深水型水库水质因子与藻类群落垂向演替及水华爆发机制分析

将莆田市东圳水库垂向划分为表层、中层、和深层,研究其藻类群落的分布特征及其受环境因子影响的演变规律,进而明晰“水华”爆发机制。结果表明,水库中共检出浮游藻类7门39属,群落结构主要以蓝藻、绿藻、硅藻和隐藻为主,在不同季节沿水库垂向分布呈现显著差异性。表层和中层水体中优势藻类为绿藻门和蓝藻门,受水温、光照、DO和TN影响;深层水体优势藻类为硅藻和隐藻,主要受水温和TN影响。对水库中营养盐分析结果表明,东圳水库N/P平均值达到32.4,呈典型磷限制性特征,水库氮污染主要来自农业面源输入和内源释放。底泥中氮类物质易于在夏季分层期发生释放,并与DO结合发生形态转化后输入至上层水体,由此导致“水华”现象的发生。针对东圳水库水华防范与治理,需严格防控点源和农业面源污染,并建设水力扰动设施以及增设原位修复装置等措施,全方位防控水华现象的发生。本研究通过分析东圳水库藻类功能组时空演替,有助于确定东圳水库藻类爆发机制,可为水库藻类治理、水环境生态保护提供参考。     

扬水曝气技术在水源水质改善中的应用

扬水曝气技术是新开发的水质改善技术,用于混合上下水层、控制藻类生长、增加水体溶解氧、抑制底泥污染物释放.将该技术应用于某水源地,其提水效率达到同类设备--同温层曝气器的两倍;控制了水体表层的藻类数量,抑制了藻类的生长,将藻类叶绿素a含量降低了13.96%.扬水曝气技术的适用条件:用于控制藻类生长时,水深应不小于10 m;用于抑制底泥污染物释放时,水体应存在溶解氧小于1～2 mg/L的厌氧条件.     

扬水曝气器的水质改善功能及提水、充氧性能研究

扬水曝气器是水源水质改善设备,应用于湖泊水库水源地,抑制藻类生长,控制底泥污染物释放,取得了良好的效果.建立了扬水曝气器上升流速数学模型,用于模拟计算扬水曝气器的提水能力.建立了扬水曝气器曝气室的充氧能力数学模型.在实验室实测了扬水曝气器上升流速及其对水体的充氧过程,实测值与模拟计算值吻合较好,验证了提水、充氧能力数学模型.     

大水深水库内源污染特征及控制技术

对黑河金盆水库水温、溶解氧、pH和底部水质的监测分析结果表明,黑河金盆水库属于稳定的大水深分层型水库,水体分层阻碍了上下层水体之间的物质交换,在水体和底泥耗氧的双重作用下,溶解氧从表层水体的8 mg/L左右降低到底层水体的0.1～0.2 mg/L;在厌氧条件下,底部沉积物中N、P、Fe和Mn等污染物大量释放,导致底部水体中NH3-N、TN、TP、Fe、Mn和COD均值分别达到2.22、2.30、0.05、0.13、2.53、74.00 mg/L。针对水体分层对底部水质产生的不利影响,认为扬水曝气技术适宜于大水深水库的水质原位改善和内源污染控制。     

周村水库季节性热分层消亡期水质响应特性

以我国北方代表性水库周村水库为研究对象,研究分层消亡对水库水质污染的影响。于2014年10月—2015年1月对周村水库热分层减弱消亡期理化指标和浮游植物进行连续监测。结果表明:秋季水体分层结构的破坏,对水库水质污染与水环境的变化影响显著。随着秋季气温的下降,温跃层厚度减小,混合深度增大。分层破坏期间,水库底部仍处于厌氧状态,大量污染物(如锰、氨氮、硫化物等)从沉积物中释放出来。随着混合深度的增加,蓄积底部水体中的还原性污染物向上迁移,大量消耗水中溶解氧,导致水质恶化、嗅味异常、鱼类大量死亡。同时,大量的藻类可利用营养盐通过水体对流进入上层水体,但由于秋冬季水温和光照强度较低,并未引起浮游植物密度的增长。     

三峡库区支流回水区水体分层与藻类生长

三峡水库自2003年蓄水以来,库区支流形成了长短不一的回水河段,缓慢的水流和蓄积的营养盐导致回水河段由库区蓄水之初在短时间内出现水华,逐步发展到一年内水华可维持数月。为了研究回水区水环境与水华发生的关系,从2013年4月—12月,对库区北岸最大支流澎溪河的长年回水区——高阳平湖进行了定点监测。监测结果显示,季节性变化及三峡库区特殊的调度方式,导致高阳平湖水体在春、夏和秋季有明显分层。春季水华期间藻类群落结构单一,只出现4门9属,以蓝藻门的微囊藻(Microcystis)、绿藻门的实球藻(Pandorina)和空球藻(Eudorina)为主,秋季藻类结构组成增至7门52属,优势属逐渐被硅藻门的小环藻(Cyclotella)和针杆藻(Synedra)取代,水体各层藻类细胞密度差异消失。研究结果说明高阳平湖水体分层状况影响藻类生长和分布。     

微纳米曝气对水库沉积物细菌及磷功能菌群落的影响

为探究微纳米曝气对水库沉积物细菌及磷功能菌群落的影响,以三明市东牙溪水库为研究对象,通过Illumina高通量测序,分析了曝气前后沉积物细菌、聚磷菌与有机解磷菌的群落组成、结构及其与环境因子的相关性.结果表明,微纳米曝气对底部产生充氧作用,进而对沉积物微生物的群落造成一定影响,微纳米曝气后,变形菌门(Proteobac...     

暴雨径流对分层水库水质的影响

为探明西安金盆水库热分层演变特征和降雨径流对水库水质的影响,对水库垂向不同点位的水温、溶解氧、浊度、p H、总磷、总氮、氨氮、总有机碳等水质指标进行了持续监测和分析,结果表明:RWCS/H指数能有效判断热分层稳定水平,稳定分层期RWCS/H指数在1.56~6.99 m-1之间;RWCS/H指数与TP、厌氧层厚度显著相关,温跃层的变化特征对厌氧层变化起支配作用,分层期水库底部厌氧条件致使沉积物中营养盐大量释放,其中滞水层TP最高达0.062 mg·L-1;汛期暴雨径流一方面破坏水体热分层稳定性,另一方面携带大量颗粒态污染物以间层流的形式潜入水库中下层水体,使污染负荷提高,TP、TN、NH+4-N、TOC浓度分别达到0.052、1.589、0.42和3.784 mg·L-1;随暴雨径流潜入带来的大量颗粒态污染物和下层水温、p H上升导致沉积物厌氧释放加剧,雨后下层水体TP、TN、NH+4-N、TOC浓度分别达0.022、1.474、0.595和4.559 mg·L-1,显著高于上层水体。分层期内源释放是加快金盆水库富营养化过程的关键因素,汛期暴雨径流引发的水库水环境系统改变使得水质突发性污染风险加大。     

青岛市王圈水库锰污染的动态监测与成因分析

在掌握青岛市王圈水库自然地理的基础上,于2011年7、8、9、11月对水库水质和底质进行了动态监测.结果表明:(1)王圈水库水温垂向分布受水深和季节的控制.在水深大于8m的区域,夏季水温逐渐分层,到8月中旬,在水深8m处形成温跃层,此时上层处于富氧状态,而温跃层以下溶解氧迅速减小.秋季水温分层消失,水库水体为富氧状态,溶解氧为8 mg/L左右.在水深小于8 m的区域,全年水温不分层,溶解氧垂向分布均匀.(2)王圈水库主要入库河流中可溶性锰均未超标而库底沉积物中富含锰,反映出沉积物内源释放是水库锰污染的主要来源.水库水深大于8 m的区域,夏季随着温跃层的形成,温跃层以下由氧化状态变为还原状态,沉积物锰大量释放,最高可达1.28 mg/L;到秋季,水温分层消失,下层恢复成氧化状态,抑制了锰的释放.其他区域全年处于氧化状态,没有形成锰污染.     

水体pH和曝气方式对藻类生长的影响

利用水族箱微宇宙研究了藻类在不同pH和曝气条件下的生长和种类变化.使用天然湖水,一组试验每天调节pH,使其分别保持在8.0、8.5、9.0和9.5;另一组试验是设定不同的曝气方式,分别为不曝气、完全曝气、昼间曝气和夜间曝气,定期测定水体叶绿素a和藻类组成.pH试验结果显示,在pH 8.0～9.5范围内,pH 8.5下藻类生长状况最好,pH 9.5下生长最差,人为改变pH使其远离8.5能够抑制藻类生长.曝气试验结果显示,曝气不能抑制水体中藻类的生长,昼间曝气甚至还有明显的促进作用.     

水源水库致嗅类挥发性有机硫化物时空变化特性

为研究山东周村水库水体中致嗅类挥发性有机硫化物(VOSC)的时间空间变化趋势,通过吹扫捕集-气相色谱质谱连用法(PT/GC-MS)检测分析确定水库水体中典型的VOSC,并在7—12月对水库进行连续监测,同时结合温度,溶解氧水平,氧化还原电位,硫酸根浓度和硫化物浓度分析该物质含量随时间和空间的变化特性。结果表明,周村水库中较典型的VOSC为乙硫醇,二甲基三硫醚,这2种物质浓度随温度变化明显,温度越高,水中含量越大,具有较强季节性。二者浓度随着水深增加而增大,其中溶解氧含量为主要影响因素,强还原态环境对硫醚硫醇的释放也有一定促进作用。通过水库原位围隔曝气实验证明,向水中曝气充氧能有效降低水库水体中乙硫醇和二甲基三硫醚的含量,曝气量为15 L·h~(-1)时连续运行72 h的去除率分别为90%和80%以上。     

再生水补水景观湖浮游藻类群落结构特征及与环境因子的关系

在2014年6月至2015年5月,对以再生水为补水水源的天津临港生态湿地公园景观湖区的浮游藻类和水质指标进行逐月监测,应用典范对应分析(CCA)研究了浮游藻类与环境因子之间的关系,评价了湖区的水环境状况。结果表明:共鉴定出浮游藻类7门67属115种(包括变种),硅藻门种类最多,其次为绿藻门和蓝藻门,浮游藻类丰度范围为3.5×106~49×106cells·L~(-1),平均丰度为25.7×106cells·L~(-1),优势藻种主要为链状假鱼腥藻、梅尼小环藻、四尾栅藻、颤藻、项圈藻和卵形隐藻;多样性分析显示,藻类物种多样性一般,结合优势指示种评价水体为中污染富营养型水体;典范对应分析表明,水温、盐度、TN/TP等是影响临港再生水补水景观湖藻类群落结构的主要因素。     

曝气对遮光条件下藻类消亡的影响

以斜生栅藻和铜绿微囊藻为材料,分析低光照度范围内藻类光合作用特性和呼吸速率,研究曝气对遮光条件下藻类消亡过程的影响.结果表明,(25±1) ℃时斜生栅藻和铜绿微囊藻的光补偿点分别为600、720 lx,呼吸速率分别为89、57 μmol/(mg*h);光照度低于光补偿点,藻类内源呼吸导致水体DO浓度降低;单纯遮光(光照度为0 lx)处理7 d,斜生栅藻和铜绿微囊藻生物量去除率(以OD650计)分别为17.2%和39.1%;增加曝气措施后,斜生栅藻和铜绿微囊藻去除率分别上升到71.3%和92.0%,曝气能有效促进藻类消亡.实验数据拟合结果证明,藻细胞消亡符合藻细胞内源呼吸-衰减模型.     

藻类光合作用对运河(杭州段)水质影响的初步研究

在河流水体自净规律的研究中,浮游藻类的生长状况是一个不可忽视的因素。通过藻类的生命活动,影响和改变水的理化性、透明度、颜色等。藻类通过光合作用,吸收水体中的 CO_2,同时释放出氧气,增加水体的溶解氧含量。反之,当藻类大量繁殖时,水体处于富营养化阶段,藻类的呼吸及残骸的分解,大量耗氧,又减少水体的溶解氧。这种对水体的充氧和耗氧明显影响水体的自净过程。另一方面,水体严重污染的环境,会影响藻类正常生长,因此研究运河藻类光合作用对水质的影响和改变浮游藻类的生长环境的可能,对研究运河水     

无机碳对浮游藻类生长和群落结构的影响

采用水族箱生态模拟方法,利用碳酸钠和碳酸氢钠作为碱度调节剂设置不同碱度水平,研究了氮磷营养相对充足的试验水体中藻类各相关指标对无机碳的响应,并对试验过程中所测得的理化指标和生物指标进行统计分析.研究表明:富营养水体无机碳含量与藻类叶绿素水平存在着正相关关系;适当增加水体中的无机碳浓度能够改变蓝、绿藻门种类比例;当碱度水平达到一定程度时,铜绿微囊藻可以逐渐成为优势种,并从体系中上升,演替成为水华.     

北京红领巾湖的富营养化状态与水质分析

红领巾湖位于北京朝阳门外,以再生水为补给水源,在调节湖区小气候、改善周围生态环境、提供居民休闲等方面具有重要功能.2008年3～10月的浮游藻类和理化指标监测结果显示,该湖为重富营养型水体,浮游藻类平均细胞密度为24.73×106个/L,叶绿素a平均质量浓度为84.67μg/L;优势种群是微囊藻(Microcystis...     

Biostyr曝气生物滤池的沿程微生物多样性

采用高通量测序Illumina MiSeq方法对Biostyr曝气生物滤池(BAF)沿程微生物多样性进行研究,分析了滤池内不同高度样品中菌群类别、群落组成及不同样品间物种差异及进化关系等;同时测定各高度样品的COD、NH_4~+-N和磷变化规律,与微生物特性进行了对应性分析。结果表明,Biostyr曝气生物滤池优势菌群主要为拟杆菌、疣微菌门、厚壁菌门和变形菌门,滤池沿程微生物的变化主要表现在数量上的变化,而群落结构的变化不明显,这是沿程理化条件变化引发微生物在空间上发生变化的结果。     

连续曝气下河水水质及睡莲生理响应的季节变化

采取现场实验方法,在春、夏、秋三季测定了6个睡莲(Nymphaea tetragona L.)植物净化槽(曝气、非曝气)中睡莲的叶绿素(Chl)、可溶性蛋白(SP)含量与过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,氮磷积累、生物量、根长、茎高、叶长、分蘖数、根密度等生物学指标及对应的水质常规理化指标,探讨了连续曝气下睡莲的生理响应及河水水质的季节变化。结果表明,连续曝气明显影响了睡莲的生理特性,导致净化槽中水质发生相应变化,且影响程度与睡莲生长状况的季节变化相关。曝气槽中睡莲植物的根长、茎高、叶长较短,叶片Chl-a、Chl-b、SP含量下降,而根组织POD、CAT活性升高,氮磷积累、生物量下降,分蘖数、根密度下降;春、夏季曝气对睡莲的影响相对较小,曝气槽中TN、NH4+-N浓度低于非曝气槽,而TP、溶解性P浓度明显升高;秋季曝气对睡莲的影响较严重,曝气槽中TN、NH4+-N、TP、溶解性P浓度均高于非曝气槽。研究结论为在污染河道生态修复工程实践中,针对水生植物生长状况的季节变化而进行曝气方式调节提供理论依据。     

再生水补水河道中流速对浮游藻类生长影响的模拟实验

以再生水为主要补给水源的城市河道中,避免藻类水华是河道调控的重点之一。实际调控中,在控制藻类数量增长的同时,还应关注藻类群落的多样性,降低由于优势藻种的生长而导致水华的可能。在3种水深下各设置7组流速条件,利用环形水槽模拟研究不同组合条件下河道单元水体中浮游藻类的生长情况,通过计算藻类比生长率和藻类群落的香浓-威纳(Shannon-Wiener)指数描述藻类增长速率和群落生物多样性,从而对浮游藻类生长情况进行综合评价。实验结果显示,相同水深下浮游藻类比生长率在0.05~0.08 m·s~(-1)流速范围内出现最大值,而适当降低水深有利于提高水体浮游藻类的群落多样性。综合分析比生长率和多样性得到,在0~0.05 m·s~(-1)流速附近产生水华的潜势较高。     

最大光能转化效率F_V/F_M用于城市人工水体藻华的监控预警

结合2012年5—10月对上海市区2个典型城市人工水体藻华过程叶绿素、最大光能转化效率FV/FM变化,及其与水质指标的关系,研究FV/FM用作城市人工水体藻华监控预警指标的可行性。结果表明,曲阳公园、黄兴公园的FV/FM分别在0.57~0.71和0.58~0.63之间;人工模拟昼夜日照和温度变化培养曲阳公园藻华的水藻得到,藻类生长适应期FV/FM<0.60,对数期FV/FM>0.60,FV/FM与藻类生物量无显著相关性,仅反映藻类所处生长阶段。分析FV/FM和叶绿素a与浊度、COD、TN、TP的相关性得到,FV/FM能兼顾藻类在富营养化水体中的生理环境和生长特性,综合反映了藻华在城市人工水体形成相关的物理、化学、生长特性等因素,对研究水体FV/FM=0.63可作为预警水体藻华发生的阈值。研究成果为城市人工水体藻华暴发的监控、预警提供新的途径和方法。