Modeling the effects of constructed wetland on nonpoint source pollution control and reservoir water quality improvement

This article describes the integrated modeling approach for planning the size and the operation of constructed wetlands for maximizing retention of nonpoint source pollutant loads and reservoir water-quality improvement at a catchment scale.The experimental field-scale wetland systems (four sets,0.88 ha each) have been in operation since 2002,where water depth was maintained at 30–50 cm and hydraulic loading rate was at 6.3–18.8 cm/day.The wetland system was found to be adequate for treating polluted stream water with stable removal efficiency even during the winter.The integrated modeling system (modified-BASINS) was applied to the Seokmoon estuarine reservoir watershed and calibrated with monitoring data from constructed wetland,stream,and reservoir.The calibrated integrated modeling system estimated that constructing wetlands on 0.5% (about 114 ha) of the watershed area at the mouth of reservoir could reduce 11.61% and 13.49% of total external nitrogen and phosphorus loads,respectively.It also might improve the nitrogen and phosphorus concentration of the reservoir by 9.69% and 16.48%,respectively.The study suggested that about 0.1%–1.0% of the watershed area should be allocated for constructed wetland to meet specified water-quality standards for the estuarine reservoir at the polder area where land use planning is relatively less complicated.     

潜流人工湿地改善官厅水库水质试验研究

为确定利用人工湿地改善官厅水库水质工程所需的设计参数,在官厅水库岸边建立了人工湿地,开展了潜流人工湿地系统处理官厅水库水的试验研究.试验表明,在水力负荷率为0.15～0.45m/d时,夏季COD_Mn和NH₄⁺-N的去除率分别为50%和70%;冬季,分别可达到15%和50%,去除率随水力负荷率的提高和水温的下降而降低.由于渗漏和蒸发及植物蒸腾作用,系统的出水量为进水量的60%.研究结果表明,潜流人工湿地系统对微污染地表水有较好的净化效果,该系统在冬季低温条件下仍可以正常运行.     

基于降雨事件监测的非点源污染对灞河水质的影响

在对灞河马渡王水文站断面5次降雨事件过程和2次非洪水过程监测的基础上,分析了灞河流域非点源污染对灞河水质的影响.结果表明:降雨过程期间,COD、总氮、氨氮、硝氮、亚硝氮、总磷指标监测平均值均小于非洪水期监测平均值.各指标负荷输移速率随时间的变化趋势和径流量变化趋势大体相同,即先逐渐增大达到峰值,再逐渐变小;各指标浓度随时间的变化规律大致为:COD、硝氮、总氮浓度先增大后减小;亚硝氮为先减小后增大,总磷的变化规律不明显.总氮、硝氮的浓度峰和负荷输移速率峰均接近或滞后于流量峰;COD的浓度峰接近或滞后于流量峰,而负荷输移速率峰接近或超前于流量峰;总磷、氨氮的浓度峰和负荷输移速率峰均接近或超前于流量峰;而亚硝氮的浓度峰变化规律不明显,负荷输移速率峰接近或超前于流量峰.采用平均浓度法计算了各指标的非点源污染平均浓度及负荷:2009年灞河流域马渡王断面COD、总氮、氨氮、总磷的非点源污染负荷分别为8707.28,723.63,245.52,43.07t.2009年灞河流域马渡王断面NSP负荷COD、总氮、氨氮、总磷所占总负荷相应的比例分别为31.86%、32.69%、42.21%、34.42%.由此可见,非点源污染在灞河水污染中占有较大比重,其对于灞河水质的影响不容忽视.     

微污染饮用水源水潜流人工湿地预处理的效能研究

以济南玉清湖水库为例,采用水平潜流人工湿地系统对沉砂后的微污染黄河水进行了预处理试验,考察了湿地系统对污染物的去除效率及其变化趋势.同时,根据实验数据,构建了潜流人工湿地系统COD、TN、TP的一级动力学模拟方程.结果表明,水平潜流人工湿地系统对COD、TP、TN和NH4+-N的平均去除率分别为49.89%、50.44%、53.41%和48.45%;人工湿地对污染物的处理是物理、化学和生物及其协同作用的过程.人工湿地沿程及不同高度污染物浓度变化试验结果表明,人工湿地系统对污染物的降解沿人工湿地水流方向逐渐降低,污染物主要在人工湿地床体前部被去除,潜流人工湿地床体上部对污染物的去除效果更好.     

Embedded reservoir and constructed wetland for drinking water source protection: Effects on nutrient removal and phytoplankton succession

An embedded reservoir that provides an efficient nutrient removal system protects drinking water.However,embedded reservoirs are rarely used in eutrophic shallow lakes because of their undetermined nutrient retention efficiency and unknown effects by the phytoplankton community.In this study,we aim to investigate the nutrient retention and algae succession in an embedded reservoir and adjacent wetland from April 2017 to September 2018 in the eastern part of Lake Taihu,China.More than 40% of tota...     

潮河流域非点源污染控制关键因子识别及分区

将GIS技术、ArcSWAT模型与分析技术相结合,以农耕养殖程度较高的北京密云水库上游潮河流域为研究区,通过对流域近20年非点源污染负荷时空变异情况进行模拟,识别影响非点源污染流失的关键因子,进行非点源污染控制区划.结果表明,总氮和总磷年均负荷量分别为563.3,28.7t/a,氮磷负荷空间分布特征表现为:丰水年以地势较高且农业耕作活动频繁区域为主,平水年和枯水年表现为靠近河道的农业用地与畜禽养殖区为主.采用多因素方差分析11种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明,施肥量是影响氮磷输出的最主要的因子,坡长、土壤类型、土地利用方式及坡度是影响氮磷输出的次重要因子;针对潮河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现状,土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响.潮河流域可划分为3个污染控制区,第1类:污染控制区(以近河道耕种区为主,面积186.74km²),第2类:污染治理区(农村生活及畜禽养殖区为主,面积23.09km²),第3类:生态修复区(高坡度强降雨区为主,面积1365.25km²).该研究结果可有效提升流域非点源污染治理的效率,为水源地流域环境保护提供参考.     

Characteristics of contaminants in water and sediment of a constructed wetland treating piggery wastewater e uent

Constructed wetland (CW) is the preferred means of controlling water quality because of its natural treatment mechanisms and function as a secondary or tertiary treatment unit. CW is increasingly applied in Korea for secondary e uent of livestock wastewater treatment. This study was conducted to recognize the characteristics of contaminants in the accumulated sediment at the bottom soil layer and to reduce the phosphorus release from sediments of the free water surface CW for the treatment of secondary piggery wastewater e uent from a livestock wastewater treatment facility. The results revealed that the dominant phosphorus existence types at near the inlet of the CW were non-apatite phosphorus (59%) and residual phosphorus (32%) suggesting that most of the particles of the influent are made up of inorganic materials and dead cells. Sediment accumulation is important when determining the long-term maintenance requirements over the lifetime of CW. Continuous monitoring will be performed for a further assessment of the CW system and design.     

松花江流域水资源-水污染联合调控方案动态模拟研究

为解决松花江流域水资源消耗与水污染物排放联合调控过程中系统复杂特征难以刻画和系统状态变化难以量化的问题,本文从流域污染物排放的源头即农业、工业、畜禽养殖业及生活(城镇和农村)4个方面展开研究,研究其水资源消耗量和水污染物排放量联合控制的特征和机理过程.通过构建二者的耦合关系,建立了松花江流域水资源-水污染联合控制动态模拟模型.通过对该模型进行验证及设计的4种情景方案的模拟对比,充分说明实施开源、节流、治污、减排的综合措施,才是松花江流域经济社会与水环境系统协调发展的最佳策略.同时结果也证明了本文所提出的联合调控动态模拟模型的合理性和可行性.本研究对于解决松花江流域的水资源优化管理、水污染减排和总量控制具有重要的意义,同时可为制定松花江流域经济发展策略提供参考.     

再生水湿地香蒲根内生细菌群落多样性及其水质特征分析

以北京白河人工湿地再生水补水河段香蒲根为研究对象,采用16S rDNA克隆文库技术对香蒲根内生细菌群落多样性进行分析,得出该克隆文库包括4大类群细菌,最优势类群为变形杆菌门Proteobacteria,其中包括Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Alphaproteobacteria;其次为厚壁菌门Firmicutes、疣微菌门Verrucomicrobia、拟杆菌门Bacteroidetes;另外还包括部分非培养未确定种属的细菌.结合研究区再生水排放口与湿地下游水质数据,得出TN、TP、NO₃^-去除率达到了42.15%、47.34%、28.56%,表明湿地对再生水中的TN、TP、NO₃^-具有明显去除机制,说明香蒲根内生细菌克隆文库中菌株与湿地氮、磷等生物地球循环关系密切.     

产业结构调整对流域供需水平衡及水质改善的影响

基于系统动力学(SD)模型和水质(WQ)模型建立了描述深圳河流域社会、经济、水资源和水环境系统的耦合模型(SD-WQM).定量分析了三产比例调整、工业结构内部调整及产业技术提升对流域供需水平衡和水质改善的影响.结果表明,三产比例调整对流域水资源平衡有一定改善作用,但对流域水质变化不敏感;工业调整中劳动密集型产业的比重减少或技术提升、第三产业技术提升对流域的水资源平衡和水质改善作用明显.根据各措施的敏感性,设计了可以满足流域供需水平衡与水质要求的综合调整方案.     

北方地区受污染河湖水体潜流湿地净化技术研究与工程应用

结合实验研究和工程应用实践,在湿地填料选择、水力负荷变化、植物特性、结构优化、越冬运行等方面,对我国北方地区潜流人工湿地设计、建设、运行管理中的关键技术问题开展了系统、深入研究.结果表明:石灰石、粗砂等脱氮除磷综合效果较好,且取材方便、价格便宜,应是人工湿地主选填料,钢渣、褐铁矿除磷效果良好、沸石的氨氮吸附能力强,可作为辅助材料;湿地植物对水质净化贡献约为5%～15%,其地上部分的生物量移除贡献不足5%,湿地植物对系统水力负荷维持、冬季保温、生态景观等还具有较大贡献;以植物保温为主,结合冰下取水、水位管理等可实现北方地区潜流湿地冬季正常运行;优化提出了竖向复合流湿地结构,具有节约用地、硝化-反硝化作用效果显著、抗淤堵等特点.研究成果已在工程实践中得到成功应用,对人工湿地在我国北方地区的推广应用具有重要借鉴意义.     

Effect of artificial aeration on the performance of vertical-flow constructed wetland treating heavily polluted river water

Three lab-scale vertical-flow constructed wetlands (VFCWs), including the non-aerated (NA), intermittently aerated (IA) and continuously aerated (CA) ones, were operated at different hydraulic loading rates (HLRs) to evaluate the effect of artificial aeration on the treatment efficiency of heavily polluted river water. Results indicated that artificial aeration increased the dissolved oxygen (DO) concentrations in IA and CA, which significantly favored the removal of organic matter and NH₄⁺-N. The DO grads caused by intermittent aeration formed aerobic and anoxic regions in IA and thus promoted the removal of total nitrogen (TN). Although the removal efficiencies of COD_Cr, NH₄⁺-N and TN in the three VFCWs all decreased with an increase in HLR, artificial aeration enhanced the reactor resistance to the fluctuation of pollutant loadings. The maximal removal efficiencies of COD_Cr, NH₄⁺-N and total phosphorus (TP) (i.e., 81%, 87% and 37%, respectively) were observed in CA at 19 cm/day HLR, while the maximal TN removal (i.e., 57%) was achieved in IA. Although the improvement of artificial aeration on TP removal was limited, this study has demonstrated the feasibility of applying artificial aeration to VFCWs treating polluted river water, particularly at a high HLR.     

水文水质模型联合应用于水库水质预测研究

联合应用流域水文非点源AnnAGNPS模型和水库水质CE-QUAL-W2模型,AnnAGNPS模型输出黑河流域非点源污染负荷,将其转化为金盆水库入库浓度作为CE-QUAL-W2模型的输入,对黑河金盆水质进行预测,研究非点源污染对陕西金盆水库水质影响.结果表明,在对水库水质进行预测时,应对洪水期和非洪水期的非点源污染区别对待.非点源污染在洪水期时对金盆水库水质有较大影响,而在非洪水期时非点源污染对水库水质影响不显著.非点源污染对水库纵向和垂向水质影响存在差异性.林地对流域非点源污染削减起到很大作用.     

绥化市水源地地下水污染特征分析及水质评价

根据2018年绥化市第一水源地13口监测井水质检测结果分析地下水污染特征,并对地下水质进行综合评价.结果表明:绥化市第一水源地取水井主要超标因子为铁、锰、氨氮,第一水源地补给区内其他取水井监测指标中铁、锰、氨氮、溶解性总固体和总硬度超标.硫酸盐、氯化物、溶解性总固体、总硬度、氟化物和磷酸盐浓度高值区均出现在垃圾填埋场,高锰酸盐指数和氨氮的高值区出现在太平岗村屯地下水井,硝酸盐高值区出现在兴发村屯地下水井.地下水污染评价结果显示污染指标主要为溶解性总固体和氨氮,分别为中污染和极重污染,主要集中有B5、B7、B8、B9、E和X1.溶解性总固体、硫酸盐、氯化物和总硬度空间分布呈相似趋势,高值区均出现在E、 X1、 B7、 B8和B9.氨氮高值区出现在X1,这可能与该处为垃圾填埋场有关.高锰酸盐指数高值区出现在E,硝酸盐氮高值区出现在B8,砷浓度的空间分布没有变化.     

梯级生态湿地对污水厂尾水水质提升作用的数值模拟研究

以无锡城北污水厂尾水水质提升的梯级生态湿地为研究对象,以湿地长序列水质监测数据为基础,采用MIKE21二维流场模块(HD)耦合ECO Lab的“WQ with nutrients”模块开展梯级生态湿地系统的数值模拟研究,率定水质净化关键参数,研究梯级生态湿地对污水厂尾水水质净化作用.结果表明,梯级生态湿地对COD、BOD、NH₃-N、NO₃^-和PO₄^3-的平均去除率分别为26.08%、26.08%、52.50%、31.62%和56.98%,污染物削减负荷分别为1.52、0.23、0.18、0.93和0.044 g·m^-2·d^-1,湿地系统的水动力和水质模拟误差分别在5%和15%之内.模拟率定了BOD一级反应降解系数和硝化作用、反硝化作用一级反应系数,以及植物、微生物吸收NH₃-N和PO₄^3-系数等梯级生态湿地水质净化关键参数,提出了梯级生态湿地水质提升的污染物削减途径;...     

基于水质目标管理的河流治理方案制定方法及其案例研究

针对我国河流污染程度高,污染类型复杂的现状,实施水质目标管理是河流治理的根本选择.我国在水污染总量控制的研究起步比较早,但缺少基于水质目标的治理方案编制方法的系统性研究.本文提出了适合于我国国情的基于水质目标的河流治理方案制定方法,基本框架包括水质问题诊断、目标确定与负荷分配、河流治理任务实施和实施效果评估4个基本部分.该方法以河流容量总量控制为基础,突破了传统了目标总量控制方式,并在滏阳河邢台段进行了实际应用.水环境诊断结果显示,氨氮是滏阳河邢台段主要超标污染物.以国控及省控断面为基础,在滏阳河邢台段设定了4个考核断面,设置氨氮小于10、11、12 mg·L-1,COD小于80、55、50 mg·L-1等多个组合目标情景.划定控制单元13个,核算了各控制单元水环境容量和现状负荷,并按等比例分配的原则将需削减负荷分配到排污口.基于负荷分配结果,提出通过重点工业企业和污水处理场治理控制点源污染,通过农村生活污水治理控制面源污染,通过河岸垃圾治理减少河道负荷存量,通过河流湿地建设增加负荷去除能力等一系列治理措施.     

亚热带水库水质特征及沉积物内源污染研究

为探究沉积物内源污染对亚热带分层型水源水库（茜坑水库）夏季水质的影响,采用现场监测和室内模拟相结合的研究手段,于2020年5~9月对茜坑水库深水区水温、溶解氧、氮磷等进行了监测,并采用静态实验模拟法分析了茜坑水库沉积物的耗氧速率及沉积物中氮磷的释放通量.原位监测结果表明,5~9月,茜坑水库水温和溶解氧均处于分层状态,该时期水库底层水体溶解氧含量较低,为沉积物内源污染物的厌氧释放提供了条件;分层期底层水体氨氮和总磷浓度显著高于表层和中层（P<0.01）,相应的表层水体氨氮和总磷平均浓度分别为0.062mg/L和0.033mg/L,中层为0.058mg/L和0.037mg/L,底层为0.242mg/L和0.052mg/L.静态模拟实验结果表明,水体及沉积物耗氧均符合零级反应动力学模型（R²分别为0.987,0.989）,其中沉积物的耗氧速率处于较高水平,为1.03g/（m²·d）,约为水体的1.45倍;沉积物耗氧诱发等温层溶解氧降低并伴随沉积物内源污染释放,其中氨氮的释放极值为0.261mg/L,平均释放通量为7.36mg/（m²·d）,总磷的释放极值为0.108mg/L,平均释放通量为2.20mg/（m²·d）.内源氨氮和总磷的释放对水体贡献率分别可达27.98%和38.92%,沉积物氮磷释放对水库水质影响显著.     

特定生态系统对水源地水质改善的研究

通过构建水生动物-人工介质新型生态系统来研究太湖水源地水质改善效果.中试试验结果表明,对比3d和7d的水力停留时间(HRT),当HRT:7d,系统对TN、NO2--N、NO3--N、TP、PO4--P的平均去除率可分别达到79.00%、63.46%、14.57%、67.43%、35.81%;对比空白池,TN、NO2--N、NO3--N、TP、PO4--P的平均去除率仅为9.67%、7.09%、1.30%、9.92%、7.04%.通过该系统中水生动物的吸收和人工介质上微生物降解的协同作用,使得氮磷类污染物的去除效果明显.可见,水生动物-人工介质生态系统对改善太湖水源地水质有良好的效果,对构建安全的水源地生态系统具有积极的意义.     

复合垂直流湿地反应动力学及水流流态的研究

 提出一种新型的复合垂直流湿地系统(IVCW),并对其反应动力学和系统的实际流态进行了研究.经过中试的运行试验,得到了系统对COD去除的反应速率方程,由示踪剂试验确定了系统中水流的停留时间分布(RTD),提出RTD的不同是湿地处理效率差异的主要原因,进而运用串联反应器模型和离散流模型两种非理想流态模型,模拟IVCW的实际水流流态,经过比较发现离散流模型模拟的效果较好.     

基于环境自净能力的龙凤湿地水质改善优化调控模型

为解决城市湿地生态系统存在的严重污染问题,找到合理的排污削减方案,选择大庆市龙凤湿地作为研究对象,以主要的污染物NH_3-N、TP、COD_(Cr)和石油类污染物为指标,应用MIKE21建立试验湿地二维水动力和水质耦合模型,采用数值模拟的方法,研究提出湿地水质改善的优化调控模型.进而,采用模拟试验研究了清淤、曝气、补水及上述措施两两组合下的调控方案对改善龙凤湿地水质效果的影响.结果表明:单一工程措施下无法使染物削减到控制目标浓度,各类措施的削减效果为补水清淤曝气;在各组合情况下,补水+清淤方案的削减作用更佳;在工程措施相同情况下,提高排污标准也能起到削减作用.最后,在考虑不同排污方式下既能使污染物排放达标、又能充分利用湿地纳污能力的前提下,优选出了最佳方案.