,对荧光强度的贡献比例高达51.7%,为DOM的主要成分,说明藻屑分解释放大量类色氨酸物质.释放的溶解性无机氮(DIN)、溶解性总磷(DTP)以氨氮(NH_4~+-N)、正磷酸盐(PO_4~(3-)-P)为主要形态.随后实验阶段上覆水中SR值、E250/E360值降低,E253/E203值增加,说明藻屑在降解过程中腐殖化程度逐渐增加,取代基种类减少,导致释放的DOM以类腐殖质为主.因此,20倍组类色氨酸类物质逐渐被降解,导致荧光强度逐渐降低,类腐殖质荧光强度增加,对荧光强度的贡献比例高达62.7%.而对照组与1倍组污染物释放培养期间无显著性差异,DOM及氮、磷营养盐释放浓度均低于20倍组.因此,120 g·m~(-2)藻屑密度堆积情况下可造成水体明显缺氧至厌氧,导致大量氮、磷营养盐及溶解性有机物释放至上覆水中,成为水体富营养化的重要营养源.     

微曝气垂直流湿地中4种基质的充氧性能研究

通过模型曝气实验研究了公分石、火山石、500级陶粒、高强级陶粒4种基质和空白水柱分别在0.19、 0.38、 0.76 m³·(m²·h)^-1 3种曝气强度下的充氧性能.结果表明,在相同条件下,曝气强度越大,氧转移速率常数K_La越大,填充了基质的模型的氧转移速率常数比空白提高了5～7.8倍;在0.19 m³·(m²·h)^-1曝气强度下,500级陶粒和高强级陶粒的氧利用率最高,分别为14.39%和14.21%,火山石和公分石的氧利用率分别为13.11%和11.68%;随着曝气强度的提高,公分石的氧利用率明显高于其它基质,在0.38 m³·(m²·h)^-1曝气强度下达到最大值14.04％,比该状况下空白模型的氧利用率高出3倍,火山石的氧利用率持续下降,在0.76 m³·(m²·h)^-1曝气强度下,氧利用率为7.67%,500级陶粒和高强级陶粒的氧利用率较为稳定,维持在10%左右.     

人工增氧型复合湿地污染物净化效果

针对传统人工湿地负荷低、硝化能力弱和易堵塞的缺点,结合曝气生物滤池与人工湿地强化理论的研究成果,自主开发了人工增氧型复合湿地工艺,即生物接触氧化预处理+微曝气垂直流湿地+水平潜流湿地。通过对滇池北岸城郊混合制污水处理的模型试验,分析该工艺流程各净化单元的污染物去除效果。结果显示,人工增氧型复合湿地对不同水力负荷和污染负荷都体现了较强的缓冲调节能力和较高的净化效果。对污染物的总去除率分别为SS 94.5%、CODCr71.3%、氨氮72.3%,在进水总氮10.0 mg.L-1条件下实现了41.9%的总氮去除率,出水总氮均值为5.8 mg.L-1。     

沉水植物伊乐藻光合放氧对水体氮转化的影响

实验室内利用聚乙烯容器于光照培养箱内开展开放和封闭实验,研究沉水植物伊乐藻（Elodea nuttallii）光合放氧对水体氮转化的影响及其对水体氮的净化效果和机理。结果表明,伊乐藻光合放氧使水体DO和pH值升高,促进了开放系统氨氮的挥发,同时水体较低的氨氮含量及较高的pH值抑制了氨氮向硝氮的转化。封闭系统通过阻止氨氮的挥发降低了总氮的去除作用,但并不影响氨氮向硝氮的转化。另外,高的DO和pH环境不利于反硝化细菌的存活,使反硝化作用比较微弱或不存在。     

微曝气垂直流湿地污染物去除动力学模型分析

通过对自主研发的微曝气垂直流湿地系统长期运行观测数据的统计分析,在参考填充塔模型基础上,利用质量衡算方程建立了微曝气垂直流湿地污染物去除动力学模型,并利用该模型对湿地在气水比分别为0.5:1、1:1、2:1和3:1时的污染物去除效果和去除动力学常数k值进行了计算和分析.结果表明,在处理水质稳定、水量恒定的情况下,微曝气垂直流湿地对各种污染物的去除过程动力学常数k值均随工艺参数气水比的增大而增大,即对污染物的去除能力随气水比的增大而增强;各水质指标的反应动力学常数变化曲线形状有所不同,动力学常数与气水比的关系主要有线性关系和对数关系.综合各个水质指标的曲线形式与变化规律可以得到微曝气垂直流湿地的最佳气水比设计值为2:1,对应BOD5和NH4+-N的k值分别为3.8d-1和4.1d-1.     

聚积蓝藻不同打捞强度下藻源污染物释放特征研究

通过室内培养(35℃、6000 lx)模拟夏季环境条件下湖湾带高密度(~1.3×10~(11)cells·L~(-1))蓝藻聚积.实验设置了未打捞组及3种打捞强度组,分别为低、中和高强度组,其对藻密度的去除率可分别达到60.57%±0.09%、88.49%±0.52%和94.23%±0.00%,并以湖水组(Lw)作对照,研究了聚积蓝藻在不同打捞强度下的藻源污染物释放特征.结果表明:蓝藻聚积36 h内是打捞的“窗口期”,在此期间打捞效果最佳,而后蓝藻死亡、叶绿素a(chl.a)下降.蓝藻聚积过程中,氨氮(NH_4~+)和磷酸盐(PO_4~(3-))分别为溶解性氮磷(DTN、DTP)的主要形态.氮磷营养盐和藻源有机物(AOM)均在窗口期后5 d或8 d内快速释放,而后降低并进入内源循环.因此,窗口期后5 d内为打捞的“有效期”,在此期间应增加打捞频率及强度确保对污染物的控制效果.不同打捞强度下藻源污染物的释放特征差异显著,低强度打捞未能遏制蓝藻死亡降解,而中、高强度打捞解除了蓝藻生长密度制约,延缓藻细胞死亡,减缓藻源污染物的释放.打捞强度越大,藻源污染物释放速率越低,对污染物的控制效果越明显.当达到中强度打捞时,AOM的释放得到基本控制,因此,中强度打捞是控制水体AOM的必要强度.