流域社会经济的水环境效应评估新方法及在南四湖的应用

针对我国湖泊生态安全评估及“一湖一策”工作的需要,初步提出一种流域社会经济的水环境效应评估新方法,与以往思路不同的是,新方法体现了正向作用和逆向反馈、现状水平和未来演变趋势相结合的认知框架,并系统阐述了指标优选、评估标准确定、等级划分和不确定性评估方法.最后,选择水质良好的湖泊代表——南四湖开展案例解析.结果表明:通过当前水平和未来变化速率更能全面认识评估结果,也有利于确定流域社会经济系统调控战略的必要性及潜力、方向和阈值;南四湖评估指数从2000年的“Ⅳ级:较严重”提升到2010年的“Ⅱ级:较轻”,尤其是在2003年和2007年存在2个“跳跃式”提升,但若维持现状规模和高速发展速度,未来20年很可能呈现逐渐缓慢下降趋势,并长期处于“Ⅲ级:一般”水平;为了确保维持现状等级且稳中小幅度上升的趋势,到2030年,建议南四湖流域社会经济发展速度控制在过去11年平均增长速度的75％左右以下,环境响应措施力度可能需要提升到评估标准的Ⅰ级水平.     

苦草与菖蒲对太湖梅梁湾沉积物磷释放抑制的研究

实验模拟了沉水植物苦草与挺水植物菖蒲生长情况下太湖梅梁湾地区沉积物磷的释放过程,并分别探讨了在2种植物生长过程中上覆水总磷(TP)及其各赋存形态溶解性有机磷(DOP)、可溶性正磷酸盐(DIP)、颗粒态磷(PP)的浓度变化过程。试验结果表明:菖蒲与苦草生长过程中,2种植物均大大降低了水体磷浓度,减缓了沉积物磷的释放速率。菖蒲对沉积物总磷释放的抑制效果优于苦草,针对不同的赋存形态磷,2种水生植物的作用效果有差异。苦草优势在于提高了对DIP的吸收利用和对环境因子DO、pH的改变,而菖蒲的优势在于更有效地抑制PP与DOP的释放。     

小型光催化滤池的设计与运行

以透光的玻璃珠载体替代传统的生物膜滤池滤料,以纳米TiO2膜替代生物膜,利用纳米TiO2高效的光催化氧化降解有机污染物的能力,设计了一种新型的节能环保水处理回用装置—光催化滤池,并通过实验测试了其降解有机废水的效率以及光强、pH值及涂膜次数对降解效率的影响。实验结果表明,经过一定时间的运行,该装置对甲基橙、亚甲基蓝及活性红B-2BF的降解率均达到70%左右;对于活性红B-2BF废水,紫外光的光强Φ(Φ=3⁹)越高,废水的pH(pH=19)越高,废水的pH(pH=1⁷)越低,玻璃珠的涂膜次数N(N=17)越低,玻璃珠的涂膜次数N(N=1⁵)越多,降解效率越高。     

秦岭输水隧洞施工期废水水质评价及工艺研究

依据前期对施工废水水质的连续监测和分析检测结果,针对秦岭输水隧洞施工期废水水量较大、高SS等特点,基于水质矩阵分析原理,以废水处理后安全外排为约束,对各污染物进行权重分析,得出污染物对环境影响由高到低依次是SS、COD、Fe、NH3-N、TN、石油类。结果表明SS是制约隧洞施工废水安全外排的控制因子。根据废水污染物的构成,提出了以"混凝+沉淀+锰砂过滤+吸附"为核心的处理工艺,并用施工现场采集的废水以及人工模拟废水进行了实验室静态实验。结果表明,该处理工艺对悬浮物去除率达90%以上,对COD去除率约85%,对氨氮去除率约60%。处理后水质均能满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅱ类水体指标。     

青藏高原纳木错流域水体总汞的时空分布特征

为研究青藏高原纳木错流域水体中总汞的时空分布特征,于2007～2010年对纳木错湖表层水及入湖河水进行了采样,检测了其总汞浓度,并分析了总汞浓度与降水量、河水径流量等的关系.结果表明,纳木错表层湖水和河水中的总汞质量浓度均值分别为(1.09±0.73)ng.L-1和(2.87±2.59)ng.L-1,显著低于受到汞污染的水体.近岸带湖水的总汞浓度在季风期远大于非季风期,而其浓度水平和空间变化明显大于湖心区.河水的总汞浓度季节变化明显,表现为季风盛期最高且波动最大,而季风期后最低,这与降水量变化趋势基本一致.对你亚曲的定点观测表明,河水总汞浓度的时间变化与径流量一致.入湖河流总汞浓度的空间分布特征在不同的时间表现不同,这可能是由河流的流域面积、流域内土壤汞本底值及补给方式的差异引起的.     

污水管道沉积物分层冲刷的起动规律及其污染贡献特性

为探明管道沉积物的断面污染物分布特征,揭示梯度冲刷强度下沉积物的分层冲刷起动规律及其污染贡献特性,通过建立一套污水管道沉积物冲刷模拟装置,基于管道沉积物分层分布理论,揭示了沉积物不同断面颗粒粒径以及碳、氮、磷等污染物的含量变化规律.此外,根据无黏性沉积物初始运动的临界剪应力公式进行计算,结果表明,随粒径的增大,不同分层颗粒下理论临界剪切应力从0.038N/m²增加0.261N/m²;随设计水流剪切力从0.1N/m²增加到0.3N/m²时,沉积物对污水的TCOD贡献率从6.4%增加到46.3%,TN贡献率从25.3%增加到40.6%,而TP从42.9%降低到25.1%,且在各类污染物的附着含量对比下,随水流强度增大,冲刷起动的悬浮物为有机类污染物的占比最高.据此可知,粒径大小对污染物的污染负荷分布具有较大影响,且污染负荷分布对水流冲刷的溢流污染物浓度变化具有相关性.因此,明确管道沉积物分层冲刷水流强度及溢流污染物浓度变化有助于有效控制水体污染情况.     

改性陶瓷膜催化PMS氧化的二级出水处理特性

以高效去除污水厂二级出水中溶解性有机物为目的,设计了两种由碳基催化剂(N-C、Fe/N-C)制成的高效渗透无损催化陶瓷膜(N-C-CM、Fe/N-C-CM),建立了复合催化膜原位活化过氧单硫酸盐(PMS)过滤体系,探明了复合催化膜的最佳反应条件.结果表明,在催化剂负载量为0.15g,PMS投加量为15mmol/L,pH值为9的条件下,相较PMS直接氧化结合原始陶瓷膜(VCM)过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系,Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系对二级出水中TOC、色度和UV₂₅₄去除率最高,分别为62.83%、81.42%、56.62%,出水浑浊度为0.00NTU.通过对比有无PMS时3种陶瓷膜在相同条件下过滤二级出水后的膜比通量、膜污染阻力分布与反冲洗后的膜通量恢复率,进一步证实了Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系能减少膜表面污染物聚集,从而有效缓解膜污染.通过EPR进一步证实Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系较PMS直接氧化结合VCM过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系产生更多的SO₄^-?...     

冬季NH3和液态水含量对PM2.5中SNA形成的影响与敏感性分析

为了解冬季不同污染等级下NH₃和AWC（Aerosol Water Content,气溶胶液态水含量）对PM_2.5中水溶性二次离子形成的影响,对保定市冬季颗粒物浓度、二次离子及前体物（SO₂、NO₂、NH₃）浓度进行了分析,并利用ISORROPIA-Ⅱ计算了PM_2.5中的AWC和pH.结果表明:①2017-2018年冬季保定市重污染期（AQI>200）ρ（PM_2.5）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）和ρ（NH₃）较优良期（AQI < 100）分别升高了3.0、1.1、1.3和0.8倍,气态前体物的二次转化是污染形成的重要原因之一.重污染期ρ（NH₄+）、ρ（SO₄2-）、ρ（NO₃-）较冬季平均值分别升高了1.2、0.9、1.3倍,其中ρ（NO₃-）升幅最大,其次为ρ（NH₄+）.②保定市大气中过剩NH₃指数为0.1 μmol/m3,采样期间为富氨环境,NO₃-的生成主要受HNO₃限制.③重污染期PM_2.5中AWC高达93.6 μg/m3,是优良期的20.6倍,观测期间保定市SO₄2-的二次生成以颗粒物表面液相氧化为主,即SO₂被NO₂和NH₃氧化,NO₃-的二次生成包括NH₃参与的非均相转化和N₂O₅的非均相水解过程.④整体而言,pH变化的敏感性表现为TA（总氨）浓度> TS（总硫）浓度> TN（总氮）浓度≈TA+TS+TN浓度（同时改变相同比例的总氨、总硫、总氮浓度）,随污染等级的升高,pH对TS、TA浓度变化的敏感性减弱,对TN浓度变化的敏感性增强;单独改变TS、TN、TA浓度时AWC敏感性弱,同时改变TS、TN、TA浓度时AWC敏感性较强,AWC变化与二次离子浓度密切相关.研究显示,保定市冬季污染期SNA的形成以液态水参与的液相氧化为主,NH₃可以维持颗粒物的高pH,保持氧化过程.      

流态变化对污水管网沉积污染物分布及转化的影响

为探明城市污水汇流管网流速变化对沉积层污染物及生物菌群演替的影响,通过控制污水管道中试系统中干管、支管流速,模拟了不同汇流条件下城市污水管网系统运行状态,探究了不同汇流条件下沉积层碳、氮、硫类污染物的分布特征以及微生物种群结构的分布规律.结果表明,在不同汇流条件下,COD、TN、NH₃-N、NO₃-N、硫酸盐含量沿沉积层深度方向均逐渐减小,而硫化物含量逐渐升高.当干管、支管流速均增加时,促进了汇流区域不同深度污染物的沉积富集,但由于DO、ORP环境因子的改变,以及流速的增大,将沉积层中原有的碳源基质剥离到污水中,减少了微生物可利用的营养物质,同时造成沉积层内部溶解氧含量的上升,沉积层中产甲烷菌（MA）中优势菌属Methanosaeta、硫酸盐还原菌（SRB）中优势菌属Desulfomicrobium、水解发酵菌（FB）中优势菌属Caldisericum的相对丰度逐渐降低,硫氧化细菌（SOB）中优势菌属Thiobacillus相对丰度增加,显著影响了沉积污染物的转化特性.污水管网汇流区域流态是改变污水水质及管道微生物系统的重要因素.     

基于Landsat8影像的Himawari-8叶绿素a空间降尺度研究

新型地球静止气象卫星Himawari-8由于空间分辨率较低,其叶绿素a产品难以满足空间异质性高的近岸海域水质监测要求。为了克服这个限制,基于非线性的随机森林算法,利用陆地资源卫星Landsat8的波段反射率数据和Himawari-8的叶绿素a产品,通过构建降尺度模型,以提高Himawari-8的叶绿素a数据的空间分辨率。结果表明,2个秋季模型和2个冬季模型的模型决定系数(R²)分别达到0.6、0.72、0.71和0.85;均方根误差(RMSE)为别为1.47,1.05,1.89,0.76mg/m³。通过实测站点数据对比分析表明,降尺度模型生成的叶绿素a与葵花叶绿素a数据具有较高的一致性,R²达到了0.81,能较好的反映近岸海域叶绿素a浓度的空间变化特征。