抗侵蚀型生态沟渠构建及其稻田应用效果

根据沟渠水力学和工程力学特征,通过引进三维植物网护坡技术,构建了一种抗侵蚀型稻田生态沟渠,横断面0.9 m2,沟壁和沟底水生植物覆盖度分别为62.8%和35.3%,沟壁抗坡面侵蚀强度较土质沟渠可提高2倍以上,在优化污染物拦截去除功能的同时,大大延长了其使用寿命。稻田应用实验表明,径流排水停留时间超过48 h后,SS、TN和TP去除率分别达59.5%、57.8%和45.3%,配置比例按照1 hm2水稻田配300 m该型生态沟渠实施,则超过80%以上的稻田径流排水能够得到有效处理。该型生态沟渠工程造价约245元/m,接近传统混凝土排水渠单价,经近2年的运行观测,沟渠系统结构稳定,净化植物长势良好。     

利用生态混凝土控制城市坡面暴雨径流污染试验研究

利用生态混凝土作为护坡材料,研究暴雨条件下生态混凝土控制山坡降雨径流污染的机理,以期对生态混凝土在城市护坡和护岸中的应用提供理论依据.研究结果表明,生态混凝土改变了雨水在坡面上的水文过程,阻延径流作用十分明显,有效地降低了污染物的负荷输出.生态混凝土试验小区(T2)与裸地(CK)和改良土壤小区(T1)相比,径流量分别减少了48%和24%,TN年度污染负荷(UPLRs)分别减少了53%和45%,溶解态氮(DN)减少了26%和28%,TP减少了57%和30%,溶解态磷(DP)降低了80%和33%,COD降低了62%和40%,TSS降低了56%和43%,产流时间和流量峰均明显滞后.另外,同植被覆盖良好的小区(T3)相比,生态混凝土对各种污染指标的控制效果没有明显差异,但其抗冲刷能力较强,更能适应城市护坡和护岸的需要.     

生态塘?生态沟渠耦合系统低温条件的运行效果研究

构建生态塘/生态沟渠耦合系统的中试工程并在低温条件下连续运行,考察耦合系统对微污染水体的净化效果。结果表明,生态塘/生态沟渠耦合系统在低温运行阶段对COD、TN、氨氮及TP的平均去除率分别为54.50%、37.43%、53.00%、44.20%。pH对COD和TP的去除率影响不明显,与氨氮呈正相关关系,线性相关系数R2=0.705 92;耦合系统中DO供给充足,因此DO对COD、TN、TP去除率的影响并不明显,DO仅与氨氮去除率呈显著正相关,线性相关系数R2=0.771 64。     

渠道硬化对养殖场外排水污染物浓度影响分析

在对虾养殖收获季节,对广西钦江农场自然沟渠和硬化沟渠的水生植物群落和外排水污染物浓度变化情况进行了监测。结果表明,自然沟渠水生植物群落以挺水植物为主,优势种类为喜旱莲子草、李氏禾、孔雀稗和水莎草,硬化沟渠破坏了水生植物生境,水生植物种类数、盖度和生物量明显降低。自然沟渠对颗粒态的氮、磷具有明显的拦截作用,从而有效降低外排水中的高锰酸盐指数、TP、TN浓度,而硬化沟渠丧失了这一功能。自然沟渠的水生植物优势种大多无经济价值,改造群落结构以促进有效利用,并及时进行清淤,是当前经济技术条件下沟渠净化的主要发展方向。     

利用生态混凝土控制城市坡面暴雨径流污染试验研究

利用生态混凝土作为护坡材料,研究暴雨条件下生态混凝土控制山坡降雨径流污染的机理,以期对生态混凝土在城市护坡和护岸中的应用提供理论依据.研究结果表明,生态混凝土改变了雨水在坡面上的水文过程,阻延径流作用十分明显,有效地降低了污染物的负荷输出.生态混凝土试验小区（T2）与裸地（CK）和改良土壤小区（T1）相比,径流量分别减少了48%和24%,TN年度污染负荷（UPLRs）分别减少了53%和45%,溶解态氮（DN）减少了26%和28%,TP减少了57%和30%,溶解态磷（DP）降低了80%和33%,COD降低了62%和40%,TSS降低了56%和43%,产流时间和流量峰均明显滞后.另外,同植被覆盖良好的小区（T3）相比,生态混凝土对各种污染指标的控制效果没有明显差异,但其抗冲刷能力较强,更能适应城市护坡和护岸的需要.     

天津地区生态沟渠不同植物配置对氮磷去除效果研究

为筛选适宜天津地区的生态沟渠及提高其净化效果,设置了2组沟渠植物配置试验,研究不同植物配置模式下沟渠氮磷去除效果。结果表明:在沟底种植不同水生蔬菜中,空心菜(Ipomoea aquatica)对氮磷的净化作用较好,总氮、总磷的去除率分别为49.00%、56.05%。在沟壁种植不同护坡植物中,水葱(Scirpus validus)对氨氮、总磷的拦截较好,去除率分别为40.74%、45.24%,显著高于油莎草(Cyperus esculentus L.)和梭鱼草(Pontederia cordata)。综合比较2组植物配置模式的沟渠,以空心菜(沟底)+水葱(沟壁)植物配置的生态沟渠氮磷去除效果最佳,总氮、硝态氮、氨氮和总磷的去除率分别为49.00%、59.04%、43.91%、56.05%。该植物搭配生态沟渠是适宜天津地区治理氮磷污染的一种可行模式,研究成果将为治理天津地区面源污染提供技术指导。     

集水花坛对农村区域初期地表径流的净化效果

针对农村集中居住区地表硬化,高氮磷浓度的初期地表径流直排进而污染附近河道的问题,设计了“集水花坛-拦截沟”组合工艺,研究了4个不同水力停留时间(HRT)下处理初期地表径流的净化效果。结果表明：“集水花坛-拦截沟”组合工艺利用植物吸收、微生物降解及基质层吸附拦截的综合作用,有效降低了农村初期地表径流中的污染物浓度;在4种HRT条件下,该组合工艺均可快速去除径流水体中的悬浮物SS,去除率达96%以上;当HRT为3 d时,该组合工艺能够显著降低径流水体中的TN、TP及COD值,去除率分别达到90%、90%和75%以上,且出水TN和COD达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水标准,TP浓度达到V类水标准。以上结果可为农村初期地表径流的处理提供技术参考和数据支撑。     

生态混凝土对富营养化景观水体的净化效果研究

考察了普通生态混凝土和植生型生态混凝土对富营养化景观水体的净化效果。结果表明,普通生态混凝土对富营养化景观水体中高锰酸盐指数、TP、TN的去除率分别为49.42%、9.80%、14.52%,而植生型生态混凝土对3者的去除率均更高,分别为61.81%、12.74%、20.60%。并分析了普通生态混凝土和植生型生态混凝土对富营养化景观水体的净化机制。     

城市区域不同屋顶降雨径流水质特征

城市屋顶降雨径流是城市面源污染的主要组成部分之一。为了解城市不同屋顶降雨径流的水质特性,以重庆地区5种屋顶为例进行了20场降雨径流的水质监测。研究结果表明,不透水屋顶降雨径流污染物浓度均随降雨历时的延长而降低,混凝土屋顶降雨径流的COD、TP、TN、NH3-N平均浓度分别是瓦屋顶的1.6、1.7、1.4和1.5倍,且不透水屋顶降雨径流总氮的70%~80%为无机氮,总磷的20%~32%为磷酸盐;浅层屋顶降雨径流COD、TN、TP、NH3-N和NO-3-N浓度分别是深层绿色屋顶的0.25~0.26、0.3~0.5、0.07~0.09、0.3~0.6、0.05~0.06倍,且绿色屋顶降雨径流总氮的60%~80%为硝态氮。前期干旱天数和混凝土屋顶径流中的TN、接骨草屋顶径流中的氨氮浓度呈显著正相关关系,混凝土屋顶径流TP浓度与降雨强度显著正相关,降雨持续时间和瓦屋顶径流TSS平均浓度显著正相关。研究结果为城市建筑屋顶降雨径流的科学管理提供了参考。     

太湖地区典型降雨水稻田径流污染物输出特点及相关性分析

为研究降雨过程中水稻田径流污染物的输出特点及其主要污染物之间的内在关系,在太湖地区何家浜流域划定若干块水稻田作为研究区域,并分别选取单块封闭水稻田沿河岸的直入河点和多块水稻田沿沟渠汇流后的沟渠入河点为采样点,对比封闭小区域和非封闭大区域污染物随降雨径流的输出特点及其相关性。结果表明,降雨引起水田水的扰动,对水田土壤及其污染物只产生间接的扰动或冲刷,而非直接冲刷,因此,不同降雨强度对SS(悬浮态固体)的冲刷并未表现出明显的差异。无论短历时强降雨还是长历时弱降雨,其径流中SS、氮、磷均随降雨历时的延长而降低,其中溶解态氮、磷随降雨历时的变化较小。相比大面积的汇水区域,较小的汇水区域SS峰值点出现的时间更接近降雨峰值点,对降雨的响应时间更短,降雨前期,大汇水区域径流中SS比小汇水区域小很多,而降雨后期要大很多,其主要污染物随降雨历时的延长而降低的规律性更显著,小汇水区域的径流SS和TN(总氮)、TP(总磷)具有很好的线性相关性。     

南水北调中线水源地陡坡型库岸生态屏障构建

丹江口水库陡坡型库岸曲折,沟谷深切,大坝加高后消落区面临植被消亡、生态退化等问题。恢复消落区植被,拦截阻滞沟谷径流,以及强化库湾净化能力是构建库岸生态屏障的基本途径。消落区植被恢复应根据淹水时间配置不同群落类型：高位区(165~170 m)构建乔木-灌木-草本植物混交群落;在中位区(163.5~165 m)构建灌木-草本植物混交群落;在低位区(160~163.5 m)构建草本植物群落。沟谷径流拦截阻滞的目的在于减少冲刷,主要技术措施有生态拦截坝、生态溪沟和微地形改造等。库湾水体通过风车驱动的水循环系统增强流动性,同时配套生态塘等净化措施,防控富营养化风险。技术方法的实施包括基础资料收集、现场勘察、问题分析、工程措施布局、工程设计和运行监测等步骤。羊山库岸的应用案例表明,构建的措施体系对TSS去除率大于90.4%,对TN去除率大于46.8%,对TP去除率大于55.3%,能够减少TSS输出量112 t·a⁻¹,减少TN输出量19 kg·a⁻¹,减少TP输出量11 kg·a⁻¹。上述研究结果可为南水北调中线水源地生态屏障构建提供依据,亦可为我国其它水库库岸生态建设提供借鉴和参考。     

一种新型A2/O工艺处理特性

为提高传统A2/O工艺在碳源不足情况下的脱氮除磷效率,发明了一种改良型的污水处理工艺,该工艺通过在好氧池中增设生物相选择器实现结构较好的颗粒污泥与松散絮体污泥的分离,在低污泥龄运行条件下获得了良好的同步脱氮除磷效果.当进水COD为900 mg/L,SRT分别为30 d和20 d时,新型和传统A2/O工艺其COD和TN去除率均可达到90%和70%以上,但TP去除率并不理想.当污泥龄为10 d时,新型工艺的COD,TN,TP去除率分别为(96.7±0.9)%、(83.2±2.0)%和(87.6±2.5)%,在提高除磷效率的同时保持了良好的脱氮效果.当进水COD为300 mg/L、SRT为10 d时,新型和传统A2/O工艺TN去除率分别为(77.6±1.1)%和(58.1±3.9)%,TP去除率分别为(85.4±1.2)%和(66.4±8.3)%,表明在进水基质浓度较低的条件下,新工艺优于传统工艺.另外,在SRT为10 d时,新型和传统A2/O好氧池中TN亏损比分别为22.8%和7.8%,表明新工艺TN去除率的提高得益于同步硝化反硝化,TP去除率的提高得益于低污泥龄.     

组合骨料型百喜草植生混凝土去除氮磷

以6组90 d龄期的组合骨料型百喜草植生混凝土盆栽为研究对象,用配制溶液静态培养的方法,选择氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)为主要指标,考查沸石与钢渣、沸石与浮石两种组合骨料型的植生混凝土对污染物的去除效果。结果表明,各组NH3-N 1 d、7 d的去除率分别为13.0%~16.9%和45.7%~56.7%,1 d去除率约占7 d的30%。各组TN 1 d、7 d的去除率分别为9.0%~14.1%和25.6%~39.2%,1 d去除率约占7 d的30%。各组TP 1 d、7 d的去除率分别为22.0%~33.3%和57.3%~89.3%,1 d去除率约占7 d的40%。NO3--N、NO2--N含量很低,NO3--N浓度基本在0.50 mg/L以下,NO2--N浓度变化范围在0.10 mg/L以下。综合NH3-N、TN和TP去除效果,沸石与浮石按1:1~1:3混合的百喜草植生混凝土具有良好的脱氮除磷效果。     

城市典型屋面径流的排污特征

对城市中典型的2种材料（油毡和水泥）屋面降雨径流中颗粒物（SS）、氮（N）和磷（P）污染物排放特征进行了研究。结果表明,屋面径流中颗粒物主要是以10~100 μm粒径范围的颗粒物为主（约占75%）,氮主要是以溶解态形式排放（80%~95%）,且主要形式是以硝态氮和氨态氮为主,水泥屋面增加了径流中硝态氮的比例,而沥青屋面增加了氨态氮和溶解态有机氮的比例。而磷主要是以颗粒物形态排放（约占40%~70%,平均57.5%）,且主要结合10~50 μm粒径范围的颗粒物。去除10~50 μm粒径颗粒物可以降低屋面径流中50%颗粒物和47.9%磷的排放,而氮却需采用不同处理方法。同时,EC和TSS与TN和TP相关关系表明,EC和TSS可分别作为屋面降雨径流溶解态氮和颗粒态磷污染程度检测和评价指示指标。研究结果为有效地去除降雨径流中污染物、降低城市面源污染对水环境的影响,提供了一定的科学依据。     

“生态沟渠+人工湿地”系统处理农田退水中噻虫嗪

研究了不同水力停留时间(HRT)和农药污染负荷(PPL)下,"生态沟渠+水平流人工湿地"和"生态沟渠+垂直流人工湿地"系统对农田退水中常规污染物和噻虫嗪的去除效果。结果表明,"生态沟渠+垂直流人工湿地"系统对COD、NH+4-N、NO-3-N、TN、TP及噻虫嗪的去除率均优于"生态沟渠+水平流人工湿地"系统,分别为76%、97%、92%、95%、88%和40%(HRT=2 d),其中噻虫嗪在沟渠段的去除率为17%,在垂直流人工湿地段的去除率为23%。延长HRT、降低PPL均有利于噻虫嗪在组合系统中的去除。对垂直流人工湿地各基质层出水噻虫嗪浓度检测结果表明,运行前期,噻虫嗪在空心砖层去除率最高(8%),主要是由于空心砖对于噻虫嗪的吸附优于沸石和钢渣,随着系统运行,土壤+细沸石层和粗沸石层的去除效率增加,植物吸收与微生物降解作用逐渐占据主导地位。微生物群落结构分析结果显示,生态沟渠段β-变形菌纲和厌氧绳菌纲丰度分别为11%和10%。垂直流人工湿地自上而下芽孢杆菌逐渐增多成为优势菌,β-变形菌和厌氧绳菌逐渐减少。厌氧、好氧交替环境有利于常规污染物和噻虫嗪的去除。     

不透水表面雨水径流污染物冲刷规律研究

针对雨水径流污染冲刷模型中降雨强度与污染物冲刷存在的时间差问题,采用有效降雨强度替代降雨强度,建立了径流污染物冲刷模型,并利用建立的模型对不透水表面雨水径流污染物冲刷进行了模拟。结果表明,模型对SS、COD、TN和TP模拟的相关系数R2平均为0.87、0.81、0.93和0.89,具有较高的模拟精度。SS、COD、TN和TP的冲刷系数分别为0.77、0.66、0.92和0.74 mm-1,TN的冲刷系数略高,但总体相差不大。SS、COD、TN和TP均显示了较强的初期冲刷效应,在有效降雨强度为4 mm时,截留初期雨水径流量的35%~40%,即可控制70%以上雨水径流污染物。建立的模型可应用于研究不透水表面的雨水径流污染物冲刷规律,为雨水径流污染物控制提供理论计算依据。     

8种药用植物氮、磷吸收能力比较研究

选取8种药用植物,在高质量浓度氮(TN=16.00mg/L)、磷(TP=4.00 mg/L)的水体中培养,分析了其生物量、株高、体内氮磷含量及其对水体TN、TP的净化效果。结果表明:(1)8种药用植物净增生物量差异较大,增长率为21.81%~221.93%;株高增长量为6.20~22.63cm;(2)植物体内TN、TP的质量浓度分别为11.28~32.46、2.07~11.25mg/g;(3)8种药用植物对水体具有较强的净化效果,培养后能吸收污水中80.00%~91.00%的TN和82.38%~96.38%的TP,高于对照组的49.16%和63.75%。     

生物滞留池对屋面径流基本污染物的控制

快速的城市化导致不透水性下垫面急剧增加,进而加剧了径流污染,尤其是屋面径流污染。生物滞留池作为低影响开发理念的核心措施之一,对径流的净化效果显著。以屋面径流为控制对象,设计了3个生物滞留池用于探究不同土壤层厚度和不同进水方式对生物滞留池出水的影响。结果表明,实验收集的屋面径流污染严重,COD和TN为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)劣Ⅴ类。经生物滞留池处理后发现,3个生物滞留池对悬浮物(SS)的去除效果较好,去除率为92.2%～98.7%,装填20cm土壤的表层进水生物滞留池较装填15cm土壤的生物滞留池出水污染物浓度低。装填20cm土壤的表层进水和侧向进水的生物滞留池对COD、TN和TP的去除能力总体相当,表层进水和侧向进水的生物滞留池对COD的去除率分别为91.7%、90.4%,对TN的去除率分别为93.8%、86.5%,对TP的去除率分别为70.1%和72.7%。     

高效旋流分离-生态砾间接触氧化联合装置处理初期雨水径流应用研究

设计高效旋流分离—生态砾间接触氧化联合装置处理初期雨水径流。确定高效旋流分离器的最优进水压力为0.03MPa,生态砾间接触氧化装置的最优水力停留时间(HRT)为8h,模拟初期雨水SS、COD、TN、氨氮和TP的去除率分别达到93.00%、91.00%、74.00%、95.00%和83.00%。该联合装置主要通过离心力作用,填料层吸附和过滤作用,微生物的同化和异化作用,植物根系的吸收、截留和降解作用将污染物去除。构建中试系统应用至实际初期雨水径流的处理,中试系统运行稳定,出水SS、COD、TN、氨氮和TP平均分别为89.00、42.00、3.97、1.84、0.42mg/L,有效削减初期雨水径流污染物的排放量,从而缓解天津市滨海新区的面源污染。     

SBBR与人工湿地组合工艺脱氮除磷

以人工合成污水为原水,以第二代生态碳纤维作为SBBR填料,考察了SBBR和人工湿地组合工艺脱氮除磷的性能。结果表明,SBBR系统能够实现同步硝化反硝化且可出现明显的释磷、吸磷现象,当SBBR厌氧75 min,曝气240 min,溶解氧在3.07~4.09 mg·L~(-1)之间时,组合工艺实现了能耗最低情况下的达标出水。此模式下,SBBR系统对COD、氨氮、TN和TP的去除率分别达到94.6%、94.8%、85.4%和61.1%。人工湿地采取间歇运行模式以进一步脱氮除磷,其中进水12h,放空复氧12 h,稳定后湿地对COD、氨氮、TN和TP的去除率分别达到39.3%、47.3%、61.5%和70.7%。此模式下整体组合工艺表现出了良好的脱氮除磷性能,系统出水COD、氨氮、TN和TP浓度均值分别为13.89、0.535、2.047和0.286 mg·L~(-1),去除率分别能够达到96.7%、97.3%、94.4%和88.6%。