洱海流域生态沟-库塘湿地系统对农田排水的净化效应

为探讨洱海流域生态沟-库塘湿地系统对农田排水氮、磷去除效应及其应用前景,在流域原位构建生态沟-库塘湿地系统对农田尾水进行了拦截净化,在分析流域雨季、旱季及全年3个时间段内系统进出水水质中化学需氧量(Chemical oxygen demand, COD)、总氮(Total nitrogen, TN)、总磷(Total phosphorus, TP)及铵态氮(Ammonium nitrogen, NH₄⁺-N)浓度变化特征基础上,引入改进灰色模式识别模型和综合平均污染指数对系统水质净化效果进行综合评价。结果表明,生态沟-库塘湿地系统对农田排水中TN、NH₄⁺-N、TP和COD起到有效净化作用,全年对TN和COD去除率分别为15.20%～69.59%和4.46%～61.90%,出水最低浓度均可达地表水环境质量Ⅱ类标准;系统出水NH₄⁺-N和TP全年平均分别达到地表水环境质量Ⅱ类和Ⅲ类标准。系统在雨季和旱季2个时间段平均出水分别为地表水环境质量Ⅲ类和Ⅳ类标准,全...     

人工湿地+生态塘处理农村生活污水工程实例

"人工湿地+生态塘"系统是一种投资少、建设运营成本低、工艺简单的新生态处理系统。采用人工湿地+生态塘工艺处理农村生活污水,监测数据表明该工艺成熟可靠,去除N、P能力强,出水各污染指标均能达排放要求,证明该工艺是一种适合农村污水处理的新型工艺,适合在农村推广应用。     

多塘湿地对降雨径流的截留特点

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征. 结果表明:①多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值. 降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m3/(m2·d). 降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长. ②进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响. ③降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%. 研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.      

强化塘-人工湿地复合生态塘系统中氮和磷的去除规律

在大量分组试验(中试)数据的基础上,剖析了强化厌氧塘、兼性人工湿地、强化好氧塘和水生植物根系塘的最佳工艺参数以及整体系统的组合性能,探讨了氮和磷元素在各单元塘以及系统中的迁移、降解规律。实验表明,在该组合形式的系统中,各级单元塘之间具有较强的互助和互补性,前面单元为后续单元提供了较好的前处理,使得后续单元能够较充分地发挥处理功效,同时由于结合了在厌氧、兼氧以及好氧状态下微生物、高等绿色植物根系、土壤(砂层)的同化、分解、截流、吸收、吸附和过滤等处理机制,使得该系统较传统稳定塘工艺具有更高的氮和磷的去除效率。      

生态塘-潜表流复合人工湿地对抚仙湖入湖河流水质净化效应及途径

为探明人工湿地在流域面源污染治理和高原湖泊及临湖流域水生态环境保护中的效用,本研究以尖山河流域生态塘-潜表流复合人工湿地11级功能区和4种植物为研究对象,通过测定2021年雨季6场典型降雨后各功能区污染物负荷、一个刈割周期内植物各器官及其对应土壤的氮磷含量,分析其氮磷积累量、富集系数和迁移系数的变化特点,深入探讨系统对不同面源污染物的去除效应及途径.结果表明：(1)生物沉砂塘对悬移质的沉积率范围为27.75%～55.00%,且逐级递减,系统对面源污染物的去除率在44.40%～78.87%之间,末端分区效果更为显著.(2)植物根区土壤作用(贡献率为59%～74%)是人工湿地氮去除的主要途径,植物吸收转化(贡献率为32%～42%)是磷去除的主要途径,在高污染负荷输入条件下悬移质削减率及污染物净化效应更优.(3)人工湿地植物营养元素的富集和株内迁移能力具有阶段性,氮、磷元素富集系数(分别为2.29～3.53、1.07～2.92)均大于1且向上迁移活跃,有利于修复环境污染.(4)单位面积氮磷去除速率均表现为表流湿地>潜流带状湿地,最优植物配置分别为再力花+旱伞草和香蒲+旱伞草.研究显示,...     

潜流人工湿地负荷变化对脱氮效果的影响研究

通过15个月的现场监测试验,研究了约40种入水负荷下人工湿地的脱氮效果,总结了芦苇、茭草、混合种植以及无植物潜流湿地在不同水力负荷和污染负荷下的单位面积出水氮负荷和去除率的变化规律.4种潜流系统入水负荷从400mg·(m²·d)^-1变化到8 000 mg·(m²·d)^-1,出水负荷小于7 000 mg·(m²·d)^-1,研究表明,潜流湿地出水负荷随着入水负荷的升高而升高,具有明显的线性相关关系.单位面积总氮的去除率在低负荷条件下随入水负荷的升高而升高,但在高负荷时单位面积去除率基本维持在一定的水平,不受入水负荷的影响,去除率变化波动较大.各系统的最佳运行范围在2 000～4 000mg·(m²·d)^-1之间,平均去除率在1 062～2 007 mg·(m²·d)^-1之间.床体间比较认为,植物床脱氮效果明显好于空白床,芦苇床、茭草床单位面积脱氮效率高出空白床63%和27%;同时考察的植物吸收量证明,植物吸收氮的量非常有限,不到去除量的5%,证明植物主要通过吸收以外的其它因素如改善水力条件和根系微环境来提高系统的氮去除效率.研究结果为潜流湿地脱氮机理的理解和设计提供参考.     

潜流构造湿地去除农田排水中氮的研究

对潜流构造湿地处理农业面源污水的脱氮效果进行了中试研究.研究证明潜流湿地氮去除效率和水力停留时间呈正相关关系,芦苇床的脱氮效果明显好于茭草床和空白床,名义水力停留时间大于5d时,芦苇、茭草潜流湿地脱氮效率可以达到60%以上.氮的去除满足一级推流反应动力学关系,空白床、芦苇床和茭草床的一级反应动力学常数K分别为0.14、0.26和0.20d^-.微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主要途径,植物吸收总氮量仅占入水量的15%左右.     

潜流湿地中植物对脱氮除磷效果的影响中试研究

通过潜流湿地的中试,研究了芦苇和茭草在潜流湿地中的氮磷吸收量变化,植物收割对系统的影响以及植物对改善系统流态的作用.结果表明,依靠收割植物去除氮磷是不显著的,氮磷吸收量占去除量在5%左右.同时证明植物在进入冬季前开始出现释放氮磷现象,最佳收割期应该在9～10月份.植物对维持根系周围微生态环境起着重要的作用,收割会导致系统出水水质的波动.流态试验表明,植物根系能够改善系统的流态,植物床较空白床死区率减少5%～10%,增加系统的空间利用率,延长系统的水力停留时间.     

农村多水塘系统景观结构对非点源污染中氮截留效应的影响

多水塘系统在滞留和降解农业面源污染中发挥着巨大作用.不同景观结构特征的多水塘系统对农业面源污染的截留率也存在差异.本文针对多水塘系统的功能及特点,选择4个不同景观结构的小流域作为研究区域,分析降雨前后多水塘系统水环境的变化特征及其对氮元素的截留情况,并揭示其截留率与水塘系统景观结构之间的关系.结果表明:(1)雨前水塘水体中总氮(TN)浓度的变化范围在1. 32～6. 32 mg·L~(-1)之间,雨后TN质量浓度增加到2. 8～16. 99 mg·L~(-1)之间,其中,硝氮(NO_3~--N)占TN的质量分数为20%～74%;(2)多水塘系统对TN、NO_3~--N和氨氮(NH_4~+-N)的平均截留率分别为50. 09%、48. 71%和52. 75%;(3)小流域1中的水塘系统对氮的截留率最低,平均次降水过程中小流域2中的水塘系统对氮的截留量最低,仅为56. 10kg,远低于小流域4中水塘系统对氮的截留量324. 43kg;(4)多水塘系统对氮的截留率受到水塘个数、面积及水塘与水塘之间沟渠密度的影响,其中沟渠密度对氮截留率的影响最大.本研究结果可为农村多水塘系统的管理及规划提供科学依据.     

降雨强度对洱海流域凤羽河氮磷排放的影响

降雨形成的径流携带各种陆面物质进入河流湖泊是导致水质变化的重要因素,而不同降雨强度下的河流氮磷输出特征均有所差异,因此,为阐明雨强对高原湖泊典型流域污染物排放的影响,本研究以洱海流域上游的凤羽河为研究对象,基于连续3 a(2011～2013年)的出口断面水质水量监测,分析了4种降雨强度(小雨、中雨、大雨、暴雨)对水体氮磷浓度和形态的影响.结果表明,降雨强度对凤羽河氮磷排放的影响显著,所有组分的氮和磷浓度平均值在小雨(10 mm)和中雨(10～25mm)时较低,在大雨(25～50 mm)和暴雨(50～100 mm)时较高;氨氮(NH_4+-N)(57. 14%～76. 85%)占总氮(TN)的质量分数大于颗粒态氮(PN)(23. 15%～42. 86%),溶解态总磷(TDP)(22. 73%～28. 00%)占总磷(TP)的质量分数小于颗粒态磷(PP)(72. 00%～77. 27%);不同形态的氮浓度比较为:TN NH_4+-N PN;不同形态的磷浓度比较为:TP PP TDP.     

亚热带农区生态沟渠对农业径流中氮素迁移拦截效应研究

以我国亚热带农业面源污染防控工程——生态沟渠为研究对象,在2013~2014年对其径流量和每月进出口水质中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的质量浓度进行监测,通过分析生态沟渠在不同时间段对不同形态氮素的去除差异,探讨了生态沟渠对面源污染中氮素迁移的拦截效应.结果表明,2 a内生态沟渠对NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的平均去除率分别为77.8%、58.3%和48.7%;拦截量分别为38.4、59.6和171.1 kg·a~(-1);进水中无机态氮NO~-_3-N和NH~+_4-N之和占TN质量分数的平均值为47.5%,出水中平均值为33.6%,比进水显著降低(P0.01).2014年生态沟渠中水生植物全部改种为绿狐尾藻后,对NO~-_3-N和TN的拦截率比2013年分别增加了30.5%和18.2%,表明种植绿狐尾藻进一步提升了生态沟渠对氮素的拦截能力.可见,生态沟渠对农区地表径流中氮素迁移有较好的拦截作用,可作为一项重要的农业面源氮污染防控技术.     

农村水塘系统对非点源水污染的调控作用研究

以辽阳市沙岭镇大闯屯村为例,对北方平原地区农村水塘系统污染现状、非点源污染物的迁移途径、控制方法进行了初步研究,研究结果表明,农田径流与村落生活污水的排放方式对农村地表水环境质量具有重要影响,进行合理的生态设计,充分利用自然净化单元,对改善地表水环境质量将会起到积极的作用。     

生态工程综合治理系统对农业小流域氮磷污染的治理效应

以典型农业小流域——开慧河流域源区为研究对象,基于研究区农业面源污染的主要排放特征,建立以生态湿地为主的小流域面源污染生态工程综合治理系统,重点探讨其对水体氮磷污染物的去除效果.结果表明,畜禽养殖业是开慧河流域源区水体氮磷污染物的主要来源,需要重点防控.组合生态湿地处理工程对农村分散式生活与养殖混合废水总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率为87. 1%和90. 9%;多级人工湿地拦截工程对农田排水与分散式养殖混合废水TN、TP的平均去除率为85. 7%和84. 9%;景观型生态湿地净化工程对末端汇水区水体中TN、TP的去除率在27. 1%～67. 4%和13. 3%～81. 5%之间.整个生态工程综合治理系统对流域TN和TP污染物的总拦截量分别为5 292 kg·a~(-1)和1 054 kg·a~(-1),占研究区农业面源TN、TP总污染负荷的35. 3%和43. 6%.因此,构建的生态工程综合治理系统对流域农业面源氮磷污染具有较好的治理效应,适合在我国南方小流域水环境治理中推广应用.     

生态沟渠-生物滞留池组合控制农村径流污染

生态沟渠和生物滞留池因其良好的径流污染控制能力和生态效益,日益受到广泛关注和应用,但单一的生态沟渠或生物滞留池在农村径流污染控制中常存在氮磷去除效果不稳定和基质易堵塞等问题.将两者串联构建组合系统,利用生态沟渠预处理去除部分污染物,可降低生物滞留池污染负荷和减轻基质堵塞;同时在生物滞留池中设置淹没区并添加天然载体碳源提升系统脱氮效果.研究了载体碳源、降雨强度和干湿交替等条件对生态沟渠-生物滞留池组合系统控制农村径流污染的影响.结果表明,投加稻草和木屑两种天然载体碳源分别将生物滞留池段的TN去除率提升19.9%和20.4%.模拟降雨强度从小雨增至大雨时,外加碳源组合系统COD、 NH⁺₄-N、 TN和TP去除率平均下降17.0%、 16.8%、 20.4%和17.2%,其中生态沟渠段对4种污染物的去除贡献平均降低16.3%、 13.0%、 24.2%和22.1%.干湿交替运行可提高系统的污染物去除效果,相较连续进水,干旱3周后木屑组TN平均去除率提升12.3%.微生物群落分析结果显示,木屑组和稻草组生物滞留池样品的α多样性高于对照组;投加载体碳...     

青铜峡灌区氮磷运移特征试验研究

以青铜峡灌区为例,通过对输水、田间以及排水系统典型沟渠、地块的监测试验,分析了作物灌溉期氨氮、硝氮和总磷在灌区输水系统、田间系统和排水系统中的迁移变化特征.结果表明,在输水系统中,氮磷浓度大致呈递增趋势,递增的幅度与渠道基质及其中的氮磷含量有关;在田间系统,农田排水中氮磷浓度受田间施肥过程影响较大,田间氮磷流失以氮素为主,尤以硝氮较为突出;作物生长期前后,田间土壤中氮素含量在60 cm以上变化较大,下层变化较小,土壤中总磷含量变化相对较小;排水系统中,氮磷浓度沿纵向整体上是一个逐步下降趋势,从农沟口到总排口,氨氮浓度下降了25%,硝氮浓度下降了41%,总磷浓度下降了45%;受养殖污染以及部分工业、生活排污影响,干级排水沟氮浓度出现上升现象,其中以氨氮表现最为显著.     

青山湖流域景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应

景观格局对水质的影响具有时空尺度依赖性,然而不同空间尺度下景观组成、景观配置及景观坡度对季节性水质的影响程度仍然不甚明了. 基于青山湖流域26个监测点的总氮、总磷、硝态氮和铵态氮数据,采用景观格局分析、冗余分析和偏冗余分析方法定量景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应. 结果表明：①子流域尺度内景观格局对河流氮磷浓度的解释力比在缓冲区尺度上高6.8%~8.4%,且这种作用在干季更明显. ②在子流域尺度,林地占比和居民地的散布分裂程度对河流氮磷浓度影响较大;而缓冲区尺度上,农田和居民地分布的坡度以及林地斑块的聚集度是影响氮磷浓度的关键因子. ③景观配置对河流氮磷浓度变化的独立贡献率（20.1%~36.5%）高于景观组成（4.1%~14.5%）和景观坡度（5.5%~23.7%）的独立贡献率,且景观配置对河流氮磷浓度影响随季节变化的敏感度最高,而景观坡度对河流氮磷浓度影响具有更高的空间尺度敏感性. 因此,通过景观格局调控非点源污染应从多尺度角度考虑. 研究结果可从宏观上为制定以非点源污染控制为目标的景观格局优化措施提供科学依据.     

农田排水沟渠水体-底泥中溶质氮分布特征试验研究

沟渠系统"过程拦截"是现阶段农业非点源污染控制和管理的重要手段.针对当前农田排水沟渠水体-底泥-植物系统内各介质间非点源溶质迁移转化机制不清的现状,本研究以天然沟渠为对象,以非点源溶质氮为例,通过2014年3月~2015年2月现场监测试验,分析了农田排水沟渠水体及底泥中非点源溶质氮的分布特征.结果表明,沿沟渠纵向,试验沟渠水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量均呈现一定程度递减趋势,表现出沟渠系统对非点源溶质的净化作用;水体中总氮质量浓度、底泥中总氮含量在沟渠横断面分布存在较大不均匀性,其分布特征与断面形态、流量变化过程、流速分布等因素有关,其中水体中总氮质量浓度均衡度为76.89%,底泥中总氮含量均衡度为57.04%;试验期内,水体中总氮质量浓度呈"凹"形变化、底泥中总氮含量呈"凸"形变化,二者表现出相逆的变化趋势.     

天津市七里海湿地土壤地球化学特征及生态环境意义研究

以七里海湿地为研究对象,通过表层土壤元素含量变化和元素间的相关关系,运用R型聚类分析方法,对指标组合特征进行分析,以相关系数0.35划分,分为3个指标组合,土壤中元素的积累以非生物积累为主.探讨了湿地土壤元素分布分配的地球化学规律.通过湿地的环境变化对土壤元素含量变化的影响,表层土壤有机碳、总氮以及碳氮比的研究,表明七里海湿地土壤有机碳含量和总氮的含量高度呈正相关,相关系数R达到0.95,有机碳和总氮的含量分布特征也很相似.从地球化学角度,分析了七里海湿地的生态环境作用.     

洱海大气氮素湿沉降特征

通过对2020年位于洱海湖区周边4个站点大气降水的实地监测，定量揭示了大气湿沉降不同形态氮素（TN、DTN、AN、NN、NIT、PN）的浓度和时空分布规律，探讨了氮素沉降通量的变化特征及其主要影响因子，进而明确了大气氮湿沉降对湖区外源性氮素输入的贡献程度，评估了氮素湿沉降入湖负荷对湖区水环境的影响。结果表明：各监测点降水中氮素浓度年内总体呈先升后降再升的趋势，总氮浓度为0.18～8.73 mg/L，平均浓度为1.34±0.686 mg/L，氮素浓度呈现干季高湿季低的变化规律；氮素湿沉降通量月际变化大致呈M双峰型，沉降通量峰值出现在浓度最低但降雨量最大的8月，最小值出现在12月，沉降通量与降雨量呈极显著正相关，沉降通量AN/NN为1.97，农业生产活动的氮素排放是湿沉降的主要来源；2020年洱海湖面湿沉降总氮直接输入负荷量约为170.11 t，其中铵态氮86.86 t，硝态氮51.58 t，总氮直接入湖负荷约占流域农业面源排放量的6.18%。     

洱海流域农业面源污染空间分布特征及分类控制策略

作为典型的高原坝区农业型流域,洱海流域农业面源污染严重,威胁洱海水质.以洱海流域为研究对象,综合数理分析及GIS技术,开展流域农业面源污染负荷分析及评价,使用排污系数法估算了2018年洱海流域农村生活、畜禽养殖业和种植业污染中COD（化学耗氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）的排放负荷,并通过等标污染负荷法在GIS空间分析反映流域内污染排放分布情况.结果表明:①2018年洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP的排放量分别为11 188.20、2 752.56和259.33 t.COD排放量主要来自畜禽养殖,TN与TP的排放量均主要来自种植业.②洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP等标污染负荷分别为559.41、2 752.56和1 296.63 m3/a.种植业等标污染负荷在总等标污染负荷中的占比最高,为36.40%,其次是畜禽养殖业,为34.44%.③各乡镇的等标污染负荷差异较大,等标污染负荷范围为（286.16±150.67）m3/a,等标污染负荷强度范围（0.13±0.067）m3/a.④聚类分析结果表明,洱海流域农业面源污染可分为种植业主导型、种植业高污染型、生活污染主导型和畜禽养殖业主导高污染型等4种类型.研究显示:来源于种植业的面源污染是洱海流域水环境保护需要控制的首要污染源,TN是需要控制的首要污染物;排放量与等标污染负荷的空间分布特征均呈流域北部乡镇污染物排放量较高,但流域西部各乡镇排放强度较大的特征;流域内各乡镇防治面源污染需要针对其污染来源特点分别采取推进种养平衡、推广绿色种植、分区控制农田径流以及推进农村生活污水治理等分类控制策略.