丹江口水库典型入库支流氮磷动态特征研究

重污染的神定河(接收城市污染)、中污染的大柏河(接收城镇污染)以及轻污染的五龙池(接收轻微农业面源污染)是丹江口水库3条典型入库支流.在2010年4月～2011年4月对这3条入库支流及其河口水质监测的基础上,分析了水中氮、磷的动态变化特征,并利用综合营养状态指数法对其营养状态进行评价.结果表明,神定河的TN、TP全年浓度均值分别为11.63 mg.L-1、0.93 mg.L-1,与五龙池(TN为4.41 mg.L-1,TP为0.076 mg.L-1)相比分别超过3倍和12倍;大柏河的TN、TP全年浓度均值分别为4.79 mg.L-1、0.15 mg.L-1,略高于五龙池中TN、TP浓度均值.3条支流及其河口中营养盐的时间差异为TN浓度在丰水期低于枯水期,而多数支流中TP浓度在枯水期低于丰水期.神定河中NH4+-N占TN的质量分数高达69%,其它支流及河口中NH4+-N占TN的质量分数均低于20%.NO3--N浓度变化范围为1.3～2.7 mg.L-1,SRP占TP的质量分数为30%～45%.神定河及其河口氮、磷营养元素比例关系研究表明神定河总体处于氮限制状态,河口总体处于磷限制状态.综合营养状态指数评价显示3条典型污染入库支流及其河口都处于富营养化状态,轻污染的五龙池的入库河口(东库湾)处于轻度富营养化状态.     

白洋淀潜在新增淹没区土壤重金属赋存形态及生态风险评价

随着白洋淀水位的持续增高,水域周围低洼田地将被淹没,各种污染物将释放至水环境中,评估潜在新增淹没区土壤重金属污染情况对白洋淀的水生态安全至关重要.根据陆地高程情况,采集白洋淀6.5～7.5 m(85高程)内潜在新增淹没区表层土壤,采用改进的BCR连续化学提取法对土壤中Cd、Cr、Ni、Cu、Pb、Zn 6种重金属元素进行形态分析,并运用地累积指数法、潜在生态风险指数法、毒性风险指数法、风险评估编码法等多种方法进行污染评估与生态风险评价.结果表明,Cd、Cr、Ni、Cu、Pb、Zn元素含量均值分别为河北省土壤背景值的2.20、1.10、1.20、1.47、1.27和1.03倍.Cd元素酸可提取（F1）态质量分数最高,达到54.18%,其次为可还原态（F2）的34.43%;Pb主要以F2态存在,占比达到58.73%,;Ni以可氧化态（F3）为主,导致其次生相与原生相比值（RSP值）偏高;Cu、Zn、Cr元素主要以残渣态为主,迁移能力较低.风险评价结果来看,研究区域土壤重金属生态风险整体处于中等或偏低水平,但Cd具有较高的可迁移性和释放风险,表明白洋淀新增淹没区土壤重金属污染的治理工作重点关...     

基于液相31P核磁共振技术的人工河流沉积物中生物质磷形态特征的研究

利用液相~(31)P核磁共振技术分析了我国北部海河流域典型人工河流滏阳新河沉积物磷形态.结果发现,滏阳新河沉积物中共检测出6类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷酯(Lipids-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)、膦酸盐(Phon-P).滏阳新河沉积物中的生物质磷包括膦酸盐(Phon-P,0.11%~1.57%)、磷酸单酯(Mono-P,8.96%~29.58%)、磷酯(Lipids-P,0.28%~2.66%)、DNA磷(DNA-P,0.75%~2.03%)、焦磷酸盐(Pyro-P,0.22%~0.86%),其中,磷酸单酯是生物质磷的主要组成部分.沿艾辛庄闸坝水流方向,磷化合物含量差异明显:闸坝附近TP和生物质磷含量最高,分别为6804.1 mg·kg~(-1)和1709.58 mg·kg~(-1);沿河流流向,TP变化率分别为84.97%、-24.11%、32.84%和-0.11%,生物质磷变化率分别为93.15%、-58.83%、42.65%和18.99%.上覆水中TP和SRP的平均浓度分别为3.0 mg·L~(-1)和2.6 mg·L~(-1),分别超过我国地表水环境质量标准(GB3838-2002)V类水标准(0.4 mg·L~(-1))7.5倍和6.5倍.基于液相~(31)P核磁共振技术,对人工河流水体磷的分布与传输有了全新的认知.因此,本研究可为深入认识磷在典型人工河流沉积物-水体系中的转化提供支持,有助于深入研究典型人工河流磷生物地球化学循环过程,同时为多闸坝人工河流的水流量调度与水生态构建提供数据支持.     

官厅水库典型入库河流(洋河)表层沉积物重金属赋存形态特征

官厅水库曾是北京市重要的饮用水源地之一,洋河作为官厅水库重要入库河流,沉积物污染直接影响水库的水质安全.以洋河水系表层沉积物为研究对象,利用BCR三步连续提取法分析沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn形态特征,并基于重金属形态的评价方法(次生相原生相分布比值法-RSP和风险评估指数法-RAC),评价了洋河水系表层沉积物中重金属的污染程度与风险水平.结果表明,在整体研究区域,6种重金属均以残渣态(B4态)为主,在次生相中(除B4以外的其他3种形态),Cd、Cu、Ni、Pb和Zn均以可还原态(B2态)为主,Cr以可氧化态(B3态)为主.在空间分布上,Cd在干流中游段和支流清水河段以B2态为主;Zn在干流中游段以B2态和弱酸提取态(B1态)为主,在支流清水河段以B2态为主.RSP结果表明,洋河水系表层沉积物中Cd和Zn为轻度污染,Cr、Ni、Cu和Pb无污染.但Cd和Zn在支流清水河段均为重度污染等级,其可能主要来源于区域化工原料及化学品制造行业.RAC结果表明,整体上洋河水系表层沉积物中Cd和Zn对水环境构成中等风险,Ni和Cu构成了低风险,而Cr和Pb基本无风险.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.     

人工快速渗滤系统治理暴雨径流污染研究

土地处理技术是一项简单高效的污水处理技术,试验利用人工快速渗滤系统对武汉动物园暴雨径流进行了治理研究。试验结果表明,除总悬浮颗粒外各水质指标都达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准,具有良好的污水深度处理能力。系统对水量的削减较显著,在22.1cm/d的高水力负荷下,削减率达59.5%。     

北方典型浅水湖泊沉积物有机碳沉积特征研究—以白洋淀为例

湖泊沉积物中有机碳是全球碳库的重要组成部分,为明确浅水湖泊沉积物中有机碳的沉积特征,采集了白洋淀的沉积柱样品,利用连续提取的方法,分析了沉积物自然沉积过程中水溶性有机碳（WSOC）、热解性有机碳（THOC）、酸解性有机碳（HHOC）、碱解性有机碳（AHOC）和不溶性有机碳（WISOC）的含量变化规律、光谱组分特征及影响因素.结果显示,各有机碳组分垂直方向上含量变化规律一致,均随深度增加呈下降趋势,表层20 cm左右的沉积物中有机碳组分含量普遍较高,含量特征呈WISOC>AHOC>HHOC>THOC>WSOC.用紫外光谱的特征参数SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀来分析溶解性有机碳的腐殖程度和分子量大小变化规律,发现腐殖程度与分子量大小变化趋势一致,WSOC和HHOC随深度增加呈增大趋势,THOC随深度增加呈减小趋势,AHOC在0~21 cm阶段随深度逐渐下降,在21~69 cm范围随深度逐渐上升.用A₃₀₀/A₄₀₀表征 有机碳分子构成,发现THOC、HHOC主要由富里酸构成,WSOC、AHOC主要成分为胡敏酸.用A₂₅₃/A₂₀₃表征芳环取代基的种类,发现WSOC、THOC、HHOC苯环上的脂肪链发生聚合反应转化为羰基、羧基等;AHOC的芳香分子上的取代基被微生物代谢分解或转化为脂肪链.相关性分析结果显示,沉积物有机碳及其各组分之间均呈显著正相关,沉积物中的有机碳组分在沉积过程中受到类似的矿化分解作用,且有机碳及其组分含量与C/N值、pH值呈显著负相关.研究成果揭示了白洋淀区域沉积环境中有机碳组分的分布及部分转化规律,可为进一步明确浅水 湖泊的碳源-汇的转换关系结构提供数据支持.     

利用生态混凝土控制城市坡面暴雨径流污染试验研究

利用生态混凝土作为护坡材料,研究暴雨条件下生态混凝土控制山坡降雨径流污染的机理,以期对生态混凝土在城市护坡和护岸中的应用提供理论依据.研究结果表明,生态混凝土改变了雨水在坡面上的水文过程,阻延径流作用十分明显,有效地降低了污染物的负荷输出.生态混凝土试验小区(T2)与裸地(CK)和改良土壤小区(T1)相比,径流量分别减少了48%和24%,TN年度污染负荷(UPLRs)分别减少了53%和45%,溶解态氮(DN)减少了26%和28%,TP减少了57%和30%,溶解态磷(DP)降低了80%和33%,COD降低了62%和40%,TSS降低了56%和43%,产流时间和流量峰均明显滞后.另外,同植被覆盖良好的小区(T3)相比,生态混凝土对各种污染指标的控制效果没有明显差异,但其抗冲刷能力较强,更能适应城市护坡和护岸的需要.     

低温期浅水湖泊氮的分布及无机氮扩散通量:以白洋淀为例

本文以我国华北地区最大的浅水湖泊白洋淀为研究对象,探究其低温期沉积物-水界面无机氮的分布特征,分析沉积物孔隙水中无机氮扩散通量对上覆水水质的影响.结果表明,低温期白洋淀表层水总氮（TN）平均浓度范围为4.83~8.23 mg·L^-1,氨氮（NH₄⁺-N）平均浓度维持在0.21~0.34 mg·L^-1之间,硝氮（NO₃^--N）平均浓度在0.01~2.75 mg·L^-1之间.TN污染较严重,超过地表水Ⅴ类水质标准.表层沉积物TN平均含量在681~4365 mg·kg^-1之间,其中有机氮（TON）为氮素的主要存在形式,占总氮比例61.6%~93.1%.NH₄⁺-N为无机氮（TIN）的主要存在形式,平均含量范围为28.9~116.3 mg·kg^-1,NO₃^--N含量整体较低,平均值范围为5.2~23.7mg·kg^-1.低温期白洋淀0~30 cm沉积物孔隙水中NH₄⁺-N浓度是上覆水中的3~16倍,呈现逐渐累积趋势.沉积物-水界面NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N扩散通量范围分别为-0.55~4.09、-1.44~3.67和-0.88~0.04 mg·（m²·d）^-1,冬季低温期仍具有潜在释放风险.低温期沉积物中积累大量的NH₄⁺-N,可能会在温度升高后影响白洋淀上覆水体水质.因此研究低温期白洋淀沉积物-水界面氮的分布特征和沉积物中无机氮的内源释放风险对于改善白洋淀水质和认识浅水湖泊内源氮污染具有重要意义.     

塘-湿地组合系统对城市旅游区降雨径流污染的在线截控作用研究

以武汉动物园猩猩馆为例,进行了塘-湿地组合系统对城市旅游区降雨径流污染的在线截控作用研究.22场的降雨径流监测结果表明,由沉淀池、塘、一阶湿地和二阶湿地组成的系统对污染物表现出良好的持留能力.在2005年6月26日的暴雨连续流事件中,径流流速由系统入口处的65.5 cm·s-1降至系统出口处的17.7 cm·s-1,径流总量由213.4m3降至31.9 m3,TSS、CODCr、TN、TP的浓度分别由161mg·L-1、226.9mg·L-1、17.0 mg·L-1、0.99mg·L-1降至98.8 mg·L-1、52.8 mg·L-1、4.16mg·L-1、0.41 mg·L-1,颗粒物的体积平均粒径由312μm降低至23.9μm,系统对TSS、CODCr、TN和TP的持留率分别达到92.9%、96.0%、85.7%和80.9%.在2005年7月10日的间断流事件中,整个系统出口无地表径流输出,污染径流全部为塘-湿地组合系统截留.塘-湿地组合系统通过在线截留、缓冲和存储作用,对不同源区降雨径流的产流时间、流速和流量具有多重调控作用,延长了污染物在流域内部的滞留时间,使径流中的污染物浓度以及颗粒物的粒径逐级得到降低,减少了污染负荷的输出.