我国湖泊富营养化程度评价方法的探讨

本文通过对我国14个代表性湖泊富营养化调查资料的分析,就我国湖泊富营养化程度的评价参数、标准和模式进行了有益的探讨。所提出的评价方法较好地反映了我国湖泊的实际情况。     

湖泊富营养化模型的研究进展

湖泊的富营养化是全球普遍关注的环境问题之一.湖泊的富营养化模型是防治、修复和治理湖泊富营养化的重要决策工具.按研究的侧重点不同,将湖泊富营养化模型分为简单回归模型、水质模型、生态模型和生态-水动力水质模型,并分别回顾了四类模型的研究进展.最后指出湖泊富营养化模型的发展趋势,强调不确定理论、3S技术、耦合模型是今后湖泊富营养化模型研究的重点,应在此基础上建立通用的模拟、预测、评价和优化模型,为湖泊富营养化管理提供科学依据.     

中国主要湖泊营养氮沉降临界负荷的研究

水体营养氮沉降临界负荷是不致使水体产生富营养化的最高氮沉降量。文中探讨了一种依据湖泊氮质量平衡原理计算营养氮沉降临界负荷的方法。用该方法计算表明 ,我国主要湖泊的营养氮沉降临界负荷比较低 ,大部分小于 1keq· hm- 1 · a- 1 ,部分已为目前的氮沉降量或者两者相当接近 ,意味着只接受氮沉降也能导致这些湖泊产生富营养化。但实际统计结果表明 ,氮沉降在导致受工农业生产和生活影响很大的城市和郊区湖泊的水质富营养化的所有氮污染源中所占比例较低 ,而其它来源的氮输入如河道入湖、工业生活废水和农田径流等才是导致富营养化的最主要因素 ,它们的量已远远超过了这些水体可随最高允许氮负荷。因此 ,对控制这些湖泊的水质富营养化而言 ,控制氮沉降并不是目前最紧迫的任务 ,而其它人为污染源的控制才是最急需的。但氮沉降临界负荷在湖泊富营养化的中长远控制中仍具有十分重要的意义。     

湖泊水环境质量评价的研究进展

湖泊水环境质量评价早期以综合指数法为主,此方法今后在评价标准和评价指标的选择将进一步完善;以数理统计为基础的模糊评价、灰色预测、层次分析等系统方法及其耦合近年来发展较快;地理信息系统、遥感和全球定位系统等高新技术与传统方法相结合应用于湖泊水环境评价及预测是今后的发展方向。     

细微泥沙对污水生化处理系统的影响及其归趋特性

大量运行数据表明,取消初沉池的污水厂泥沙淤积严重、污泥MLVSS/MLSS比值低,严重影响了污水厂的正常运行和功能提升。以取消初沉池后不能被有效去除的粒径≤200μm的细微泥沙为研究对象,通过对比实验的方法研究了不同粒径细微泥沙对污水生化处理系统的影响及其归趋特性。运行结果表明,当在污水中分别投加粒径为26、73、106、165和210μm的细微泥沙300 mg/L时,运行40 d后,生化系统活性污泥的MLVSS/MLSS比值将从启动初期的0.84分别下降至0.27、0.29、0.59、0.65和0.73,且随MLVSS/MLSS比值的下降,混合液SVI值也明显降低,反应器底部淤积泥沙量分别相当于进水泥沙总量的31.0%、47.4%、75.2%、75.9%和91.6%,表明小粒径颗粒更容易被活性污泥包裹,引起污泥MLVSS/MLSS下降,大粒径颗粒更容易淤积在反应器底部;由于泥沙淤积致使颗粒粒径越大,通过排放剩余污泥除砂的量越少,按照粒径递增的顺序,通过剩余污泥外排的除砂量分别相当于进水泥沙总量的44.5%、31.3%、20.3%、20.5%和7.2%。     

湖泊蓝藻水华预警监测技术的应用研究

湖泊蓝藻水华已经成为社会公众和政府共同关注的重要环境问题之一。为确保湖泊生态安全以及其周边地区饮用水安全,提高政府应对蓝藻水华的能力,对湖泊蓝藻进行预警监测是判断蓝藻水华发展趋势以及制定相应对策的重要手段。文中从简单的人工观测到实验室分析技术,发展到综合运用多种现代科学技术进行卫星遥感、视频监控、在线监测和水质垂直剖面自动监测系统（无线浮标监测系统）等,全面阐述了蓝藻水华监测技术中的宏观观测和微观分析技术,初步研究了目前湖泊蓝藻预警监测技术的应用。     

基于景区湖泊污染的多功能水域清理船设计

针对我国城市景区湖泊富营养化和垃圾污染严重,传统景区水域清理存在各种不足等问题,设计研发多功能水域清理船灭杀蓝藻和清理垃圾,恢复景区湖泊生态环境。结合景区湖泊污染实际状况,提出把臭氧灭杀蓝藻应用于景区湖泊清理的新概念,研发一艘可无线遥控、集打捞垃圾、过滤小型悬浮微粒和灭杀蓝藻功能于一体的多功能水域清理船。通过无线遥控多功能水域清理船,能全面清理湖面垃圾,过滤小型悬浮微粒,臭氧灭杀率能达到90%以上。利用多功能水域清理船能维护景区小湖泊生态环境,在各类景观水体和小型湖泊的污染治理中具有很好的应用前景。     

湖水源热泵系统尾水排放对湖泊富营养化进程的影响研究

以重庆市开县人民医院湖水源热泵工程为例,通过对该工程运行期间尾水受纳湖泊水域水温、氮、磷和浮游植物的长期监测,研究了湖水源热泵系统尾水对湖泊富营养化进程的影响。结果表明,夏季系统的长期运行导致了排放口附近水域水温的升高;当系统温排水水温在30℃以下时,温排水造成的温升使得排放口附近氮、磷含量升高,蓝、绿藻数量大幅增加,加速了湖泊的富营养化进程;当温排水水温达到33℃以上时,过高的温度会抑制藻类的生长。冷排水使湖泊排放口近水域浮游植物总量降低,且硅藻占总藻的比例增大,冷排水同时抑制了蓝藻和其他一些藻类的生长,对湖泊富营养化有一定缓解作用。但另一方面,由于温差较小,且冷排水的扰动作用加速了湖泊沉积物中营养盐的释放,因而冷排水对湖泊富营养化进程又有一定促进作用。     

Zn-Al-La-LDHs改性膨润土对富营养化湖泊中磷的锁定效果

采用恒定pH共沉淀法制备了Zn-Al-La-LDHs改性膨润土,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对样品微观形貌、元素组成、晶体结构进行了表征。结果表明：Zn-Al-La-LDHs已成功合成并负载于膨润土表面;Langmuir和Freundlich吸附模型均能很好地拟合Zn-Al-La-LDHs改性膨润土对磷酸根的吸附过程,吸附过程中同时存在单层吸附和多层吸附,最大吸附容量可达12 mg∙g⁻¹。在富营养化程度较高的汤逊湖中心取5根带底泥和上覆水的样柱,进行了除磷药剂投加量实验。结果表明,根据上覆水溶解性磷酸盐(SRP)含量、表层8 cm底泥中活性磷(NaOH-P)含量、投药量安全系数(取10%)、改性膨润土吸附容量,可计算得到投药量;据前述计算结果投加所需的除磷药剂后,汤逊湖实验柱上覆水总磷(TP)质量浓度锁定在0.05 mg∙L⁻¹以下,达到或优于地表水Ⅲ类水体有关总磷的水质要求(TP≤0.05 mg∙L⁻¹)。以上结果说明所研制的Zn-Al-La-LDHs改性膨润土可用于富营养化水体的控磷。     

长江流域武汉段典型湖泊中微塑料的的赋存特征及生态风险评估

塑料污染在环境中具有普遍性,对生态系统具有潜在的风险性,为新兴的全球性环境问题。武汉境内江河纵横、百湖密布,是全球同纬度地区和长江中下游湖泊型湿地的典型代表。调查了武汉湖泊表层水体中微塑料的分布特征,并采用生态风险指数 (RI) 评估了微塑料的生态风险。结果表明,微塑料丰度为2 000~7 733 items·m⁻³,远城区湖泊表层水体微塑料丰度通常高于城乡结合区湖泊,中心城区微塑料丰度具有显著差异。湖泊中微塑料以纤维状为主,其次是碎片状,大小以<1 mm的小颗粒为主,主要颜色为透明和蓝色,主要成分为聚乙烯 (PE) 、聚丙烯 (PP) 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 。武汉市典型湖泊表层水体中MPs生态风险指数为601.5~8 954,均属于危险或高危等级,且PE、PP和PET的生态风险指数普遍较高。该研究结果可为城市湖泊中微塑料污染治理提供参考。     

基于视频监控的湖泊滨岸带蓝藻水华实时定量监测方法及应用研究

湖泊作为我国主要饮用水源地,其滨岸带蓝藻水华过度堆积,对用水安全以及生态环境造成严重影响。因此,实时定量监测湖泊滨岸带蓝藻水华,是湖泊蓝藻水华防控的关键举措。基于环湖实时视频监控所捕获的水域图像,采用深度学习方法识别蓝藻水华像素,并根据摄像头成像原理及内外参数准确计算每个蓝藻水华像素对应实际蓝藻水华面积,最后统计分析湖泊滨岸带水域的蓝藻水华总面积。实验结果表明,基于VGG16-UNet模型的蓝藻水华像素识别方法的平均交并比与总体精度分别达到了88.74%与94.10%,优于同类方法;且蓝藻水华面积计算值与实测值具有良好的拟合度 (R²=0.97) 。该方法能够及时获取湖泊滨岸带蓝藻水华的覆盖面积及其动态变化过程,对于湖泊水环境治理起着重要作用。     

基于Vague集的集对分析在湖泊富营养化评价中的应用

针对湖泊富营养化评价的不确定型多属性决策问题,提出了Vague集的集对分析模型,详细介绍了集对分析和Vague集的基本理论、Vague集的表示方法和Vague集相似度的同异反状态关系.建立了湖泊富营养化评价指标体系,引入了超标权重确定各湖泊指标权重,再依据待评湖泊关于等级i特征的Vague集和理想Vague集的相似度构成特征值法确定评价等级,并应用该模型对我国9个湖泊的富营养化程度进行了评价,该方法的评价结果与实际情况基本相符,为湖泊的治理和保护提供了科学依据.     

生物炭负载纳米零价铁对湖泊底泥镉污染的修复效果

制备了生物炭负载纳米零价铁(nZVI/BC)复合材料,采用SEM、TEM、FTIR、EDS、XPS等手段对其表面形貌、粒径大小、官能团结构、表面元素及化学形态进行了表征和分析。通过镉(Cd)形态、浸出毒性、生物可利用性、上覆水中溶解态Cd质量浓度及底泥理化性质等指标评价了nZVI/BC对湖泊底泥中Cd的修复效果。结果表明,相比于对照组,经56 d修复后nZVI/BC处理组中Cd的残渣态质量分数增加了29.73%,有效降低了Cd的移动性;Cd的浸出质量浓度从4.65 μg·L⁻¹降至0.38 μg·L⁻¹,Cd的生物可提取态质量浓度从5.08 μg·L⁻¹降至2.13 μg·L⁻¹,其浸出质量浓度和生物可提取态质量浓度分别下降了91.83%和58.07%。同时,经过56 d的修复,nZVI/BC使上覆水中溶解态Cd的质量浓度比对照组降低了67.53%。此外,nZVI/BC的添加提高了底泥的pH和有机质,根据这2个指标的变化进一步分析了nZVI/BC复合材料对Cd的稳定机制。以上研究结果可为重金属污染底泥的修复提供参考。