基于生态安全分析的城市黑臭水体原位治理技术应用研究

原位治理技术在黑臭水体治理工程中应用广泛,但存在治理效果维持时间短,甚至引发二次黑臭的问题。为深入打好黑臭水体治理攻坚战,维护来之不易的治理成效,本研究深入分析几种常见的原位治理技术,归纳总结原位治理技术在应用中存在的局限性或应用误区,点明实施原位修复技术的前提和基础是彻底的控源截污和内源治理,明确各原位治理技术的适用条件,并有针对性地给出对策建议。研究成果可为县级、农村黑臭水体治理工作提供借鉴,推动黑臭水体治理工作向生态、安全、高质量方向发展。     

典型城市黑臭河道水体生物毒性研究

以黑臭为特征的城市内河污染近来受到关注,检测和分析污染河流水质的生物毒性对水质标识和生态评价十分必要。本研究逐月检测了温州市九山外河(JS River)和山下河(SX River)两条典型黑臭河道水样对斑马鱼、发光细菌和热带爪蟾胚胎的毒性效应。结果显示,黑臭河道水体对斑马鱼、发光细菌(青海弧菌Vibrio Qinghaiensis Q67)和爪蟾胚胎均具有毒性效应。以斑马鱼死亡率和发光细菌相对抑光率表征的水质综合毒性较一致,且以发光细菌更为敏感。爪蟾胚胎致畸实验主要通过存活率和畸形率来表征水体的毒性。3类生物监测均显示SX水体毒性明显高于JS整体毒性,这与两条河黑臭程度相一致。通过发光细菌检测水体综合毒性的分析,显示SX和JS水体毒性在5月-8月的夏季较高,冬春季节较低,表明黑臭河道水质毒性季节性变化与水体温度(T)和溶解氧(DO)值关系密切。本研究结果可为污染水体生物毒性检测和黑臭水体综合评价及后续治理提供依据。     

中国城镇生态环境遥感监测现状及发展趋势

城镇生态环境是国家生态文明和美丽中国建设的重要组成部分,而目前中国城镇化快速发展过程中出现了重污染天气、黑臭水体、土壤污染、城市热岛效应等突出生态环境问题。环境监测是掌握城镇生态环境质量状况、环境管理和环境执法的基础,遥感技术在城镇生态环境监测中发挥着重要作用。文章主要从通常关注的空气质量、水体水质、土壤污染和生态资源4个方面,从遥感数据源、遥感监测模型方法、存在问题等方面概述目前中国城镇生态环境遥感监测的总体现状,指出目前存在城镇复杂地表高反射噪声与气溶胶多次散射引起污染气体反演的不确定性、现有算法无法适用于高浑浊的城镇黑臭水体和高清洁的饮用水源地这两类特殊光谱特征水体、城镇土壤污染难监测、城镇地表温度与生态要素高精度反演等技术瓶颈,以及时空分辨率低、监测精度不高、技术体系缺乏、专题产品少、业务应用程度低等问题与不足,提出中国城镇生态环境综合监测亟需攻克的系列监测要素精度提升关键技术、业务应用模式、服务模式等发展趋势,为中国新时期生态环境保护、打好污染防治攻坚战、城镇化建设等重要工作提供支持。     

黑臭河道生物修复中氧化塘应用研究

氧化塘技术是有机废水、特别是生活污水处理的有效手段,在城市黑臭河道治理中,对于暂时无法截污的城郊河道,利用废弃的鱼塘,将其改造成氧化塘,对上游污水进行预处理。研究表明,生物氧化塘对上游黑臭水体具有较高的处理效率,在污水进水量为4320t/d以内(即污水停留时间为1.4d以上,容积负荷为CODcr:0.11kg/(d·m3)以下),O2:15.6kg/h的增氧曝气条件下,CODcr除去率在50%以上,NH3-N除去率在40%以上,经处理的黑臭水体在氧化塘出水口已形成由藻类、原生动物、浮游动物、鱼类等参与的多级食物链组成的复杂生态系统。在黑臭水体预处理基础上,通过底泥生物氧化、水体增氧、水体生态恢复等技术手段,对河道进行生物修复,能有效地消除水体黑臭、提高河涌水体自净能力,为城市黑臭河涌治理和养护提供了切实可行的方法。     

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。     

活水调度联合人工湿地治理黑臭水体应用研究

淮安市属于平原河网,经常出现河流静滞的水动力不足现象,加重城市内河的黑臭现象。为彻底消除黑臭,确保水域呈现“河畅、水清、岸绿、景美”的生态美景,根据研究区域污染源成因分析及整治条件,拟定了水质改善和水动力改善综合方案。利用自然高差及泵站提升的方式对新路圩河及周边3条河道进行泵闸联合调度,减少水体停留时间。同时设置人工湿地,通过生物修复治理黑臭水体。经改造后新路圩河水质由《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）劣Ⅴ类水体提升至Ⅳ类水体,水体流速提升至0.05 m/s以上,常规污染物去除率最高达90%,溶解氧和透明度提高30%。分析结果可为新路圩河流域治理及其他同类工程提供依据和参考。     

北京市城市河道水体发臭分级评价方法

基于北京市城市河道水体发臭大量感官数据及水质监测数据,采用多元线性回归及有序Logistic回归建立北京市水体发臭回归模型.研究发现多元线性回归法与有序Logistic回归法整体准确率相似(78%—80%),但发臭评价准确率明显高于后者,更适合作为水体发臭回归方法进行评价.将该方法应用于北京市地表水发臭分级评价中,筛选确定了适合做水体发臭回归自变量的监测指标,发现溶解氧及氨氮起主要作用,对水体发臭贡献率约95%;有机类指标对解释水体发臭效果显著程度从大到小依次为:高锰酸盐指数五日生化需氧量化学需氧量,由于五日生化需氧量分析时间长、高锰酸盐指数多用于Ⅰ—Ⅲ类水体监测、化学需氧量是水环境污染物总量控制的关键指标,综合考虑建议采用化学需氧量为回归自变量;总磷不适合作为北京市城市河道水体发臭回归自变量.对2012年北京市部分城市河道水体发臭情况进行分析,结果发现本标准用于评价发臭程度与国家颁布的黑臭标准的评价结果吻合程度为95.6%,通过选取典型发臭水体进行分级评价,再次验证了该评价方法可行.     

阜阳市城区水系治理技术体系示范应用与效果分析

随着工业化和城镇化发展,未经处理的生活污水、工业污水以及地表径流中污染物排入河道水系,导致城市水体污染加重,局部地区出现黑臭现象。由于城市污染水体来源、成因和环境条件等因素的复杂多变,注重短期效应的单一修复技术难以持续有效改善水体水质,因此,需要分析污染成因并结合地区实际情况进行治理技术的集成与局部创新。基于阜阳市城区水系污染现状以及成因,采用以水功能区划和水质修复为目标的城市水系水质提升与保障技术体系,将管网改造截污、兴建调蓄池、河道清淤、蓄水活水工程、岸坡再自然化改造与植被景观工程等措施进行不同程度的革新与有序组合;并通过水质监测和现状调查比较该技术体系的修复效果,进一步从修复机制的角度分析各个工程措施在城市水系修复过程中的作用及功能属性。结果显示,与2017年修复工程实施前相比,2022年城区河道黑臭水体基本消除,水质得到了显著提升,从劣Ⅴ类和黑臭水体提升到Ⅲ～Ⅴ类地表水标准,人居环境得到了有效改善,可为我国城市水体污染控制与水环境治理提供技术体系和示范。     

黑臭河道生物修复中3种不同增氧方式比较研究

利用叶轮式曝气机、水下式曝气机、射流式曝气机等3种不同曝气方式的曝气设备进行了黑臭河涌曝气试验。研究表明，不同增氧方式对黑臭河道水体增氧效率不同，水下式曝气机、叶轮式曝气机均可在黑臭河道下游形成一段绿色水而，水车式曝气机下游变绿河段长度为15．7m，叶轮式曝气机下游变绿河段长度为6．3m，射流式曝气机不能形成明显的绿色水而。无论足河道水体增氧效果、CODcr、NH3-N去除效果，还足河道菌-藻生态系统的建口、自净能力的肩动，水下式增氧机均优于其它两种增氧机，而且存在投资少、安装维护方便、运行费用低等优点。适应于河道窄、水流缓、截污难度大的城郊中小型黑臭河道的治理。     

基于可持续发展的城市内河环境经济评估研究——以南通主城区河流为例

可持续河道理论是涵盖了水体自然生态、恢复自净能力及能够提供环境经济、社会服务、功能协调等的理想水体理论,对城市内河治理进行环境经济评估有利于可持续河道的实现.目前,南通主城区河道已基本消除黑臭且能达到或优于地表水Ⅳ类水质标准,预计未来几年治理目标将达到Ⅱ类标准.基于条件价值评估法分析南通市居民对市区河流环境改善的支付意...     

北京市城市河道水体发黑分级评价方法

基于多元线性回归对北京市城市河道水体发黑感官数据及水质监测数据进行分析.通过比较与筛选发现,水色稀释倍数适合作为表征北京市城市河道水体发黑因变量,而溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷及总铁适合作为自变量,其中溶解氧、化学需氧量及总铁为主要因素.基于5项水质指标提出了北京市城市河道水体发黑分级评价方法,从非发黑到重度发黑共分4级,通过比较发现两个回归模型模拟计算结果与水色稀释倍数观测值大致相当.该评价方法首次将有机类污染指标同水中总铁结合,量化了北京市城市河道水体发黑程度,为未来"一河一策,消除黑臭"提供思路.     

底泥再悬浮对上覆水水质的影响研究

城市水体黑臭问题正受到越来越多的关注,而水体中的悬浮物是水体污染物中的重要组成部分。以典型黑臭河流底泥和上覆水构建试验系统,研究底泥再悬浮对上覆水水质的影响。底泥再悬浮后,上覆水中颗粒物粒径立即显著升高,上覆水透明度急剧降低至10 cm以下,氨氮质量浓度升高至15~22 mg·L~(-1),氧化还原电位低于-12 m V,溶解氧低于1.1 mg·L~(-1),底层水体溶解氧甚至低于0.2 mg·L~(-1)。这表明底泥再悬浮是水体黑臭的重要原因之一。在沉降前期,上覆水中颗粒物粒径(D50)随沉降时间延长而显著降低,而在沉降中后期,水柱中各取样点颗粒物粒径稳定在3~4μm(D50)的小粒径水平,维持时间可达20-100 h。随着再悬浮次数增加,水柱恢复澄清的时间延长。底泥再悬浮使水中大粒径颗粒物加速沉降,水体浑浊程度的改善时间缩短,但对致黑的小粒径颗粒物影响较小,与此同时水体褪黑所需时间延长。随着底泥再悬浮-沉降次数的增加,水中硝酸盐氮、磷酸盐、CODCr的质量浓度均显著升高。其中,硝酸盐氮由0.4 mg·L~(-1)升高至0.7 mg·L~(-1),磷酸盐由0.2 mg·L~(-1)升高至1.2 mg·L~(-1),COD_(Cr)由370 mg·L~(-1)升高至524 mg·L~(-1),增幅分别为75%、500%、42%。底泥再悬浮会进一步加剧底泥中污染物向上覆水的释放。     

耦合流域模型及在中国环境规划与管理中的应用进展

流域水环境模型是研究流域水体黑臭、水体富营养化和水质超标问题的重要工具,流域水环境模型从概念上可以分为(半)机理模型和经验型模型,前者通过方程式和函数关系来刻画流域水动力和迁移转化规律,并通过实测数据校准获取本土化的参数系数,后者力图寻求大数据量间的统计学规律。按照模拟对象的不同,流域水环境模型还可以划分为陆域的污染负荷模拟模型、水域的受纳水体模拟模型,以及水-陆耦合模拟模型。模型对整个流域系统及其内部发生的复杂地球化学过程进行定量化描述,污染负荷模型一般用来估算点源及非点源产生的污染负荷量,并计算出进入河道的污染负荷量,作为受纳水体模型的污染源边界输入条件;受纳水体模型一般用来模拟沉积物或污染物在河流、湖泊、水库、河口、沿海等水体中的运动和衰减转化过程,是水质预测、评价、分析的重要工具。传统的流域模型多用评价自然活动以及人类活动对水环境造成的影响,而当前越来越多的学者将水环境模型与经济学模型进行耦合,开展基于水环境模型的环境政策设计和优化研究。文章从系统控制的视角,主要总结了水量水质耦合流域模型在水资源管理政策、水环境管理政策中的应用,例如水资源有效分配、排污交易产生的水环境影响、基于成本-效益的水污染控制策略优化等。在此基础上文章对流域水环境模型的发展方向和应用前景进行了的展望,流域水环境容量控制策略、目标总量控制策略的水环境影响比较分析以及水环境模型的不确定性研究将是未来关注的重点所在,尤其不确定性问题经常存在于水污染物产排放预测和水环境质量模拟预测过程中,对于提升环境规划与管理的科学性、有效性具有十分重要的现实意义。     

广州沙河涌黑臭水体整治措施与效果评价研究

沙河涌是穿越广州市中心城区的重要排涝河涌,也是广州市147条黑臭河涌之一。在全面梳理河涌现状及存在问题基础上,系统采用“三源-四洗-五方针”综合整治措施后,黑臭消除了,河涌实现了“清水绿岸、鱼翔浅底”的目标。为保持沙河涌长治久清的治理效果,采用了低水位运行和再生水补水等生态自修复模式。本文通过对沙河涌水生生物监测评价,定量分析阐明了自修复模式对水体长治久清具有明显效果,为城市河涌水生态修复实践提供了参考和借鉴。     

基于决策树的辽宁省北部沙漠化信息提取研究

以沙漠化问题较突出的辽宁省北部地区为例,选取2007年Landsat 5 TM遥感影像作为基本数据源,通过对影像中耕地、林地、草地、水域等常见地物及典型沙漠化土地进行光谱特征分析和波段间的相互运算,将修改型土壤调整植被指数（MSAVI）、归一化差异水体指数（NDWI）和遥感图像缨帽变换后的土壤亮度指数（SBI）、绿度植被指数（GVI）及湿度指数（WVI）等特征变量融入决策树分类模型后进行分层分离,从而实现对沙漠化信息的高精度提取。结果显示,决策树分类法可排除提取地物时的干扰信息,是保证沙漠化土地信息快速自动提取的方法之一。     

城市黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用研究

氮超标是目前许多城市黑臭河道治理过程中急需解决的突出问题。在外源输入有效控制后,底泥内源氮成为水体氮污染的主要来源。硝化与反硝化过程是削减底泥氮负荷和控制内源氮释放的重要途径,从硝化与反硝化耦合作用角度探讨底泥内源氮的行为,对于有效解决黑臭河道氮超标治理难题具有重要的现实意义。对此,文章首先通过理论分析探讨了影响底泥内源氮硝化-反硝化有效耦合的重要因素,认为溶解氧水平和缺氧微环境分布是非常重要的参数,在这矛盾平衡中影响着硝化-反硝化作用的进行。其次评述了黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用的研究现状,指出对于污染严重且受人为干扰频繁的城市黑臭河道,曝气扰动是影响底泥内源硝化-反硝化作用的重要因素。为了实现对底泥内源氮的有效控释,往往需要通过选择合理的曝气条件从影响溶解氧水平和缺氧微环境分布两方面来控制硝化-反硝化反应平衡。最后探讨了今后相关研究的发展动态,包括曝气扰动的合理界定、模拟试验装置的有效构建、水动力条件下底泥硝化与反硝化性能的合理评定以及其微生物机制系统分析。     

古廖涌黑臭水体生物修复及维护试验

利用生物氧化塘、底泥生物氧化、水体生物修复和河道生态恢复等技术，对广州市古廖涌黑臭水体进行治理．结果表明，在进水流量5000～8000m^3／d的高负荷工业废水和生活污水冲量下，通过生物治理，消除了水体黑臭现象，从上游到下游，水色由暗黄逐步转为黄、黄绿；在上游不断流入污水情况下，CODcr除去率达50％以上，NH3-N除去率为70％，H2S除去率达80％以上．从2003年8月到2004年3月，河道生物多样性逐步增加，先后出现枝角类、桡足类动物和鱼类．表明对于暂时无法截污的城郊河道，可以利用废弃的鱼塘、空地等对污水进行预处理，再通过上述措施和技术进行生物治理，可取得良好治理效果．本研究为城市黑臭河道，特别是暂时无法截污的城郊河道的治理和养护提供了一套切实可行的方法．图3参18     

人工曝气复氧整治污染河流

向受到严重有机污染的河流充入溶解氧可以有效消除水体的黑臭,改善水质和恢复生态平衡。文章总结了纯氧增氧系统、鼓风机———微孔布气管曝气系统、叶轮吸气推流式曝气器和水下射流曝气设备等多种使用于河道人工曝气复氧的技术;并列举大量国内外的相关工程实例说明这些技术在实践中的有效性。     

基于改进遥感生态指数的矿区生态环境监测及驱动因素分析

针对研究区大气环境状况,在遥感生态指数(RSEI,I_RSE)绿度、湿度、干度和热度指标的基础上加入了PM_2.5浓度,构建新型遥感生态指数(I_RSE,new),对2001—2020年矿区生态环境进行监测及驱动因素分析。结果表明：(1)新型遥感生态指数模型能较为真实地反映研究区生态环境状况,20 a间研究区生态环境质量呈现波动变化。2009年前生态环境质量略有下降,之后呈现总体变好趋势,I_RSE,new等级以中等和较优为主,生态环境趋于平稳。(2)生态环境退化的区域大多分布在研究区中部和东部,主要归因于城镇的扩张;改善区域主要分布在西部,受益于人类活动干扰较少及政府的生态优先政策等,该地区的生态环境状况有了显著改善。(3)单独分析研究区水体环境质量状况发现,水体与陆地变化区域生态环境等级为中等偏优,整体生态环境良好。(4)矿区生态环境质量受降雨、气温、坡度和人类活动等驱动因素的共同作用,政府对生态环境的治理与保护措施取得了积极成效。     

重污染河道中浮游植物初级生产力特征

通过对苏州城市河道的调查研究发现,城市河道的浮游植物初级生产力与其它水体有明显不同。从2004年6月至2005年5月通过取样分析苏州苗家河水体浮游植物种类、数量和叶绿素a含量变化及采用黑白瓶法测定浮游植物产氧能力,结果表明：该河道氮、磷含量较高,浮游植物群落为绿藻一硅藻型,种类少,季节变化明显,水体中表层叶绿素a的含量低于底层。分析表层水体和底层水体叶绿素a的产氧能力发现,河道中浮游植物的光合产氧能力普遍较低。本文揭示了重污染河道中大量悬浮颗粒附着在浮游植物的体表,影响了浮游植物的光合产氧能力,是整个水体和底泥中的溶氧普遍较低的重要原因之一。探讨了重污染河道溶氧偏低产生黑臭的原因,为重污染河道的综合治理提供了参考。