区域水生态承载力多目标优化方法与例证

水生态承载力是指维系水生态系统健康状态下的人类活动阈值,揭示的是某一区域人类活动与水生态系统之间的耦合规律,可为水生态环境保护与经济社会的协调发展提供依据. 基于水生态承载力的概念,构建了区域水生态承载力指标体系,建立了区域水生态承载力多目标优化模型,采用模糊方法进行求解,并采用遗传投影寻踪方法对方案进行优选. 以浙江省湖州市为例进行实证分析,以污染物环境容量利用率作为情景方案设定的依据,分别设定了双指标(COD_Cr、NH₃-N)、三指标(COD_Cr、NH₃-N、TN)、四指标(COD_Cr、NH₃-N、TN、TP)3种控制方案. 结果表明,3种控制方案的优化结果均具有一定的可行性和合理性,并推荐四指标控制方案为优选方案. 四指标控制方案优化结果表明:2020年状态指标水环境容量利用率、生态用水比例分别为99.3%、59.1%;调控指标GDP增长速度、人口增长速度、城镇化率分别控制在7.4%、0.5%、70.3%以下,污水治理资金占GDP的比例为0.9%,第三产业比例为52.1%,化肥施用强度为251.0 kg/hm2;在此基础上,湖州市2020年可承载目标人口总量为350.0×104人,GDP为2 965.4×108元.      

环渤海盐碱地区模拟生活污水冷冻处理试验

为了探索环渤海地区污水资源化的过程,基于冷冻技术,通过模拟生活污水人工冷冻试验,研究了冷冻温度、污染物初始浓度、机械搅拌等因素对环渤海盐碱地区生活污水冰融水水质的影响,同时考察了人工冷冻试验对含盐生活污水中COD_Cr与NH₃-N处理效果的影响. 结果表明:在-11~-2 ℃的室内人工低温环境中,冷冻法可使污水中COD_Cr与NH₃-N的去除率分别达到80%和85%以上;冷冻温度越低,污水冷冻速率越快,COD_Cr和NH₃-N的去除率越低;污染物浓度越高,污水冰融水水质越差;机械搅拌对污水处理效果的影响不很明显.      

基于L-THIA模型的四川省濑溪河流域非点源污染负荷分析

非点源污染是造成流域水环境恶化的重要原因之一,掌握非点源污染的时空分布特征是流域水环境污染防治和流域综合管理的基础性工作.为落实国家《水污染防治行动计划》,四川省启动了濑溪河等流域综合治理达标方案编制工作,探明濑溪河流域非点源污染负荷及其分布特征是该方案编制的前提.以四川省境内濑溪河流域为研究区域,基于GIS（地理信息系统）,利用L-THIA（long-term hydrologic impact assessment,长期水文影响评价）模型,基于2015年土地利用地图数据、土壤水文数据以及长时间序列（2009—2014年）逐日降雨数据,调整模型参数,使模型模拟径流量符合水文站监测数据,进而模拟2014—2015年流域内的非点源污染负荷空间分布.L-THIA模型模拟得到濑溪河流域径流量约为5.10×108 m3,和控制水文站实测径流量相比,模型模拟相对误差为5%,表明模型模拟质量较好,模拟结果可信度较高.结果表明,流域内TP、NH₃-N、COD_Cr非点源污染负荷分别为204.10、353.12、5 162.53 t;农业用地对研究区的非点源污染影响最大,林地最小;根据濑溪河水系分布特点将研究区划分为16个控制单元,各控制单元TP、NH₃-N、COD_Cr的空间分布特征及比例相似,研究区非点源污染平均负荷强度为3.72 t/km2,TP、NH₃-N、COD_Cr的输出范围分别为（0.08~0.15）（0.14~0.27）（2.19~3.89）t/km2.研究显示,流域非点源污染产生量的估算和空间分布特征的揭示为编制濑溪河流域水污染治理方案提供了科学参考.      

磁场协同交变脉冲电化学场处理垃圾渗滤液

以自行研制的交变脉冲电源为基础,在自制的磁场-电化学场一体化水处理反应器中,使用铝片为可溶性电极,并同时施加磁场和交变脉冲电解电流,对垃圾渗滤液进行处理.在磁感应强度为0.08 T,脉冲峰值电流密度为5 A/dm2,平均脉冲峰值电压为2.0 V,脉冲电流周期为3 s及处理时间为90 min的工艺条件下,相对于相同电化学条件的单一交变脉冲电絮凝处理,新鲜垃圾渗滤液的COD_Cr与NH₃-N的去除率分别提高了8.41%和6.56%;老龄垃圾渗滤液的COD_Cr与NH₃-N的去除率分别提高了16.01%和7.82%.表明磁场与电化学场的协同作用明显地提高了废水的处理效果.      

洞庭湖水质因子的多元分析

年1—12月在洞庭湖湖区采集360个水样,测定pH、ρ(DO)、ρ(BOD₅)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)、ρ(TN)、粪大肠菌群及ρ(Chla). 采用主成分分析法对采样断面水质因子进行分析. 结果表明:虞公庙、鹿角断面水质主要影响因子为ρ(DO)、ρ(BOD₅)、ρ(TP)、ρ(COD_Mn)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(NH₃-N)及ρ(Chla);南嘴、目平湖、横岭湖和万子湖断面水质主要影响因子为ρ(TP);小河嘴断面水质主要影响因子为ρ(TP)、ρ(BOD₅)和ρ(Chla);东洞庭湖断面水质主要影响因子为ρ(BOD₅)和ρ(Chla);岳阳楼和洞庭湖出口断面水质主要影响因子为ρ(DO)、ρ(COD_Mn)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)和ρ(TN). 主成分综合得分对各断面水体受污染程度排序为虞公庙>鹿角>东洞庭湖>岳阳楼>洞庭湖出口>南嘴>横岭湖>目平湖>小河嘴>万子湖.      

采用生物膜工艺处理低浓度有机污水的中试研究

采用曝气生物滤池及生物接触氧化工艺处理低浓度有机污水,曝气生物滤池以悬浮填料为生物载体,进水ρ(COD_Cr)为50～150 mg/L,实验规模均为12～36 m3/d.结果表明,采用生物膜法的曝气生物滤池及生物接触氧化工艺对低浓度有机污水均有较好的处理效果,水力停留时间是影响处理效果的关键因素,COD_Cr的去除率为40%～70%,NH₃-N的去除率受水力停留时间影响较大,为3%～90%;对比采用颗粒填料的曝气生物滤池与生物接触氧化2种工艺,曝气生物滤池处理效果稍好,但差别并不明显;与生物接触氧化工艺相比,采用新开发的中空悬浮填料的曝气生物滤池COD_Cr去除率提高25%,NH₃-N去除率提高10%.      

改性活性炭对硫氰酸钠膜分离浓水脱杂过程的影响因素

为解决东北某湿法腈纶生产厂中回收NaSCN(硫氰酸钠)效果欠佳的现状,采用不同改性方法制备了10%-H-GAC(氧化改性活性炭)、1M-Na-GAC(还原改性活性炭)和600-N₂-GAC(高温改性活性炭),并探讨了改性方法、吸附时间、投加量以及初始pH对NaSCN膜分离浓水脱杂过程的影响. 结果表明:10%-H-GAC较其他改性活性炭对浓水中NH₃-N、COD_Cr、TOC和盐度的去除率要好. 以10%-H-GAC为吸附剂,吸附时间为180 min,投加量为12.0 g/L,初始pH为6.0时,NH₃-N、COD_Cr、TOC和盐度去除率分别可达35.1%、32.3%、34.9%、25.4%,表明该处理技术能很好地去除硫氰酸钠膜分离浓水中的污染物. 采用Fruendlich吸附等温模型对10%-H-GAC的吸附行为进行拟合,得到的NH₃-N、COD_Cr、TOC及盐度拟合方程的相关系数均在0.92以上. 准二级动力学方程能更好地描述废水中杂质在活性炭上的吸附行为,反映吸附过程. 研究显示,10%-H-GAC能有效去除硫氰酸钠膜分离浓水中的杂质,达到回收硫氰酸钠的目的.      

复合制剂对富营养化水体中氮磷的去除效果

利用等温吸附模型评价了沸石粉的吸氨性能,结果表明该沸石粉易于吸附NH₃-N. 在此基础上,研究获得了一种有效去除富营养化水体中氮磷污染物的复合制剂. 该复合制剂成分为沸石粉和聚合氯化铝,其最佳质量配比为95∶5. 在ρ(NH₃-N)和ρ(TP)分别为10和1 mg/L的模拟水样中,复合制剂投加量越大对NH₃-N和TP的去除率越大,但去除率增大趋于缓慢;当接触时间为4 d时,复合制剂趋于达到吸附平衡,NH₃-N和TP的去除率基本达到最大. 复合制剂除磷效果受pH影响明显,在pH为7时,其对氮磷的去除效果最佳;随着温度的升高,复合制剂对NH₃-N和TP的去除效果略有提高. 将复合制剂用于实际污染河水中,其对NH₃-N,TP和浊度的去除效果明显,同时也能去除少量的COD_Cr. 在对富营养化水体的修复中,投加复合制剂可以作为修复工程的辅助技术进行应用.      

城镇污水处理厂进水水质特征分析

文章以南方某典型小城镇污水处理厂的进水为具体的研究对象,对该污水处理厂进水水质特征进行了分析,研究结果表明,COD_Cr、NH₃-N、TN、TP的平均质量浓度为76.88mg/L、16.03mg/L、21.00mg/L以及2.03mg/L。COD_Cr、NH₃-N、TN、TP的累计频率达到90%的质量浓度为97.9、24.03、28.07、3.15mg/L,和同区域内的城市污水处理厂相比,该污水处理厂的进水水质浓度较低。在此基础之上对该污水处理厂水质浓度偏低的原因进行了系统的分析,期望能够为城镇污水处理的设计提供一些借鉴与参考。     

深圳水环境容量及其承载力评价

选取水资源、水环境和社会经济三大系统的19个指标,构建了区域水环境承载力评价指标体系,采用河道一维模型和多极关联评价模型分别对深圳水环境容量及其承载力进行评价. 结果表明:深圳水环境容量COD_Cr为195 405.3 t/a,NH₃-N为6 570.4 t/a;2008年NH₃-N排放量超过环境容量的57.2%. 尽管COD_Cr排放量低于环境容量上限水平,但由于近岸海域水环境容量大,而实际入河排放量远超河流水环境容量,河流污染较为严重,水环境问题突出. 2008年深圳水环境可持续承载度为0.4,水环境承载力处于预警状态,接近危机状态,总体上处于不可持续发展的轨迹上. 结合深圳水环境承载力实际提出的三大对策建议为调整产业结构、加大污染治理力度以及从境外引水.      

基于技术和水质相结合的排污许可限值核定技术研究

“十三五”期间,我国排污许可管理制度已基本建立;“十四五”时期,我国排污许可管理将逐步过渡到注重水质达标的管理阶段.为适应我国排污许可新的管理需求,研究了基于技术和水质相结合的排污许可限值核定技术.其中,基于技术的排放限值核定主要根据企业的行业属性和核定产能,结合环境影响评价批复的污染物排放额度,确定其排放浓度限值和排放总量限值;基于水质的排放限值核定需建立污染源与水质之间的响应关系,以地表水水质达标为目标,计算各污染源的最大允许排放量.最终的排污许可限值为基于技术的排污许可限值和基于水质的排污许可限值的最小值.以常州为例,从常州排污许可证核发重点行业选取了两家化工企业A和B,核算其基于技术的排放限值;采用水质模拟和污染物最大允许排放量分配技术,计算了污染物最大允许排放量,并分配到两家化工企业,作为基于水质的排放限值.结果表明:A化工企业COD_Cr和NH₃-N的最终排污许可限值分别为6.53和0.075 t/a,其中,COD_Cr的最终取值为基于水质的排放限值,NH₃-N基于技术和基于水质的排放取值相同;B化工企业COD_Cr和NH₃-N的最终排放限值分别为11.60和0.17 t/a,最终取值均为基于技术的排放限值.研究显示,基于水质的排许可限值受到企业自身和外部水环境容量的双重影响,应从严制定排污许可限值,既能达到企业行业排放标准和环境影响评价批复的要求,又能满足水环境质量达标的目标.      

松花江流域氮时空分布特征及源解析研究

松花江流域是我国氮污染较为严重的流域之一,为了研究松花江流域氮时空变化特征和主要来源,结合松花江流域2003-2018年国控断面NH₄+-N、TN及相关指标的监测数据和典型断面采样检测数据,采用季节性Kendall检验法分析了松花江流域ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的历史变化趋势,利用Origin 8.0软件绘制了ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（COD_Mn）的沿程分布图及水期规律图,并采用氮氧稳定同位素技术解析了水体中氮的主要来源.结果表明:①松花江流域城市污染排放对水体氮浓度具有较大影响,城市下游断面氮浓度远高于城市上游断面,并且松花江流域支流氮浓度高于干流.②时间维度上,松花江流域水体中不同水文期ρ（NH₄+-N）和ρ（TN）变化规律为枯水期>平水期>丰水期,ρ（COD_Mn）变化规律为枯水期 < 平水期 < 丰水期.③季节性Kendall检验法分析结果显示,松花江流域90.0%的断面ρ（NH₄+-N）呈下降趋势,62.5%的断面ρ（TN）呈上升趋势,且上升趋势断面主要集中在支流伊通河、阿什河上.④13个典型采样断面δ15N-NO₃（硝酸盐氮同位素）和δ18O-NO₃（硝酸盐氧同位素）值域范围分别为1.52‰~11.15‰、-13.82‰~1.32‰,水体氮主要来源于含氮肥料、土壤侵蚀造成的有机氮输入以及人畜排泄物和城市生活污水输入.研究显示,近15年来松花江流域干流水体氮污染情况呈好转趋势,但重要支流水体氮污染仍严重,城市污染排放是流域水体氮污染的重要影响因素之一,需要加强对城市生活污水及化肥和粪肥等农业面源输入的管控.      

淮河流域(河南段)水质时空变化特征及其与土地利用类型的关系

水质的定量评估有利于地方政府制定和实施水污染防治政策.为研究近期淮河流域行政区划尺度上水质的时空变化特征及其受土地利用类型的影响,以淮河流域（河南段）为研究区,根据2009-2017年31个水质站点的水质周测浓度,结合土地利用遥感监测数据,利用季节性Mann-Kendall趋势检验法及Spearman相关分析法,对ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TP）的时空变化特征及其与土地利用类型的相关性进行分析.结果表明:①在时间上,ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TP）在大部分地区呈下降趋势,但各水质指标依然较高,ρ（COD_Cr）和ρ（TP）在丰水期略高于枯水期,ρ（NH₄+-N）在枯水期高于丰水期.②在空间上,水污染比较严重的有沱河、浍河、惠济河、涡河、贾鲁河、清潩河、颍河中游、黑茨河、汾泉河和洪汝河,大部分站点为GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类或Ⅴ类水质,部分站点甚至属于GB 3838-2002劣Ⅴ类水质;而颍河上游、北汝河、沙河、淮河干流及史灌河的水质较好,基本属于GB 3838-2002Ⅰ类或Ⅱ类水质.③土地利用类型与水质之间的相关性表现为ρ（COD_Cr）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）与旱地和城镇面积占比均呈正相关,与林地、草地和荒地面积占比均呈负相关,与水域面积占比也呈负相关但不显著.研究显示,淮河流域（河南段）水质有所改善,但部分地区水污染问题仍然比较严重,旱地与城镇用地是造成研究区水污染的主要原因,林地、草地、荒地和水域能够缓解水污染.      

蒲河致嗅类VOSCs污染水平与空间分布及其影响因素

为研究蒲河中致嗅类VOSCs(挥发性有机硫化物)的污染水平、空间分布及其影响因素,采用吹扫捕集(P&T)与气相色谱(GC)/火焰光度检测器(FPD)联用方法,测定水样中14种致嗅类VOSCs的质量浓度,采用相关性分析确定水质因子〔ρ(DO)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Cr)、ρ(BOD₅)〕对ρ(∑VOSCs)空间分布的影响. 结果表明:所调查的27个采样点中各目标化合物均有检出,ρ(∑VOSCs)的范围为85.82~1 766.04 ng/L;DMS(甲硫醚)为最主要的污染物,ρ(DMS)平均值为114.29 ng/L,检出率为96.30%,变异系数为0.42. ρ(DO)与ρ(∑VOSCs)显著相关,Pearson相关系数为-0.751,对ρ(∑VOSCs)的空间分布影响最大;其次是ρ(NH₃-N),Pearson相关系数为0.441;ρ(COD_Cr)和ρ(BOD₅)与ρ(∑VOSCs)不相关.      

晋江金鸡闸断面面源污染负荷及水质敏感期的确定

晋江金鸡闸断面是泉州市重要饮用水取水口断面,其水质安全对实现区域经济社会发展具有重要意义. 以晋江金鸡闸断面水文水质监测资料为基础,借助水文统计及降雨径流与面源污染关系分析,提出确定不同水平年典型污染物质量浓度年际及年内变化的方法,进而确定面源污染负荷和水质敏感期. 结果表明:从枯水年到丰水年,COD_Mn、NH₃-N、TP的面源污染贡献率随降雨径流量的增多而增大,分别为30%~74%、53%~61%、39%~62%;ρ(NH₃-N)和ρ(TP)的年均值随降雨径流量的增大而减小,ρ(COD_Mn)与降雨径流量关系不密切. 在丰水年、偏丰年及平水年ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)、ρ(TP)的年均值变化均较小,而在偏枯年和枯水年变化较大;三者年内变化规律相近,ρ(NH₃-N)和ρ(TP)的峰值一般出现在3月、4月,并且峰值大小与年降雨径流量呈反势,ρ(COD_Mn)峰值及与年降雨径流量关系不明显. 除3月、4月外,ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)大多达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅱ类水质标准限值,而ρ(TP)基本达到Ⅲ类水质标准限值.      

深圳湾流域面源与截排溢流污染特征及其对水环境的影响

随着点源污染逐步得到有效控制,面源与截排溢流污染对水环境的胁迫日益突出。基于土地遥感数据、城市排水管网等资料,构建流域—海湾一体化水环境模型,探讨深圳湾流域面源与截排溢流污染特征及其对水环境的影响,研究表明:(1)雨季COD、NH3-N和TP单位面积面源与截排溢流污染负荷分别为17.21 t/km2与10.21 t/km2、0.17 t/km2与0.69 t/km2、0.04 t/km2与0.07 t/km2;(2)面源与截排溢流污染时间上主要集中于大雨及以上等级降水较多的5月和8月,空间上主要分布在截排工程集中、下垫面面积较大且坡度较陡的深圳河、大沙河和新洲河流域;(3)面源与截排溢流水体COD、NH3-N和TP浓度可达地表水V类标准的3.7倍、18.2倍和8.5倍;(4)雨季COD、NH3-N和TP浓度高于旱季的区域分别超过深圳湾总面积的40%、60%和65%。     

江西定南县离子型稀土尾矿周边水体氮污染状况与分布特征

为探究"稀土王国"江西省赣南地区离子型稀土矿对周边水体环境的影响,以离子型稀土矿分布密集区定南县濂江月子河流域和龙迳河龙头流域为研究对象,综合分析研究区特征污染物ρ（NH₄+-N）空间分布特征,采用相关性分析和主成分分析揭示其主要污染来源及影响因素.结果表明:①离子型稀土矿停产整顿半年后,濂江月子河流域和龙迳河龙头流域ρ（NH₄+-N）超过1.00和2.00 mg/L的采样点分别达72%和68%;pH范围为2.95~7.66,平均值分别为6.23和5.53,水体总体上偏酸性;ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）、EC与ρ（NO₃--N）变异系数较大,均介于0.80~1.50之间.②相关性分析结果显示,ρ（NH₄+-N）与ρ（TN）、EC均呈极显著正相关（P < 0.01）;ρ（NH₄+-N）与pH呈显著负相关（P < 0.05）.③流经稀土尾矿区的水体中ρ（NH₄+-N）随距离增加呈现明显的空间梯度分布特征,即距稀土矿区边界200 m处水体中ρ（NH₄+-N）最高（12.20~200.00 mg/L）,其次为1.15 km内（3.69~11.80 mg/L）及3.5 km以上水体（0.80~1.51 mg/L）,矿区周边未受到采矿活动影响的水体中ρ（NH₄+-N）最低（0.03~0.15 mg/L）.④PCA结果表明,2条河流的主要环境影响因子为ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）、pH和EC,主要受到周边稀土矿山尾矿的强烈影响.研究显示,离子型稀土矿原位浸矿开采停产半年后,重点小流域水体中ρ（NH₄+-N）高概率超标的现状仍然存在,受稀土开采活动影响较大.建议进一步开展重点小流域NH₄+-N剩余"库容"精算和矿山周边地表水定期监测.      

SWAT模型下“十三五”中期污染减排措施及气象条件对岷江流域水环境改善贡献

基于SWAT构建了岷江流域分布式水文和污染负荷模型,模拟水文变化过程的效率系数超过0.6,模拟污染物浓度的效率系数超过0.5,能够有效模拟岷江流域2015-2018年的水文、污染浓度和通量变化过程。通过模型计算分析了岷江流域主要污染物排放量变化、《水污染防治行动计划》不同减排措施及气象驱动条件对岷江流域水环境改善贡献。结果表明:岷江流域11个国考断面COD、NH₃-N、TP排放量分别下降8%、13%和12%,其中8个考核断面废水排放量上升,主要污染物排放量降低,其中点源强度下降,密度上升;岷江流域中段排放强度高、减排量同样凸显,成都市对岷江出境断面污染物排放及减排贡献均高于眉山市;各项减排措施中,城镇生活污染治理对污染物减排及通量降低占主导作用,对COD_Mn、NH₃-N、TP通量减排分别贡献53%、71%、81%;生活源减排贡献大于工业源减排,点源减排贡献率大于面源污染减排;污染减排措施对凉姜沟断面COD_Mn、NH₃-N和TP浓度变化的贡献率分别为20.7%、26.8%和34.4%。