垂直潜流人工湿地净化北方微污染水体试验研究

为研究垂直潜流人工湿地对北方微污染水体中COD、氮和磷的去除效果及去除机理,在室内选用混合土(由炉渣与种植土按比例混合而成)、石英砂和陶粒作为填料,以天津当地常见植物黄花鸢尾为植被构建了垂直潜流人工湿地处理微污染景观湖水和雨季的初期雨水;除冬季冰封期暂停运行外,通过对系统不同季节运行数据的分析,考察了不同季节环境条件下垂直潜流人工湿地对我国北方城市微污染水体的净化效果及影响因素。结果表明:不同季节条件下,该系统对污染物均有着良好的去除效果和抗冲击负荷能力。微污染景观水和雨季初期雨水经垂直潜流人工湿地系统处理后,出水COD、NH4+-N及TP的质量浓度可分别优于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的IV类、III类和II类水质标准(研究阶段进水TP≤0.80 mg·L-1),COD、NH4+-N和TP的阶段平均去除率最高可分别达80%、91%和82%;TN的去除效果受季节变化波动较大,阶段平均去除率在32%~78%,温度较低季节或原水水质较差时有待处理水回流或辅加其他技术手段以提高脱氮效果。垂直潜流人工湿地对北方微污染水体有着较好的净化效果,能够有效地预防地表水体富营养化的发生,有利于城市水环境质量的改善和水资源的循环利用,具有良好的发展应用前景。     

鄱阳湖流域浮萍种质资源分布及其对水环境因子的响应

为全面了解鄱阳湖流域浮萍种属资源分布及其生长水环境,对流域内浮萍资源开展调查并测定生长水体的水质.结果显示,鄱阳湖流域采集到的浮萍共4属5种,分别为青萍(Lemna minor)、稀脉浮萍(Lemna perpusilla)、紫背浮萍(Spirodela polyrrhiza)、少根紫萍(Landoltia punctata)、芜萍(Wolffia arrhiza)、青萍和紫背浮萍为该地区的优势种.青萍生长水体的p H范围最广(5.5-9.43),其他浮萍生长水体呈弱酸性.青萍生长水体中的氨氮(NH_3-N)、硝态氮(NO_3-N)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)浓度范围较其他4种浮萍更为广泛,分别为0.18-4.25 mg/L、0.027-3.27mg/L、0.38-13.28 mg/L、16.16-614.72 mg/L,少根紫萍生长水体的总磷(TP)浓度范围最广,为0.06-2.68 mg/L.从重金属含量来看,青萍生长水体Cu、Pb、Zn、Co含量范围最广,少根紫萍对Cd、紫背浮萍对Mn的适应能力表现出优势.从自然状态下富集效果来看,青萍对Zn、紫背浮萍对Cr、少根紫萍对Mn的富集能力强.青萍和紫背浮萍对Pb富集效果好于少根紫萍.RDA分析表明,少根紫萍的分布主要受TN、TP、NH_3-N的影响,紫背浮萍主要受Mn的影响,青萍主要受NO_3-N的影响.稀脉浮萍和芜萍分别受Cd、Cr的影响.不同浮萍种属的水环境差异较大,在修复富营养化水体时,可利用当地优势品种组合以达到最佳的去除效果.根据浮萍对重金属耐受能力、富集效果的不同可筛选出对特定重金属耐性好且富集能力强的品种.本研究对利用浮萍品种修复不同污染的水体具有一定的指导意义.(图4表5参40)     

潜流人工湿地低温下黄河原水预处理效果研究

在低温条件下(水温0.3～15.9℃),采用水平潜流人工湿地在玉清湖水库进水口处对入库黄河水进行预处理试验研究,考察了低温下黄河原水预处理效果,比较了不同水力负荷条件下,湿地系统对污染物的去除效率及其变化趋势,同时考察了进水污染物含量的影响.结果表明:在运行期间,潜流人工湿地有较好的处理效果,COD、TP、TN、NH4 -N的平均去除率均分别达到43.13%、40.86%、42.56%、43.26%.根据GB3838-2002<地表水环境质量标准>,出水中COD达到Ⅰ类,TP平均值达到Ⅱ类,TN平均值达到Ⅴ类;NH4 -N平均值达到Ⅱ类.处理效果与温度正相关,在现有的水力负荷变化范围内(0.6 ～1.2 m·d-1),系统处理效果无明显差别.同时发现,由于本实验的进水负荷低,系统去除功能未能得到充分利用,今后的研究可以适当提高负荷,充分利用系统的净化能力.     

少根紫萍淀粉合成关键基因对寡营养胁迫的响应

浮萍是一种形态高度退化的开花植物,环境适应性广,生长条件适宜时可以接近指数增长的速度在16-48 h内实现生物量的翻倍.以寡营养处理,少根紫萍(Landoltia punctata)淀粉含量可在7 d内提高到45%以上(干重).通过深入分析转录组数据,分别挖掘到ADP葡萄糖焦磷酸化酶编码基因(LpAGP)5个、颗粒结合型淀粉合酶基因(LpGBSS)2个、可溶性淀粉合酶基因(LpSSS)2个、淀粉分支酶基因(LpSBE)5个、异淀粉酶基因7个(LpISA)、普鲁兰酶基因(LpPUL)1个.转录组定量结果表明LpAGPS1、LpAGPL2、LpAGPL3、LpGBSSI、LpGBSSII、LpSBEI-1、LpISA3和LpPUL1的表达量均因寡营养处理而上调.通过qRT-PCR检测LpAGPs等16个淀粉合成关键基因的表达量,发现绝大部分淀粉合成相关基因表达量上调,而参与淀粉降解途径相关基因(如α-淀粉酶和β-淀粉酶编码基因)的表达量因寡营养处理而下调.这种不同的调节方式促使少根紫萍淀粉合成"开源节流",淀粉得以快速积累.本研究结果可为进一步研究少根紫萍淀粉合成关键基因功能及淀粉积累机制奠定基础.     

表流湿地土壤因素对微污染水净化作用

为了研究人工湿地土壤在处理微污染原水的作用,在济南玉清湖水库建立土壤空白床进行实验研究.结果表明,在排除了植物因子的前提下,人工湿地的土壤-微生物系统对微污染原水中COD平均去除率达到46.67%、对TN的平均去除率为34.86%、对NH4 -N的平均去除率分别达到39.83、对TP的平均去除率达到45.12%.系统不同单位区段对微污染原水中的COD、TN、NH4 -N、TP去除率存在差异,在第一个单位区段的处理效率最高,分别为21.5%、18.32%、19.85%和16.64%,远大于第二、三、四区段.另外,土壤吸收附磷的过程中存在着积累现象.而且,系统处理效率受温度影响显著,随着温度的降低,污染物去除率也下降.     

太湖入湖河流氮磷时空分布特征

为探究典型入湖河流的水环境状况,选取太湖入湖河流梁溪河为研究对象,于2017年12月—2018年12月进行定期取样监测,开展水体氮磷时空分布特征的分析.结果表明,梁溪河支流的污染状况比干流严重,大多支流为劣Ⅴ类水.其中,干流总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝酸盐氮(NO3--N)、总磷(TP)浓度的变化范围分别为0...     

不同粘土矿物对磷污染水体的吸附净化性能比较

比较了凹凸棒石粘土、高岭土、膨润土和蛭石等4种粘土矿物共8个样品对不同程度磷污染水体的吸附净化能力.结果发现,4种供试粘土矿物对水体磷均有一定的吸附净化潜力,但针对不同程度磷污染水体存在一定差异,且同一种粘土矿物的吸附净化能力也会因矿物组成差异而不同;针对模拟Ⅴ类水(ρ(P)=0.4 mg·L-1),高岭土的吸附净化能力最强,其次凹凸棒石粘土和膨润土的吸附净化能力与活性炭接近,而蛭石的吸附净化能力较差;针对模拟劣Ⅴ类水(ρ(P)=1.0 mg·L-1),膨润土的吸附净化能力最强,蛭石次之,高岭土因矿物组成不同而有很大差异,凹凸棒石粘土的吸附净化能力与活性炭较为接近.结果表明,凹凸棒石粘土和膨润土针对不同程度磷污染水体的应用范围较宽,高岭土最适用于Ⅴ类磷污染水体,而蛭石可应用于劣Ⅴ类磷污染水体.     

不同水力负荷下凤眼莲去除氮、磷效果比较

采用人工模拟方法,研究了不同水力负荷(0.14、0.20、0.33和1.00m3.m-2.d-1)对凤眼莲去除富营养化水体氮、磷效果的影响,试验期间进水TN、NH4+-N、NO3-N、TP平均质量浓度分别为4.85、1.33、2.92和0.50mg.L-1。结果表明,凤眼莲净化系统对富营养化水体具有较好的去除效果,低水力负荷(0.14、0.20m3.m-2.d-1)下,出水TN、NH4+-N和TP均达到了GB3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类水质标准;当水力负荷提高到1.00m3.m-2.d-1后,出水TN、NH4+-N、NO3-N和TP质量浓度明显上升。4种水力负荷下,凤眼莲净化系统对TN和TP去除率分别为84.95%和80.65%、73.87%和73.04%、51.60%和64.05%、30.77%和47.79%,即随水力负荷的提高而降低;相应的TN、TP去除负荷分别为0.58和0.06、0.72和0.07、0.83和0.11、1.47和0.23g.m-2.d-1,即随水力负荷的提高而增加。综合考虑净化效果和污水处理能力,本试验条件下凤眼莲系统的水力负荷宜控制在0.33m3.m-2.d-1。     

包头市南海湿地水质现状分析与评价

南海湖是包头市唯一的天然湖泊,为了解包头市南海湿地的水质现状,根据南海湿地进出水特点于2015年4—11月合理布点采样,通过检测pH、DO、TN、TP、DP、NO_3-N、NO_2-N、NH_3-N、CODCr、Chl(a)等指标,对湿地水质现状进行分析,并采用污染指数法和营养状态指数法对湿地水体进行评价.结果表明,南海湿地水体达到严重污染级别,根据污染负荷分担率Ki值可知化学需氧量(22.93—45.98)、总氮(27.69—38.10)、总磷(5.93—28.03)对水体的污染最为显著,均超过地表水Ⅴ类标准,监测期间各点位TSI(chla)值均大于53,可知南海湖现已处于富营养状态.     

生物转笼耦合水生植物修复城市湖库黑臭水体

本文利用生物转笼耦合水生植物系统处理城市湖库重度黑臭和轻度黑臭水体,研究该系统对两种黑臭水体修复性能,以及强化系统脱氮除磷的方法。结果表明:重度黑臭水体系统修复可在4 d内快速消除黑臭,轻度黑臭水体修复时间可缩短至3 d。经处理,两种水体氨氮浓度降至8 mg/L以下,溶解氧浓度提升至5 mg/L以上,透明度提升至33 cm以上,氧化还原电位提升至100 m V左右。两种水体经系统修复5 d后,氨氮浓度达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅳ类标准,水中氨氮基本转化为总氮(TN)。同时,系统兼具一定的TN、总磷(TP)去除能力。碳源促进微生物和植物耦合技术去除城市黑臭水体TN,TP。间断投加碳源,系统修复作用1周后可使水体TN,TP浓度由《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的劣Ⅴ类值改善至Ⅳ类以内。     

海绵铁填料对城市内河污染物质去除

通过水质监测和微生物高通量测序,开展了海绵铁填料对城市内河污染物质去除效果的现场试验研究.结果表明,试验进水COD、NH_3-N、TN和TP分别为16—75 mg·L~(-1)、1.24—9.73 mg·L~(-1)、0.21—22.12 mg·L~(-1)和0.23—1.17 mg·L~(-1),各项水质指标均属于地表水环境质量劣Ⅴ类标准;在经历不同HRT(3—24 h)后,试验出水的COD、NH_3-N、TN和TP的浓度分别降至1—47 mg·L~(-1)、0.01—4.86 mg·L~(-1)、1.1—20.34 mg·L~(-1)和0.03—0.55 mg·L~(-1).当HRT为24 h和12 h时,出水为Ⅱ—Ⅳ类水质,而当HRT为6 h和3 h时,出水水质介于为Ⅱ—劣Ⅴ类之间.其中,HRT为24 h时,COD、TN和TP的去除率最高,分别达到75.86%、90.76%和87.47%,而NH_3-N的去除率在HRT为6 h时最高,为99.29%.微生物群落结构分析显示,海绵铁填料生物膜上的微生物物种丰富度和群落多样性均高于原水,且群落结构较原水更为稳定.随着反应器内部溶解氧的升高,物种丰富度和群落多样性也逐渐增加.     

城市尾水深度处理工艺及效果研究

为探索适合城市污水厂尾水深度净化经济、有效的处理技术系统,使出水水质达到回补当地地表水源要求,为地区水环境健康与水质安全保障提供理论依据和示范。以城市污水处理厂尾水为研究对象,通过小试试验建立适合城市污水厂尾水深度净化的组合系统,该组合系统包括间歇曝气生物活性炭滤池与S型立体植物沟组合。系统运行的时间为129 d,每隔一定天数进行取样,测定其中TN(总氮)、NH3-N(铵态氮)、TP(总磷)、COD、溶解性有机物等进、出水营养指标参数变化,并利用综合水质标识指数法对出水水质进行评价。结果表明:该系统能明显降低尾水中上述污染物的质量浓度,试验期间出水TN,TP的去除率分别达到50%,70%以上,且出水总氮含量维持在10 mg·L-1以下,其中最低时总氮质量浓度为2.6 mg·L-1。进水总磷质量浓度范围在0.56~2.97 mg·L-1之间,经过上述系统处理后总磷质量浓度可以控制在0.2 mg·L-1以下。单独生物滤池单元处理后出水综合水质标识指数在5.632~3.510之间,平均综合水质类别可以达到地表水Ⅳ标准;组合植物系统处理后,出水综合标识指数在3.510~2.510之间,平均综合出水水质可以达到地表Ⅱ类水质的要求。上述研究结果表明该深度组合工艺可以进一步提高城市污水厂出水水质,并达到回补地表水四类水质的设计要求。     

少根紫萍转录因子及其营养胁迫下的表达

少根紫萍(Landoltia punctata)是一种浮水生、多功能、高环境适应能力的能源植物,为了解其生理特性的分子机制,利用少根紫萍转录因子预测数据与拟南芥、水稻、玉米数据库数据进行宏观比较,并结合转录组测序技术对少根紫萍营养胁迫后转录因子表达分析.结果显示,少根紫萍有1 076个转录因子,分属于66个家族,其中在b ZIP、WRKY、AP2/ERFERF、MYB、NAC、MADS-box等家族基因数明显减少,一定程度上解释了浮萍高黄铜低木质素、难开花的生理特性;少根紫萍在营养胁迫下偏向上调AP2/ERF-ERF、MYB、bHLH家族特定基因和下调AP2/ERF-ERF、WRKY家族特定基因来响应营养胁迫,尤其是AP2/ERF-ERF、WRKY两个家族中特定基因表达下调在响应水体营养胁迫中有非常重要的作用.本研究在转录因子层面对浮萍的生理特性,特别针对营养胁迫下转录因子的表达进行了探究,可为建立浮萍水生模式植物系统、深入探讨少根紫萍响应营养胁迫机制以及改造成耐受胁迫的高效淀粉积累能源植物提供理论指导.     

复合型人工湿地模型对污水厂尾水的深度净化效果

采用由一级垂直流湿地、连续的4级沉水植物氧化塘和二级垂直流湿地组成的复合型人工湿地处理小城镇污水处理厂尾水。结果表明,在0.13 m3.m-2.d-1水力负荷条件下,模型出水仅ρ(CODCr)和ρ(氨氮)(以NH4+-N计)达到地表Ⅲ类水标准(GB 3838—2002);但当进水ρ(TP)达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准时,出水ρ(TP)亦达到地表Ⅲ类水标准。当二级垂直流湿地水力负荷调整为0.06 m3.m-2.d-1时,出水ρ(TP)和ρ(TN)最终都达到地表Ⅲ类水标准。认为水体中TN主要通过一级垂直流湿地的过滤吸附和二级垂直流湿地的反硝化作用去除,而TP则主要以一级垂直流湿地中石灰石的吸附沉降方式来去除。     

人工介质富集附着生物对富营养化水体的净化作用

研究了人工介质富集附着生物对富营养化水体中藻类及氮、磷营养物质的去除特性,以及不同水深、水体流速和溶解氧、温度、pH等理化性质对去除效果的影响.结果表明,在静态水体条件下,组合人工介质富集附着生物对于NH4+ -N、TN、TDN、NO3- -N、TP、TDP和PO43- -P平均去除率分别为98.90%、45.15%、42.78%、38.13%、76.18%、80.11%和87.02%,藻类叶绿素a(Chl-a)含量则降低了63.53%.随着水深的增加,藻类Chl-a含量下降速度减缓,但对氮、磷营养物质的去除影响不大.随着水体流速的增加,即由静态水体转变为流速为200 L·h-1的动态水体,藻类Chl-a含量降低程度有所增加,TP和TDP去除率也有所增加,其中,静态和动态水体中Chl-a含量分别降低了63.53%和72.17%,TP去除率由76.18%增至85.13%,TDP由80.11%增至83.76%;TN去除率由45.15%降至32.02%,TDN由42.78%降至28.73%;对于NO3- -N,静态对照去除率为38.13%,而动态处理去除效果不佳;而NH4+-N和PO43--P去除率变化不大,NH4+-N由98.90%变为98.59%,PO43--P由87.02%变为86.13%.水体DO、温度、pH等理化性质特别是p(DO)对净化效果亦有一定影响.     

浅水体浮萍污水净化系统的除氮途径

以稀释的猪场厌氧污水为供试水样,少根紫萍为供试生物材料,对夏、冬2季浅水体浮萍污水净化系统TN、NH4 -N和NOx--N(NO2--N与NO3--N之和)的去除途径进行了试验研究。结果表明,在夏季气温条件下,TN通过气态氨挥发、浮萍系统吸收/吸附NH4 -N和NOx--N得以去除,3途径去除的N分别占TN去除量的30.5%、15.9%和53.6%;NH4 -N通过气态氨挥发、浮萍系统吸收/吸附和硝化反应得以去除,3途径去除的N分别占NH4 -N总去除量的33.1%、17.3%和49.6%;NOx--N则完全通过浮萍系统吸收/吸附得以去除。在冬季气温条件下,TN通过气态氨挥发和浮萍系统吸收/吸附NH4 -N得以去除,2途径去除的N分别占TN去除量的31.7%和68.3%;NH4 -N通过气态氨挥发、浮萍系统吸收/吸附和硝化反应得以去除,3途径去除的N分别占NH4 -N总去除量的28.9%、69.5%和1.6%;而水体中的NOx--N含量始终保持稳定。     

不同水生植物配置对河涌污水的净化效果

研究不同配置的挺水植物组合对河涌污水污染物的净化效果,为在河涌污水治理上构建有效的人工湿地植物处理系统提供依据。选择10种净化能力较强的挺水植物,组成6种不同配置的挺水植物组合,采用无土栽培的方式模拟人工湿地的环境进行静态培养试验,测定出不同水生植物组合及在不同污水的停留时间(HRT)下对河涌污水污染物的去除率。6种不同配置的水生植物组合在HRT为5 d时对NH4+-N、TN、TP、CODCr、BOD5的去除率(平均去除率分别为98.2%、81.2%、91.3%、71.8%、79.4%)均较高;以组合1:香根草Vetiveria zizanioides+风车草Cyperus alternifolius+美人蕉Canna indica+菖蒲Acorus calamus+再力花Thalia dealbata的处理效果为最佳。不同水生植物系统对污水的净化效率取决于HRT,当HRT从1～5 d时,NH4+-N、TN、TP去除率每天的增幅均逐渐增加,当HRT从5～7 d时,NH4+-N、TN、TP去除率每天的增幅却均迅速下降;说明3种不同配置的水生植物系统对河涌污水NH4+-N、TN、TP的净化效率均以HRT为5 d时...     

水生植物微生物强化系统对日本沼虾养殖水体的生物净化

通过在池塘水体中栽种以轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)为主的水生植物,并添加活菌含量>108 g-1的复合微生物制剂,构建了水生植物-微生物强化系统,研究该系统对日本沼虾(Macrobrachium nipponense)养殖水体的生物净化效果。结果表明,试验40 d时,所添加的1.0 mg.L-1活性微生物可充分依赖水体中水生植物的巨大表面积而形成固定化的生物膜,使得植物区及相邻水体中细菌和真菌数量提高25%～69%,强化水体的净化功能。水生植物-微生物强化系统可通过相互的协同作用,提高对氮、磷和有机物等的利用能力,在促进自身生长的同时,可大幅降低水体中NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TP、PO43--P含量,抑制TN、高锰酸盐指数的快速升高,提高水体中溶解氧,竞争藻类生长的资源,使得水体中藻类的丰度有所下降,pH也趋于稳定。研究表明,水生植物-微生物强化系统是一种良好的日本沼虾养殖水体生物净化系统,当水体中添加的微生物质量浓度为1.0 mg.L-1时,适宜的水生植物覆盖率为40%。     

太湖湖区敏感水域水质时空变化特征

于2010年1-10月在太湖主要湖口区与饮用水源地共10个湖区采集80个水样,分析水体NH3-N、TN、TP和CODMn含量的时空变化特征,并进行水质评价.结果表明,随时间变化,敏感水域NH3-N浓度较为稳定,TN浓度表现为4月较高,TP浓度表现为7月最高,CODMn浓度在1和3月(2月未测)明显高于其余月份.太湖西北部敏感水域NH3-N、TN、TP和CODMn浓度明显高于其余敏感水域.水质评价结果显示,太湖湖区部分敏感水域出现NH3-N、TN、TP和CODMn超标现象,其中TN和TP超标较为严重,超标率分别为91.7％和82.5％.各样点中以大浦港入湖口湖区污染最为严重,NH3-N、TN、TP和CODMn单项污染指数平均值分别为2.20、14.73、6.85和1.33.     

洞庭湖水污染特征及水质评价

于2016年4月—2017年3月对洞庭湖区11个监测断面396个表层水样进行采集,选取8个水质指标进行因子特征分析,并采用单因子评价法、综合污染指数法和主成分分析法对洞庭湖水质进行综合评价.洞庭湖水体呈弱碱性,总氮(TN)和总磷(TP)为超标污染物.单因子评价法结果表明,TN和TP为洞庭湖水质的主要限制因子,TN参与评价时,洞庭湖水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类.综合污染指数法结果表明,洞庭湖水质状况为中污染,平水期水质优于枯水期和丰水期,主要污染因子为TN、TP、五日生化需氧量(BOD5)和高锰酸盐指数(CODMn).主成分分析结果表明,洞庭湖水质主要受p H、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)和TN等指标影响,西洞庭湖水质较好,南洞庭湖次之,东洞庭湖较差.3种方法是定性和定量评价的有机结合,评价结果不完全一致,故采用多种评价方法来开展水质评价十分重要.