碳素纤维生态基技术对城市黑臭水体的修复效果

以碳素纤维(carbon fiber,CF)生态基为载体,处理南宁市朝阳溪黑臭河水,考察CF生态基在黑臭水体中的挂膜情况及其对污染物的去除效果。结果表明,CF生态基对污水中悬浮物有较强的吸附能力,在24 h内,CF实验组的浊度由原来的47.32 NTU降低为13.78 NTU;CF生态基生物亲和力强,易于挂膜,在黑臭水体中10 d内能形成较成熟的生物膜;在没有曝气情况下,CF生态基挂膜后对COD、TP、NH3-N和TN去除率分别达到76.00%、54.34%、90.73%和55.13%,是一种较有效的改善城市黑臭水体生态材料。     

景观湖泊黑臭水体生态修复措施和效果——以武汉市金湖生态修复工程为例

为修复受到污染呈黑臭状态的金湖水体,建设金银湖国家湿地公园,在分析金湖水质、底质概况及黑臭水体成因的基础上,采取点源污染、面源污染、内源污染同步控制和边治理边修复的方法,在不进行大规模清淤、不扰动水体情况下建设湖滨缓冲带,对湖泊底质进行修复。结果表明：湖泊水质得到了明显改善,各项水质指标均低于《城市黑臭水体整治工作指南》中的轻度黑臭标准限值,修复后水质达到了地表水Ⅲ类标准;在中央环保督察组巡视反馈重点整治湖泊水质变化报告中被评为“好转”等级,实现了黑臭水体治理以及生态修复的目标。该治理修复案例可为城市内陆景观湖泊生态修复提供参考。     

城市黑臭水体遥感监测关键技术研究进展

城市黑臭水体泛滥是公众极为关切的城市环境问题,对其进行实时监测更是《水污染防治行动计划》的国家战略需求。遥感技术在生态环境监测领域表现出了不可替代的优势,可实现业务化大面积监测,而目前的研究主要集中在基于物理化学过程的黑臭水体监测技术方面,利用遥感技术监测黑臭水体的研究相对较少。在分析黑臭水体的实测光学性质和影像表观特征的基础上,重点归纳了黑臭水体遥感识别模型构建的研究进展,主要包括光学阈值法、基于典型遥感水质指标的识别法和色度法,并对未来黑臭水体遥感研究趋势进行了展望。     

沈阳市黑臭水体治理进展及典型案例分析

以沈阳市为例,从黑臭水体分布、已完成的整治措施及问题识别与诊断3个方面总结了沈阳市建成区黑臭水体的治理现状及进展,提出了黑臭水体整治的近期目标。基于黑臭水体汇水单元污染负荷的分析结果,明确了沈阳市建成区黑臭水体整治方案与整治措施,并以已完成治理的满堂河和白塔堡河为典型河流,总结分析了黑臭水体治理的经验及成效。     

城市黑臭水体治理技术及措施分析

城市黑臭水体治理是一个长期的系统工程,应因地制宜,选择合适的综合治理技术及措施。在分析我国黑臭水体的成因及特征污染物的基础上,重点阐述了控源截污、内源控制、生态修复、补水活水等黑臭水体治理的主要技术及措施,分析了不同技术的原理、特点和局限性。以镇江市玉带河、贵阳市南明河为实例,分析了黑臭水体治理采取的技术及措施。此外,剖析了良好水质长效保持机制,以期为我国城市黑臭水体治理提供参考。     

组合型生态浮岛原位修复重污染水体

为解决某人工池塘水体环境污染的问题,采用组合型生态浮岛技术研究了其对该水体的治理效果。结果表明,组合型生态浮岛对此类水体有较好的处理效果,其中化学需氧量(COD)、氨氮(${\rm{NH}}_{4}^{+}$-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除率分别为62.95%、67.45%、51.99%、77.78%,均高于对照组及单一系统处理组。可见在该组合型生态浮岛中,黄花鸢尾的植物吸收、改良型火山石与微生物的协同作用对污染物的去除明显优于单一处理组。合理的植物-填料组合方式可提高污染物的降解效果,且投资小,环境效益好,又可达到一定的景观效果,适用于城镇水体尤其是居住区静态水体的景观治理。     

曝气对生物促生剂修复城市黑臭河道水体的影响

在实验室条件下研究了曝气对生物促生剂修复城市黑臭河道水体效果的影响,并通过控制曝气时间及强度考察处理效果以确定曝气方式和曝气量。结果表明：在生物促生剂修复城市河道黑臭水体过程中使用曝气协同作用可大大增强生物促生剂的修复作用,加快修复速度。使用间歇曝气协同生物促生剂作用时效果与连续曝气相近,且可以降低运行成本。实验60d后,上覆水COD、NH3-N和TP去除率分别达46．8％、98．7％和73．3％,上覆水pH由7．61提高至7．92;底泥削减达5．49cm,底泥有机质削减率达10．5％。     

曝气强化微生物功能菌修复黑臭水体

从成都市三道沟黑臭底泥中分离出一株能以底泥有机质为碳源和能源生长的土著微生物功能菌HC-1,经鉴定该菌株为不动杆菌（Acinetobacter）。在实验室条件下,以三道沟黑臭底泥为研究对象,采用微生物功能菌强化底泥有机质降解来修复黑臭水体的方法。研究了底泥曝气和上覆水曝气对黑臭水体修复效果的影响。研究表明,投加土著微生物功能菌并结合底泥曝气能够明显改善上覆水水质,加快底泥的修复。使用间歇曝气协同土著微生物功能菌作用时效果和连续曝气相近,且可降低运行成本。实验15 d后,上覆水COD、NH3-N和TP去除率分别达67.6%、71.6%和92.2%,底泥有机质的降解速率提高了30%,底泥微生物活性增加5倍。     

沈阳市黑臭水体表层水DOM紫外光谱特征分析

为识别黑臭水体中DOM组成、结构及腐殖化水平,运用UV-vis(紫外-可见吸收光谱)与多元统计相结合的方式,对沈阳市5条黑臭水体的27个表层水样中DOM的UV-vis特征及9个紫外光谱指数进行研究。研究表明：27个表层水样中DOM的UV-vis吸收系数的变异系数在30%~80%之间,轻度黑臭水体相对于重度黑臭水体的紫外吸收峰在356、487、657 nm处分别发生了1、2、2 nm的蓝移;轻度黑臭水体紫外光谱指数SUVA254、S275~295、S350~400、A2/A1、A3/A1、A3/A2均高于重度黑臭水体,而E2/E3、E4/E6、E2/E4低于重度黑臭水体,轻度黑臭水体的腐殖化水平与腐殖化趋势高于重度黑臭水体。进一步分析得出：苯酚基(木质素和奎宁基团)决定了黑臭水体中DOM腐殖化进程,不同黑臭水体DOM的组分存在明显差异;轻度黑臭水体中DOM的腐殖化水平、芳香化程度、木质素与其他物质在腐殖化开始的比例、分子质量等均高于重度黑臭水体。多元统计与UV-vis技术对黑臭水体中DOM的组成及结构进行了定性,为黑臭水体的溯源和整治工作提供理论基础。     

沈阳市黑臭水体溶解性有机物组分及其光学特征

以沈阳市5条黑臭水体作为研究对象,其中支流I和支流II为重度黑臭,支流III、IV和V为轻度黑臭。运用三维荧光光谱结合平行因子方法对黑臭水体中水溶性有机物(DOM)组分进行了表征,并通过与光谱数据相结合的方法,建立了DOM各组分最大荧光强度(Fmax)与归一化遥感反射率的一元线性回归方程。三维荧光分析结果显示,DOM分为2个类别3种不同组分,分别为类蛋白荧光组分C1(235 nm/360 nm)、类腐殖质荧光组分C2(220 nm/430 nm)和C3(255 nm/520 nm)。水体光谱分析结果表明：在250~800 nm处,有色可溶性有机物吸收系数(ag)、总悬浮物吸收系数(ap)曲线均随着波长的增大逐渐减小,空间变化特征明显;在特征波长440 nm处,轻度黑臭水体的有色可溶性有机物吸收系数总体上大于重度黑臭水体,重度黑臭水体总悬浮物吸收系数总体大于轻度黑臭水体。与正常水体相比,在可见光波段,沈阳市黑臭水体遥感反射率普遍较低,出现3个反射峰和1个反射谷。但支流I与其他黑臭水体不同,表面呈白灰色,导致其遥感反射率(Rrs)呈现与正常水体类似的明显的波峰和波谷,是一类特殊的黑臭水体。线性回归分析表明,由归一化遥感反射率比值R688/R555与DOM组分最大荧光强度所建立的线性模型估算精度最理想。R688/R555与轻度黑臭水体DOM组分Fmax的拟合程度好于重度黑臭水体。进一步研究表明,R688/R555与色氨酸类物质拟合程度较好,与腐殖质类物质没有明显的线性关系。     

上海市黑臭水体整治思路、措施及典型案例分析

上海市是我国近年来城市经济发展迅速的典型代表,然而2015年上海市56.4%的河流断面为劣V类,部分水体黑臭现象严重。通过分析上海市水环境现状及城市建成区黑臭水体的分布特征,阐述了导致上海市城市水体黑臭的主要原因,并根据已采取的治理措施评估了上海市黑臭水体整治成效。在此基础上,以苏州河、春申港和夏长浦为典型案例,分析了上海市在黑臭水体整治方面的成功经验,以期为南方水系发达城市黑臭水体治理提供借鉴和参考。     

磁絮凝-吸附技术对黑臭水体中浊度、氨氮和总磷的去除效果及机理

采用磁絮凝-吸附技术开展了同步去除黑臭水体浊度、氨氮和总磷(TP)实验。在磁絮凝阶段,通过聚合硫酸铁(PFS)、磁粉(MPs)和聚丙烯酰胺(PAM)复配使用,利用电荷中和作用去除浊度和TP;同时,利用化学吸附沉淀去除TP;在此阶段中,当PFS、MPs、PAM的投加量分别为16.00、100.00、2.20 mg·L⁻¹且以PFS+MPs在快速阶段先投加,PAM在慢速阶段后投加的顺序投配时,絮凝效果达到最佳。在吸附阶段,吸附剂质化壳聚糖-沸石(PCZ)主要通过离子交换作用去除氨氮以及通过静电吸附作用去除TP;当PCZ的投加量为1.25 g·L⁻¹时吸附效果达到最佳。利用所研究的磁絮凝-吸附技术对实际黑臭水体进行处理,其出水浊度能达到城镇污水处理厂污染物排放一级标准(≤10.00 NTU),TP和氨氮也分别能满足地表水环境质量Ⅲ类标准(≤0.20 mg·L⁻¹)和Ⅴ类标准(≤2.00 mg·L⁻¹)要求。     

北京市黑臭水体治理的动态遥感监测及影响因素分析

为及时、准确掌握黑臭水体治理进展,基于“北京二号”影像数据和同期的野外综合水体实测数据,采用深度学习算法对黑臭水体进行识别,并引入地理探测器对黑臭水体影响因素进行定量分析。结果表明：基于Faster R-CNN算法的黑臭水体遥感识别,总准确率达到90%左右,短时间内(5~33 h)即可完成北京市建成区黑臭水体的筛查工作;在空间维度上,黑臭水体主要分布在中心城区以外,并在通州区、朝阳区和大兴区较为集中;在时间维度上,专项治理期间(2015—2018年)内,黑臭水体的数量和长度总体趋势都是递减的,但偶尔也有反黑现象;2018年底,在全市建成区范围内,已全面消除黑臭现象;在一年内,第1季度水体环境最好,第2季度次之,第3季度最差,从第4季度开始好转;在北京市大兴区,土壤全氮量(贡献率为32.07%)和周边养殖场排污(贡献率为27.04%)是黑臭水体形成的主要影响因素,高程(贡献率为8%)、土壤类型(贡献率为7.6%)和土地利用类型(贡献率为6.1%)的贡献率较弱。由此可以看出,基于Faster R-CNN算法识别影像中的黑臭水体识别准确率高,可及时、准确地监测城市黑臭水体治理情况,使用地理探测器可定量分析并确定各影响因素的贡献率。本研究成果可为城市黑臭水体的动态监测和治理提供有力的技术支撑。     

复合菌对黑臭水体中S2-的氧化条件优化及动力学特性

以S2-的氧化率为主要考察指标,对从北京黑臭水体东沙河筛选获得的3株高效S2-氧化土著微生物sp1(Citrobacter sp.)、sp2(Ochrobactrum sp.)和sp3(Stenotrophomonas sp.)进行复配,获得硫氧化复合菌(sulphur oxidizing composite microorganisms, SOCM),比较单株菌sp1、sp2和sp3和SOCM对S2-的氧化效果。结果表明,SOCM对S2-的氧化能力明显优于单菌株。SOCM在复配比例为1∶1∶1,温度为25 ℃,初始pH为7时对北京市东沙河黑臭水样中S2-的氧化效果最好,氧化率最高达到76.7%;同时,色度、COD、NH3-N和TP的去除率可分别达到83.3%、69.2%、77.9%和68.2%。此外,建立了SOCM氧化S2-的动力学方程。当SOCM初始菌浓度从0.01 g·L-1逐渐提高到10 g·L-1时,底物比氧化速率常数Km随之减小,S2-平均氧化速率提高。但是,当SOCM初始菌浓度从10 g·L-1逐渐提高到50 g·L-1时,S2-平均氧化速率不再随着初始菌浓度的升高而加快。最后,将SOCM接种于北京清河和景观沟渠黑臭水样中,其对S2-氧化率分别达到67.0%和64.1%;同时,色度亦分别下降了83.3%和79.2%。研究为黑臭水体的微生物法治理提供了参考。     

Fenton试剂对富营养化湖水黑臭的氧化降解作用

通过室内实验,研究Fenton试剂对富营养化水体黑臭物质氧化降解作用。实验结果表明,在黑臭的富营养化水中投加Fenton试剂20 min后,水体臭味明显降低,90 min后水体臭味全部消除;水体浊度、色度有显著改善,水体浊度、色度去除率分别达73.73%和93.11%,显著高于对照组的53.4%和22%;水体溶解氧量显著提高;水体的pH值保持在7左右。鱼类毒理实验结果表明,最佳剂量的Fenton试剂对实验鱼类无急性毒性作用。     

原位曝气修复黑臭河道底泥内源营养盐的示范工程效能分析

以上海工业河勤丰泵站周围50 m河段为研究对象,现场探讨了原位曝气对底泥内源营养盐去除的示范工程效能,目的为曝气治理城市黑臭河道工程的优化实施提供参考。结果表明,原位曝气有利于对底泥内源氮、磷营养盐的控释,对工业河示范河段溶解性总氮（DTN）削减率为（48.4±6.0）%,上覆水DTN的平均浓度由13.4 mg·L-1降至8.7 mg·L-1;NH4+-N的削减率为（46.3±16.7）%,其上覆水浓度均低于7.6 mg·L-1;泥水界面硝化率与反硝化率分别达到46.3%和43.6%;上覆水溶解性总磷（DTP）的削减率为（35.4±2.9）%,由于示范区段没有与其他区段隔离,其实际工程效果要优于观测值。静态经济评价表明原位曝气修复黑臭河道底泥技术的环境与经济效益明显优于常规底泥疏浚技术。     

生态浮岛复合技术净化黑臭河道废水的实验研究

以宁波市前塘河水作为实验水体,采用不同水生植物及组合、生态浮岛复合技术净化水中污染物。经过14d的水培实验发现,沉水植物COD去除能力高于浮水植物和挺水植物;水生植物组合对COD的去除率相对较低,但去除率仍不低于79.9%。水生植物组合对氨氮的去除效果好于单一种类植物。沉水植物去除总磷的效果好于浮水植物与挺水植物,不同水生植物及组合的总磷去除率均大于44.0%。生态浮岛复合技术对废水中污染物的去除能力较强,实验10d时COD、氨氮、总磷去除率分别为97.1%、100.0%、73.8%。由此可见,水生植物和微生物的协同净化作用使生态浮岛复合技术对污染物的降解效果非常显著。