水葫芦在水生态修复中的研究进展

水葫芦是水生态修复中研究最早和最深入的水生植物之一.在此,归纳了国内外近年来水葫芦在水生态修复中的3个主要研究方向:净化水体能力与净化机理、控制水葫芦疯长和资源化利用本葫芦.探讨了水葫芦净化系统在水体修复中的合理位置:天然水体的生态修复、水葫芦与污水处理工艺的组合、低浓度生活污水和雨水处理等.最后展望了水葫芦在水体生态修复中未来的研究方向.     

磷酸改性水生植物生物炭吸附微囊藻毒素-LR及其影响因素

将水生植物制成生物炭是水生植物资源化利用的新方式,本研究将两种水生植物苦草和狐尾藻在不同温度下热解制备生物炭并用磷酸进行改性,探究了生物炭对水中微囊藻毒素（以MC-LR为例）去除的影响,并研究了其对MC-LR的吸附动力学及影响因素.同时,采用扫描电镜、元素分析、比表面及孔径分析、FTIR和XPS对生物炭进行表征.结果表明,生物炭表面含有丰富的含氧官能团,更高热解温度制备的生物炭具有更丰富的孔隙,对MC-LR的去除率也更高.生物炭对MC-LR的吸附符合准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型.离子强度对生物炭吸附的影响较小,而较高的pH、较大分子量的DOM会抑制吸附.磷酸改性能提高生物炭的吸附性能,并且减弱pH和DOM对生物炭吸附效果的影响.综上,利用水生植物制备的改性生物炭可用于吸附MC-LR,为控制水体中的微囊藻毒素污染提供了新的思路和理论依据.     

污染水体的生态浮床修复研究综述

利用生态浮床净化污染水体是一个水环境原位生态修复的过程,也是一个包括物理的、化学的和生物的复杂过程,其原理主要是利用水生植物及其根际微生物吸收水体N,P元素、降解有机物和蓄积重金属。生态浮床技术已被应用于国内外水污染治理工程,并取得了一定的成果,但是其对污染水体的净化效果易受植物种类、温度、季节、处理时间、覆盖率和污染物初始浓度等因素的影响。今后,应从植物筛选、植物组合、浮床结构改进、水生植物资源化利用等方面加强研究,探索生态浮床的构建和管理技术,实现景观效益和生态功能的双赢。     

大型水生植物修复重金属污染水体研究进展

重金属污染水体的修复是一项艰巨的工程,以往的物理及化学修复不仅投资巨大而且效果不甚理想,而利用水生植物修复重金属污染水体是一种低廉有效的处理方法。文章综述了利用大型水生植物植物修复重金属水体的研究进展,重点阐述了4种生活型水生植物(挺水、漂浮、浮叶和沉水)对重金属的蓄积效果;并对植物修复重金属污染水体的影响因素如植物生活型、生物量、株龄以及重金属的类型、初始浓度和水体的理化性质等进行了讨论。最后,对利用组织培养技术进行植物筛选、利用基因工程技术使水生植物对重金属具有超蓄积能力、水生植物修复重金属污染水体机理机制研究以及应用多种类型植物的组合研究等方面进行了展望,并且提出了水生植物修复重金属污染水体的实际工程应用中需要注意的问题。     

水生植物生物质炭去除水体中氮磷性能

在富营养化水体的生物修复中,将产生大量的水生植物,如何进行合理的处置是需要解决的问题.本文采用水生植物制得生物质炭,并通过镁改性,提高了生物质炭对水体中氮磷的吸附性能.材料性质表征结果表明,镁改性不仅在生物质炭表面形成纳米MgO片层,增加比表面积,而且引入了羟基官能团促进对铵态氮的吸附.改性生物质炭对硝态氮和铵态氮的吸附过程均属于多层吸附,吸附等温线符合Freundlich模型.改性后生物质炭对磷的吸附机制由单层吸附变为多层扩散.改性生物质炭对硝态氮、铵态氮和磷的最大吸附量分别为5. 66、62. 53和90. 92 mg·g~(-1),其中对铵态氮的吸附量是未改性生物质炭的178倍.在磷、硝态氮和铵态氮共存时,改性生物质炭对其吸附量分别增加79. 1%、67. 5%和47. 1%.本文结果表明通过生物质炭制备可以实现水生植物资源化,并可回用于水体氮磷污染的修复,具有很好的应用前景.     

凤眼莲、稻草和污泥制备生物炭的特性表征与环境影响解析

有机废弃物限氧热解制备生物炭可在减缓温室气体排放的同时改善土壤和水体环境质量,但同时生物炭在环境中的应用具有潜在生态毒理风险.因此,在将生物炭大规模应用于各类环境介质前,对其关键物理-化学性质进行系统分析与评价是极为必要的.本文选择对我国水生生态环境危害最大的入侵植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)和我国产量最高的农业废弃物稻草,以及市政污水处理厂剩余污泥3种生物质前体,于250~550℃进行低温慢热解,对所制备生物炭的表面形貌、元素组成、矿物形态和一系列关键化学特性进行了全面表征与比较分析.在此基础上,深入探讨了此3类生物炭应用于土壤改良、重金属污染修复和水体富营养化控制的潜力与风险.结果表明,凤眼莲生物炭中K、Ca、Na、Mg含量最为丰富,指示其对于缓解土壤酸化具有重要应用价值,而其中P主要以AlPO_4晶体态存在,水溶性较低,这有利于降低此类生物炭引起水体富营养化的风险;水稻秸秆生物炭阳离子交换量(CEC)相对较高,达到33.7 cmol·kg~(-1),表明其在提高土壤保肥能力和降低重金属生物有效性方面具有较大潜力;SEM-EDX显示,凤眼莲生物炭和稻草秸秆生物炭均具有发达的束筒结构,可优先考虑用于改善土壤通气性;但是,部分生物炭中水溶性Cd、As含量超出安全阈值,表明对有机质前体和热解产物进行严格检测和筛选是实现生物炭在环境与农业中安全利用的必要环节.     

水生植物制生物炭对硝态氮的吸附规律研究

为在高纬度地区秋季温度条件下研究一种高效以及低值的技术去移除人工湿地中的硝酸盐氮,在秋季人工湿地中收集水生植物枯落物芦苇以及香蒲制备生物炭,并利用盐酸进行改性.通过序批实验,研究了改性水生植物生物炭对硝酸盐氮的吸附性能及影响因素,探讨了其吸附机理.结果表明,经盐酸改性的芦苇生物炭MRB与香蒲生物炭MCB表面均带正电荷,Zeta电位分别为+5.46mV与+2.31mV.MRB与MCB对硝酸盐氮吸附行为更符合准二级动力学方程(R~20.99),等温吸附曲线更好拟合Freundlich方程(R~20.98).MRB及MCB对硝酸根的最大吸附量Q_m分别为14.6661mg/g与5.5559mg/g.批量吸附实验也表明,溶液初始pH和共存阴离子会影响改性水生植物生物炭吸附硝酸盐.改性水生植物生物炭可以有效地去除来自于在秋季高纬度地区人工湿地污水中的硝酸盐.     

生物炭基人工湿地的水体净化作用及其机制

生物炭基人工湿地是以生物炭为基质来实现水体净化的一种人工生态系统。生物炭基质是人工湿地去除水体中氮磷素和有机污染物的关键要素,同时支持植物和微生物生长。基于文献调研和综合分析,文章探讨了生物炭基质对人工湿地中氮、磷素和有机污染物的去除路径、作用机制和影响因素,分析了生物炭基质对人工湿地植物生长的影响。生物炭不仅能够通过吸附和络合等作用去除水体中的氮、磷素和有机污染物,还能通过促进微生物和植物的生长,提升微生物的生化作用,从而促进水体的净化效果。生物炭的综合利用不仅为中国农林固废和市政污泥资源化提供了更广阔的应用前景,还能将吸附和络合了氮、磷素的生物炭回收,作为土壤改良剂和缓释肥应用于农业生产中,有力地推动了中国绿色发展和生态文明建设。文章分析了优化生物炭基人工湿地水体净化的研究方向,并探讨了生物炭在人工湿地中的应用前景。     

水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响研究进展

淡水生态系统温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放是全球气候变化背景下的研究热点。水生植物作为淡水生态系统重要的组成部分,对水体生源要素的生物地球化学循环过程具有重要影响,进而影响水体温室气体产生与排放。本研究基于目前水生植物与水体温室气体排放关系的研究,探讨了水生植物对淡水生态系统温室气体排放动力学过程的影响,提出水生植物分布区可能是温室气体排放热点;水生植物种类、生活型的多样性增加了水体温室气体排放的变异性和不确定性,对监测和估算方法的准确性产生一定影响;进一步总结了水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响机制:1)机械作用,包括气体传输通道作用和浮叶植物的滞留作用; 2)水生植物光合/呼吸作用参与水体碳循环,同时水生植物凋落物分解为水体代谢提供新鲜碳、氮源,提高温室气体产生速率; 3)改变根际厌氧环境,影响根际CH_4和N_2O产生与排放; 4)水生植物群落改变水体生态因子分配格局,影响水体异养代谢等。基于当前研究现状,本文提出要进一步开展不同尺度或不同生境条件下水生植物种类、生活型和生长代谢等对水体温室气体排放动力学的影响研究,并从水生植物群落尺度构建温室气体排放动力学模型,优化监测方法与估算模型,为推进我国淡水生态系统温室气体排放研究提供理论基础。     

生物炭与丛枝菌根真菌联用对镉固化效果研究

生物炭因其制备简易、经济高效等优点被视为目前最有效的土壤修复剂之一。但单独使用生物炭进行土壤修复的实际应用中存在瓶颈,并且过度使用生物炭对植物有毒害作用。使用生物炭与其他修复方式联用是一种能有效发挥生物炭优势并且减少其弊端的理想修复手段,丛枝菌根真菌作为土壤中与植物接触最紧密的微生物,具有降低重金属迁移性、提高植物抗重金属胁迫的能力,但如果作为外源微生物进入土壤,其生长会受到一定限制,影响其修复效率。该研究将常被用于土壤重金属修复的生物炭和可提高植物重金属胁迫能力的丛枝菌根真菌联用,研究该联用体系对土壤Cd的固化性能和以及对生菜Cd含量和抗氧化能力的影响。结果表明,使用生物炭与丛枝菌根真菌联用能够降低土壤中可交换态Cd的比例,可交换态Cd比例由CK组62.9%降低至43.22%,剩余态比例上升至15.61%,Cd的迁移性显著降低。土壤CaCl2浸提Cd浓度显著降低,Cd的生物利用性显著下降。此外,生物炭与丛枝菌根真菌联用可以显著增加植物生物量和根长,增加SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性同时减少植物体内MDA含量,植物的抗氧化能力显著增强。研究结果可为生物炭与丛枝菌根真菌联用技术的应...     

水生植物能源化利用技术与方法研究进展

水生植物资源极其丰富,在水体生态系统中起着举足轻重的作用,但其巨大的生物量会造成水体二次污染。文章介绍了水生植物资源化利用的现状,并重点综述了水生植物在厌氧发酵产气、微藻生物柴油及微生物燃料电池产电能源化利用的研究进展,为实现水生植物能源化发展提供可靠的依据。     

生物炭及其复合材料去除水体石油烃研究进展

水体的石油污染对生态环境造成的长期影响和破坏,是一直以来全球重点关注的环境问题之一。生物炭及其复合材料作为可有效吸附石油烃的富炭多孔材料,已成为目前水体修复领域的重要研究对象。文章对近年来生物炭及其复合材料在水体环境中石油烃吸附的相关研究进行了整理,总结了生物炭的类型、理化性质及其常见的制备过程,介绍了表面改性、磁性改性以及纳米改性等生物炭复合材料制备方式。在此基础上,简述了生物炭及其复合材料吸附石油烃时的原材料性质、污染初始浓度、外加物质以及盐度等内外因素的影响,讨论分析了去除石油烃过程中疏水相互作用、孔隙填充、π-π相互作用、毛细管效应以及表面吸附等作用机理。针对当前研究中所存在的生物炭及其复合材料的生态风险不明确、多数研究停留在实验室阶段、吸附过程机理研究不够深入等问题,提出了强化吸附材料风险评估、优化其制作工艺、提升其循环再生性能和深化吸附机理研究等方向,以期为生物炭及其复合材料吸附水体石油烃的大规模应用提供科学参考。     

小型湖泊修复区与未修复区对生态修复的响应与评价

为研究湖泊生态修复后小型城市湖泊不同区域水生态状况的长期响应特征,并探讨利用不同水生生物类群评价水体水生态状况的适用性,于2018年1月～2019年5月,对湖南小型城市湖泊松雅湖水质及不同水生生物类群分别进行了逐月和季度监测,并对其水生态状况进行了评价.结果显示,与生态修复之前相比,修复后松雅湖全湖相关水质指标均优于修...     

多孔混凝土与水生植物综合水质净化效应的试验研究

通过自行设计室内水质净化装置模拟自然水环境,研究水生植物香蒲、荷花和水生动物螺蛳组成的生态系统对水质的净化能力,以及多孔混凝土与该生态系统相结合时整体的水质净化能力和多孔混凝土的生态适应性。试验结果表明,水生生物形成的生态系统对水体中TP、TN、COD的最大去除率分别为85.71%、85.88%、86.66%,与多孔混凝土联合应用后,对TP、TN、COD的去除率分别达到87.50%、88.89%、86.70%,多孔混凝土的应用为水生生物的生长繁殖提供了空间,一定程度上提高了水生植物的水质净化效率。对多孔混凝土综合水质净化效应机理分析表明,多孔混凝土的孔隙结构可为水体生物提供附着生长的空间,通过物理吸附作用、植物吸收作用、微生物生化降解和水生动物滤食作用去除水体中的污染物。提出多孔混凝土可作为生态护坡材料,与水生植物、水生动物结合应用于生态护坡。     

基于城市固体废弃物的生物炭制备及其在垃圾填埋场和土壤改良中的应用研究进展

近年来,以城市固废为原料制备生物炭为其资源化利用开辟了新思路,但在制备方式、影响因素及主要应用领域仍缺乏有效阐述。介绍了生物炭的制备方式,系统分析了城市固废原料、生产工艺对生物炭产率和性质等影响;在此基础上,概述了生物炭在垃圾填埋场治理修复(渗滤液处理、垃圾填埋场覆盖、可渗透反应墙材料)和土壤改良(理化性质、营养环境)的应用现状。结果表明:1) 热解和水热碳化是城市固废制备生物炭的常用方式,其形成的生物炭具有较大的比表面积、孔隙率及更丰富的组分,对污染物质(如I-、Cu2+等)具有较强的吸附能力;2) 城市固废自身特性及生产工艺都会对所得生物炭的性质产生影响;3) 以特定城市固废生产的生物炭可用于垃圾填埋场修复和土壤改良,对填埋场造成的土壤、大气、地下水污染均具有良好的处理效果,也能充分提高土壤养分的有效性。该成果可为基于城市固废的生物炭生产及环境治理修复相关研究提供参考。     

水生植物在河道生态修复工程中应用研究

近年来,随着水体修复技术的不断进步和创新,水生植物在河道生态修复工程中得到快速发展及广泛的应用。作为河道水体生态修复技术的重要组成部分,水生植物能否成功应用,往往是整个工程成败的关键。基于已往工程实践经验的总结以及工程实践应用的角度,文章论述了在河道生态修复工程中,水生植物的设计、施工和后期维护管理的技术要点和注意事项,对于水生植物在河道生态修复工程中的应用有一定指导意义。     

富营养化水体生态修复中水生植物的应用研究

文章论述了水生植物修复富营养化水体的机理,并按不同生活型综述了不同水生植物在富营养化水体生态修复中的应用,指出了富营养化水体生态修复中水生植物选择依据,并展望了其研究应用前景。     

紫茎泽兰制备生物炭及其应用研究进展

紫茎泽兰作为世界性的有害入侵植物,因其适应能力强、扩散速度快、植株内含有有害物质而对农林牧业乃至人类健康产生不利影响。因此,如何对其有效防控和综合利用已成为国内外关注的热点问题。生物炭是有机物质在低氧或缺氧条件下热解碳化而形成的富碳固体物质,因其独特的性质和潜在的价值而被广泛用于农业土壤改良与环境修复等领域。将紫茎泽兰热解制备生物炭,既降低了生物炭生产成本,还实现了生态系统的保护和废弃物的高效利用。目前将紫茎泽兰作为原材料制备生物炭虽有一些相关的研究,但报道相对较少,且研究较分散、结论不一。因此,有必要对紫茎泽兰的利用现状和制备生物炭的应用潜力进行综述。本文结合目前紫茎泽兰应用研究现状,分析了紫茎泽兰制备生物炭的应用研究价值,综述了其在环境污染修复、农业土壤改良方面的应用,并在此基础上提出了今后的研究方向与展望,以期为今后开展相关研究工作提供参考和借鉴。     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.     

低污染水生态净化组合技术应用

为有效提升低污染水体环境质量,采用生态净化组合技术,通过对环境基底改造、水质生物强化、水生植物恢复、水景观构建等处理技术的集成与优化,构建以活水为基础、以生态净化为核心、兼顾景观提升的低污染水体水环境组合整治系统. 结果表明,该组合技术成功恢复大型水生植物18种,水生植物覆盖率达90%,形成由挺水植物、浮水植物和沉水植物组成的良性水生态系统. 组合生态净化工程实施后,底泥pH由6.80~7.60升至7.30~7.90,E_h(氧化还原电位)由-210~-150 mV升至-62~31 mV,底质生境得到显著改善;水体透明度由15~35 cm显著升至83~145 cm,下层水体ρ(DO)由0.48~1.03 mg/L升至3.43~15.61 mg/L,ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)的削减率分别达到76%、85%和92%;水体浮游植物总数和总生物量分别减少了84.0%和90.6%,浮游植物群丛类型由富营养蓝藻(平裂藻)型转变为中-富营养混合型. 因此,水生态净化组合技术可有效净化低污染水的同时,还可提高水生态系统多样性.