浑河中游沈阳区域水污染控制与治理的难点和关键技术——“浑河中游水污染控制与水环境综合整治技术集成与示范”专栏序言

针对浑河中游沈阳区域工业园区难生物降解制药废水处理、污泥处理处置、城市河流水环境的湿地净化,以及水环境评价和污染源解析等问题,国家科技重大水专项浑河中游课题开展了大量研究.为了提高制药园区废水可生化性、优选物化预处理工艺技术,选取典型污染物乙酰氨基酚作为处理对象,研究其物化预处理过程中的转化规律与机理;针对污泥安全处理处置和资源化利用难题,研发生物干化技术和利用沸石减少温室气体排放和氮素损失的技术;针对复合型人工湿地效率提升需求,研究潮汐流-潜流组合工艺系统中不同单元的菌群功能特征;为科学制定河流治理技术策略,研究形成主成分分析、聚类分析、三维荧光光谱等河流水环境特色研究方法,并在其他流域如武水河进行应用.这些技术难点和关键技术研究,不仅支持了浑河中游水污染控制与治理,也可为当前流域区域水环境治理提供借鉴.     

通风控制方式对动物粪便堆肥过程中氮、磷变化的影响

以动物园内的动物粪便和水杉落叶为原料,分别采用时间-温度联合控制(Ⅰ号堆体)、时间控制(Ⅱ号堆体)的强制通风控制方式进行堆肥试验,考察了2种强制通风控制方式对动物粪便堆肥过程中氮、磷元素变化的影响.研究结果表明,经过51d的堆肥化以后,Ⅰ、Ⅱ号堆体的NH4 -N平均含量分别从0.95 g·kg-1和0.78 g·kg-1下降到0.36 g·kg-1和0.62 g·kg-1,NO3--N平均含量分别从152mg·kg-1和120mg·kg-1增加到351 mg·kg-1和243 mg·kg-1.由于"浓缩效应",堆肥过程中TN、TP、速效磷的含量均有所增加,Ⅰ、Ⅱ号堆体的TN平均含量分别从16.05 g·kg-1和15.71 g·kg-1增加到19.70 g·kg-1和21.41 g·kg-1,TP平均含量分别从8.17 g·kg-1和8.23 g·kg-1增加到9.38 g·kg-1和9.62 g·kg-1,速效磷平均含量分别从1.83 g·kg-1和1.99 g·kg-1增加到2.81 g·kg-1和3.57 g·kg-1.统计分析结果表明,这2种强制通风控制方式对堆肥过程中速效磷含量变化有着显著的影响(p=0.002),但对其它指标(C/N比、NH4 -N、TN、NO3--N、TP)含量变化的影响却不显著(p＞0.05).     

高含固餐厨垃圾有机组成对其流变特征的影响

餐厨垃圾在厌氧消化过程中的流变特征直接关系到搅拌传质和产甲烷效率,而餐厨垃圾的有机物组成差异可能导致其表现出不同的流变特征.本研究以碳水化合物、蛋白质、脂肪和纤维素等不同有机组成比例的餐厨垃圾为对象,通过单因素实验,研究单一组分对餐厨垃圾流变特征的影响.结果表明,在TS 15%的条件下,淀粉类碳水化合物比例的增加将增大餐厨垃圾的粘度,使屈服应力和宾汉粘度分别呈指数（τ_B=6.098x^0.14）和线性关系（μ_B=0.795x+0.0971）增长;热加工后的豆制品蛋白质比例增加反而降低餐厨垃圾粘度,使屈服应力和宾汉粘度分别呈线性（τ_B=6.976x+12.043）降低和指数（μ_B=0.668e^-1.584x）降低的变化趋势;粮油类脂肪因其为牛顿流体特征,其比例的增加不仅降低了餐厨垃圾粘度,屈服应力和宾汉粘度均呈对数降低（τ_B=8.459lnx+37.184和μ_B=0.373lnx+1.676）的变化趋势;而蔬菜类纤维素比例的增加将增大餐厨垃圾粘度,屈服应力和宾汉粘度均呈指数关系（τ_B=4.938e^14.138x和μ_B=0.263e^11.76x）增加.因此,未来需依据不同有机组分组成差异下餐厨垃圾的不同流变特征变化规律,合理考虑不同组成餐厨垃圾搅拌控制策略和物料含固率.     

连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺的温室气体和氨气排放特征

我国污泥堆肥过程中温室气体(CH4、N2O)和氨气(NH3)排放的基础数据十分缺乏.本研究以连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺为对象,通过现场试验和观测,考察不同操作参数下堆肥过程中温室气体和氨气的排放特征.结果表明,减小辅料投加比例不利于有机质的转化(试验组和对照组的有机质降幅分别为1.38%、8.85%),较低的C/N比虽小幅增加了氨气的排放量(高于对照组8.68%),却有助于减少总氮损失(试验组16.1%、对照组21.8%),并可减少污泥堆肥过程的温室气体排放(以eCO2/DC计,试验组为1.70 g·kg-1、对照组为2.85 g·kg-1).采用"初期降低,末期升高"的通风方式,尽管增加了污泥堆肥过程中温室气体排放的CO2当量(高于对照组55.1%),却减少了氨气累积排放量(试验组66.86 g·m-2,对照组72.04g·m-2),进而降低了总氮损失(为对照组的51.34%).     

不同填充料污泥好氧堆肥的性质变化及腐熟度

对脱水污泥与4种填充料进行了好氧堆肥试验,温度、含水率、有机质、pH和电导率等参数的监测表明堆肥过程能顺利进行.通过研究化学指标水溶性有机碳、NO^-₃-N、NH⁺₄-N及生物学指标Cress发芽指数CI(Germina-tion Index)随时间的变化规律,发现NH⁺₄-N是影响生物学参数Cress发芽结果的重要因素,其含量变化与GI间具有较好的相关关系.本文提出NH⁺₄-N作为本堆肥工艺的腐熟度评价指标,腐熟堆肥的NH⁺₄-N含量范围为0.5～1.4mg/g,其变化与初始堆料有关.     

村镇生活污水处理设施抗生素浓度分布规律

抗生素的大量使用和直接排放已引起环境耐药性的增加,村镇生活污水处理设施来源的抗生素尚未引起重视.本文以4类（喹诺酮类、四环素类、大环内酯类和β-内酰胺类）抗生素为研究对象,采用超高效液相色谱和串联质谱法,考察了不同规模村镇生活污水处理设施进出水中的抗生素浓度分布和去除情况,并与城市生活污水厂进行了比较.结果表明,村镇生活污水处理设施中喹诺酮类氧氟沙星的进水排入浓度最高,可达32663.5 ng ·L^-1,随污水排放至环境的风险应引起重视.与城市生活污水厂的水质稳定性、处理工艺、排放要求及管理水平不同,仅有33%的村镇生活污水设施的检出抗生素去除率达到60%以上.村镇生活污水处理设施保持常规污染物的达标排放可以实现部分抗生素的有效去除.     

磁混凝工艺处理市政废水中的污染物去除特征研究

本研究对2个磁混凝站点进行了水质分析与溶解性有机物（DOM）的系统表征，考察了市政废水在磁混凝过程中的污染物去除效果与DOM去除特征，分析了强化磁混凝过程关键作用.研究发现：磁混凝可显著去除浊度、悬浮态有机物和磷，2个站点TCOD和TP去除率分别为52.53%/76.78%和64.41%/81.59%.市政废水DOM组成复杂，内源性DOM占比较高，两个站点DOM种类相似，但B站点进水有机物含量略少，且芳香类DOM占比较低.磁混凝对DOM具有显著的去除效果，主要去除高腐殖化程度、芳香性、聚合度、疏水性的大分子有机物，络氨酸类蛋白是主要的去除物质.B站点强化药剂的投加显著提升DOM和氨氮的去除效果，TOC和氨氮的去除率可达40.01%和36.08%，同时磷和TCOD的混凝效果也得到一定强化.本研究揭示了磁混凝过程污染物去除特征，促进了磁混凝过程的理解，为磁混凝在水处理中的推广应用提供了有效支撑.     

1980-2015年北运河流域土地利用时空变异及其对生态服务价值的影响

北运河纵贯京津冀地区,是京津冀大都市圈重要的生态环境保护屏障.本研究基于1980-2015年北运河流域Landsat-MSS/TM/ETM遥感影像解译数据研究了流域土地利用变化特征,估算了这些变化对流域生态服务价值的影响.结果表明,1980-2015年北运河流域耕地面积下降了22.64％,主要转向城镇用地,其次为林地和...     

基于小流域山水林田湖草一体化保护修复的北运河上游生态修复专栏序言

北运河上游流域(沙河水库以上)地处山区源头和城乡结合部过渡区,面临着农业和村镇面源污染风险、河沟道生态系统退化等问题,其水环境治理和水生态修复是北运河流域水生态环境改善的重要环节.本专栏是"北运河项目"中"北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范"课题团队近年来的代表性科研成果,遵循以小流域为单元的山水林田湖草一体化保...     

镁盐添加对猪粪堆肥过程中氮、磷养分保留的影响

考察了添加氯化镁对猪粪高温堆肥过程中氮、磷养分保留的影响.结果表明,高温堆肥结束后,同对照堆体相比(氨气形态的氮素损失量为56.60g),添加镁盐的堆体(氨气形态的氮素损失量为24.25 g)减少了58%的氯气排放量;并且添加镁盐的堆体比对照堆体的总氮(TN)含量高出18%.分级磷的研究结果显示,尽管添加镁盐的堆体与对照堆体的总磷(TP)浓度接近,其中镁盐堆体TP为14.2 g/kg,对照堆体TP为12.0 g/kg,但添加镁盐有助于保留猪粪堆肥中的磷素,其中对照堆体中易溶解态磷占总磷的比例从30%提高到65%,而添加镁盐的堆体易溶解态磷的比例变化不大,保持在30%.添加镁盐的堆体中生成了含有磷酸镁的混合晶体,这可能是易溶解态磷比例减少的主要原因.