基于除磷效果的人工湿地基质组合筛选及影响因素的动力学分析

选取6种人工湿地基质进行磷吸附实验,利用Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型对6种基质的磷吸附能力进行对比,将吸附效果最佳的3种基质按不同比例混合构建混合基质,筛选磷吸附效果最佳的混合基质在不同浓度、温度和粒径下进行磷吸附动力学分析。结果表明,沸石、陶瓷滤料和石灰石以质量比3:1:1配比时获得的混合基质(FTS311)除磷效果最优,提高温度、增加进水TP质量浓度、减小基质粒径均有助于提高FTS311对TP的平衡吸附量,温度越高,一级动力学吸附速率常数越低,吸附反应进行的越慢,进水TP浓度越小越有利于磷的吸附去除,粒径变化对TP的吸附动力学速率影响不大,但增加FTS311粒径会降低其对TP的吸附量。     

达里诺尔湖近2400年以来Hg元素含量变化及环境意义

汞（Hg）元素作为一种全球性循环元素,对环境的影响正逐渐成为人们关注的焦点之一.为揭示寒旱区达里诺尔湖沉积物的Hg污染历史及人类活动对湖泊沉积物中Hg污染的影响,通过采集湖泊沉积物岩芯（编号DL1）,在建立DL1岩芯沉积地层年代框架的基础上,结合沉积物粒度特征、总有机质（TOC）含量等指标参数的变化,对DL1岩芯记录的地质历史上的Hg含量变化特征及环境意义进行了综合分析.结果显示,沉积物记录的Hg元素污染具有明显的阶段性变化特征：2400~1400 cal.a BP,Hg含量呈逐渐降低趋势,期间降水量呈逐步减少趋势,区域气候显著干旱;1400~200 cal.a BP,Hg含量相对稳定,呈小幅度波动变化,对应了区域气候的干-湿交替;近200 cal.a BP以来,Hg含量明显增加,这可能是受人类活动影响的结果.整体上,地质历史上DL1沉积物中Hg含量变化受气候干冷-暖湿交替周期性变化影响较大.而近200 cal.a BP来Hg与TOC等指标间显著正相关,则显示了沉积物中有机质可能吸附了大量的Hg元素,使其呈顶端富集趋势,进而对湖泊水生态环境造成影响.     

基于空间信息技术的呼伦湖流域研究

通过对干涉雷达技术任务(SRTM)数据处理,运用土壤与水评价工具(SWAT)模型对呼伦湖整个流域的数字高程模型(DEM)进行水文特征提取,分析流域地形分布情况。呼伦湖全流域面积约为25.6万km2,蒙古国部分约为16.3万km2,约占总面积的63.7%。坡度为0～2.0°的地形主要分布在中国境内的呼伦湖南岸和东岸以及贝尔湖周边的平坦草原上,降雨主要被植被截留和土壤吸收,产汇流条件差;而呼伦湖的主要水源、产汇流条件较好的克鲁伦河和乌尔逊河,其产流区大部分位于蒙古国。2国应加强流域综合管理,合理配置水资源,以保证下游入湖的水量来防止呼伦湖的持续萎缩。     

乌梁素海叶绿素a的时空分布及其与环境因子的关系

叶绿素a是浮游植物均具有的光合色素,是评价水环境质量的重要指标之一。以叶绿素a为指示性指标对冰封期和非冰封期叶绿素a及相关环境因子含量指标进行了监测,以了解乌梁素海水体叶绿素a在治理前后(2014-2017年)在时间和空间上的分布变化特征及影响因素,尤其是针对寒区湖泊的特点,对冰封期叶绿素a、总氮、总磷的时空分布进行了深入分析,运用相关性分析和逐步回归分析方法探讨了叶绿素a与理化环境因子的关系。结果表明,绿素a总体上呈冰封期高于非冰封期的特征,2014-2016年叶绿素a呈逐年递减趋势,但2017年又略有回升,且区域性差异显著,与氮磷营养盐空间分布趋势一致,表现为湖北区总排干入水口附近大于湖心区和湖南区。影响乌梁素海的主要水化学因子依次为总磷、溶解氧、溶解无机磷、总氮、正磷酸盐、总溶解性固体;同时,透明度与叶绿素a呈极显著负相关;冰层厚度因其影响冰下水体污染物的蓄积,也是影响水域环境的关键因素。总体上,治理后叶绿素a较治理前有明显的下降趋势,表明湖北区总排干入湖水的污染物得到了有效控制,对乌梁素海水体污染控制与修复取得了一定成效,同时也显现出乌梁素海冰封期水体由于水体冻结使得污染物析出,致使冰下水体富营养化较其他时期严重。     

呼伦湖流域地表水与地下水离子组成特征及来源分析

通过对2017年4月连续采集的呼伦湖湖水、入湖河水、周边地下水与同年降水的主要离子进行水化学分析,结合呼伦湖流域水文地质资料,综合运用统计分析、相关性分析、Piper三角图、Gibbs图及离子比等方法分析了呼伦湖流域地表水与地下水主要离子组成特征及来源。结果表明,呼伦湖流域地表水与地下水水化学组成中优势阴离子为HCO_3~-与Cl~-,优势阳离子组成特征不同。其中,湖水与地下水主要由Na~+与Mg~(2+)组成;河水主要由Na~+、Ca~(2+)组成。湖水与河水TDS值变化范围分别为695~852 mg·L~(-1)与42~193mg·L~(-1),变化范围小,地下水TDS值变化范围为248~4610mg·L~(-1),分布差异明显。流域水体主要受碳酸盐与蒸发岩风化溶解共同作用控制,地下水TDS值变化主要受流域地质条件产生控制下的蒸发作用影响,蒸发作用强度为:呼伦湖湖水东岸地下水南岸地下水西岸地下水河水。呼伦湖流域水体中的离子的主要来源及其变化特征不受大气降水的控制,呼伦湖流域水体中NO_3~-与SO_4~(2-)的来源方式不同,研究区周围硝矿场的污染是导致部分地下水NO_3~-含量超标的主要因素,牧民存储草垛与牛粪堆的不合理方式也是造成地下水中NO_3~-污染因素之一。     

乌梁素海水体重金属元素赋存形态模拟分析

为探讨重金属元素在湖泊水体中的赋存形态及影响因素,采集乌梁素海水样,对湖水中重金属元素铜(Cu)、铬(Cr)、镉(Cd)含量与赋存形态进行分析,利用PHREEQC软件模拟分析水体温度、氧化还原性、酸碱性的变化对Cu、Cr、Cd赋存形态的影响。结果显示,乌梁素海湖水中Cr、Cd含量都未超出地表水标准和国家渔业用水标准,但部分监测点Cu超标。湖水中Cu主要存在形态为CuCl_2~-、Cu(OH)_2;Cr主要存在形态为Cr(OH)_3;Cd主要存在形态为CdCl~+、Cd~(2+)、CdCl_2。水体中Cu、Cr、Cd赋存形态受水温影响较小,受pH影响较大。水体pH较低时,重金属以配合反应为主,此时水体中Cl~-、SO_4~(2-)等阴离子配位体含量对其影响较为明显,主要赋存形态为CuCl_2~-、Cr(OH)_2~+、CdCl~+、CdSO_4;随着pH的升高,重金属逐渐发生水解反应,主要赋存形态为Cu(OH)_2、Cr(OH)_3、CrO_2~-、CdOHCl、Cd(OH)_2等氢氧化物。水体的氧化还原性对不同重金属有不同影响。当水体处于还原状态时,Cu以CuCl_2~-含量为最大,处于氧化状态时,Cu(OH)_2含量最大。在水体处于中性-弱碱性状态下,水体的氧化还原性对重金属Cr、Cd影响较小。     

呼伦湖冰封期N、P时空分布及富营养化特征

利用2015—2017年冰封期呼伦湖监测数据,对呼伦湖冰体(上层冰、中层冰、下层冰)及水体中N、P浓度的时空分布进行分析,并研究了富营养化状态指数、N、P以及Chl.a之间的相关关系.结果表明,近3年呼伦湖冰体中TN和TP的浓度不断增加,上层冰的水质已经超过Ⅴ类水质标准限值,同时受人类活动、外源输入以及湖体自身的影响,发现垂直方向上TN、TP浓度分布为上层冰下层冰中层冰;水体中TN、TP空间分布呈湖心区浓度低,四周浓度高的特点.由于水动力条件的原因使得DIP和DTP在冰层中浓度的垂直方向上满足先减小后增大;水体中DTP浓度范围在0.213—0.509 mg·L~(-1)之间,DIP浓度范围在0.109—0.432 mg·L~(-1)之间,空间分布与TP相似.在以Chl.a、TN和TP为参数,计算呼伦湖各个取样点水体综合富营养化状态指数后,得出其现处于轻度富营养化状态,并分析了Chl.a、TN和TP之间的相关性,发现Chl.a与TP的相关性好,相关系数为0.627,与此同时TN/TP的浓度在4.38—62.3之间,均值在24.49,表明呼伦湖属于一定程度的磷限制性湖泊.     

乌梁素海沉积物重金属生物活性及环境污染评估

为阐明乌梁素海沉积物重金属生物活性及理化性质对重金属形态变化的影响,对湖泊重金属污染修复治理方面提供科学依据,2011年1月在乌梁素海9个站点采集表层沉积物样品,采用改进BCR逐级提取法分析Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、As等7种重金属元素的形态,利用活性系数与迁移系数对重金属生物活性进行研究;结合沉积物理化性质,系统探讨影响重金属化学形态与生物活性的因素;应用次生相与原生相比值法,从重金属形态学角度对沉积物重金属状况进行评估.结果表明,(1)沉积物中重金属活性系数的大小顺序为 Cd>Hg>Zn>Cu>Pb >As>Cr;重金属的迁移系数为 Cd>Hg>Zn>Cu>As>Pb>Cr.(2)沉积物物理化学性质和重金属总量对各种化学形态重金属含量影响程度明显不同.重金属总量对残渣态影响较大;pH对酸可提取态、有机物和硫化物结合态影响较大;有机质与酸可提取态、有机物和硫化物结合态有较大相关性;盐度与酸可提取态、有机物和硫化物结合态有一定的相关性.总氮、总磷与有机物和硫化物结合态有一定的相关性.(3)从重金属形态角度评价,7种重金属除Cd外,污染程度并不大,全湖KRSP的平均值大小顺序为Cd(1.66)>Cu(0.84)>Hg(0.72)>Zn(0.42)>Cr(0.15)>Pb(0.14)>As(0.06).结合总量、生物可利用性与形态学评价,乌梁素海重金属 Cd 是生物活性最强、污染最严重的金属,Hg污染次之,应该对Cd与Hg给予特别关注.     

乌梁素海低密度微塑料聚合物沉降规律

沉降是低密度微塑料聚合物在湖泊中的主要迁移过程.为探究乌梁素海中低密度微塑料聚合物的沉降规律,基于微塑料和悬浮微粒的相似和不同之处设计微塑料捕获器和沉降试验方法,定量描述不同形状和不同大小的低密度微塑料聚合物在乌梁素海的沉降过程.结果表明,各类型低密度微塑料聚合物沉降通量随风速变快而增大,其中形状为纤维状,各种尺寸（0.05～0.5、 0.5～2和2～5 mm）的低密度微塑料聚合物沉降通量与风速的相关性较好,相关系数变化范围为0.218～0.836.在不同点位处,不同风速下,形状为纤维状、碎片状、块状和薄膜状,各种尺寸（0.05～0.5、 0.5～2和2～5 mm）的低密度微塑料聚合物沉降通量变化范围分别为0～（1 458±284）、 0～（368±144）、 0～（71±37）和0～（85±65）n·（m²·d）^-1.在形状相同的情况下,大尺寸的低密度微塑料聚合物更容易沉积,而小尺寸的低密度微塑料聚合物更容易随水流迁移.在尺寸相同的情况下,纤维状和薄膜状的低密度微塑料聚合物更容易随水流迁移,而碎片状的低密度微塑料聚合物更容易沉积.     

呼伦湖不同季节水质现状评价及主要影响因子分析

通过2014—2015年期间4次对呼伦湖水质进行监测,评价不同季节水体中TN、TP和Chla的时空分布特征及水体的富营养化状态,并分析影响水质变化的主要因素。结果表明,4个季节中呼伦湖水体中TN、TP质量浓度超标较严重,Chla质量浓度随季节变化明显。空间分布规律为TN由湖四周向湖心扩散再到四周;TP春、夏季基本保持稳定,秋—冬季由湖心向四周转移;Chla呈现由南—北—东—东北的变化趋势。呼伦湖春、夏、秋季呈现轻度富营养化,冬季呈现中营养化。水体主要受富营养化、盐化和有机物污染控制。