区域水环境系统脆弱性指标体系及综合决策模型研究

目前水环境系统脆弱性研究主要局限于水环境系统的单方面脆弱性研究,过于片面化,需要综合考虑水资源、水环境质量、旱涝灾害、社会经济以及生态环境等方面的脆弱性。根据水环境系统脆弱性是系统状态受到系统压力引起的敏感性以及系统状态对系统压力的适应性响应的观点,采用“压力-状态-响应”模式构建区域水环境系统脆弱性指标体系。区域水环境系统脆弱性研究中客观存在诸多不确定性,利用联系数描述上述不确定性过程中差异度系数在［-1,1］上取值仍存在不确定性,为此,构造三角模糊数刻画差异度系数取值的不确定性,给出三角模糊联系数的基本形式,取置信水平得出置信区间联系数,采用期望-方差排序法对置信区间联系数进行决策分析,建立基于三角模糊联系数的系统综合决策模型。此模型用于安徽省水环境系统脆弱性评价的结果表明,安徽省区域水环境系统脆弱等级介于［2.731 3.620］之间,脆弱性状况不容乐观,应采取相应措施改善区域水环境质量,降低区域水环境系统脆弱性,保障区域社会经济及生态环境的可持续发展     

恩施地区生态足迹和生态承载力评价

以恩施地区2010年统计数据为依据,对其2010年的生态足迹、生态承载力、生态盈余进行计算和分析,并将生态足迹、生态承载力、生态盈余和万元GDP生态足迹分别与恩施地区贫困村分布密度进行空间耦合。研究表明：（1）恩施地区人均生态盈余为0467 hm2,人均生态承载力为0947 1 hm2,人均生态足迹为048 hm2;（2）贫困村分布密度最高的来凤县、建始县人均生态盈余很少,而贫困村分布密度最低的利川市、咸丰县、宣恩县、鹤峰县,人均生态足迹最高和最低的县分别是咸丰县、宣恩县,鹤峰县的生态承载力最高,人均生态盈余最高的是宣恩县、鹤峰县,万元GDP生态足迹最高和最低的分别是利川市,巴东县;（3）通过生态足迹的研究,提出了恩施贫困地区需放大生态比较优势,〖JP2〗因地制宜,努力将生态盈余转化为直接的经济增长,使之能够有效的帮助贫困地区脱贫致富     

基于MODIS数据的安徽区域日蒸散量估算与分析

蒸散的估算在区域能量平衡和水资源研究中具有重要意义,遥感技术发展促进了区域蒸散的研究。利用安徽省气象资料、MODIS数据产品及GIS背景信息,基于SEBAL模型,按1 km空间分辨率进行了面尺度的安徽省日蒸散量估算,并在GIS空间分析模块的支持下对不同土地覆盖类型的日蒸散量进行统计分析。结果表明：遥感估算的蒸散量与利用Penman Monteith公式计算的蒸散量比较,两者之间具有较好的相关性,遥感蒸散估算值整体偏小,不同土地利用类型的日蒸散量间差异显著。遥感蒸散估算方法在安徽省具有一定的实用性,需优化模型参数,以提高其进一步技术推广的前景     

沉积物原位物理洗脱技术对苦草萌发生长的影响

原位物理洗脱技术是一种应用于修复受污染的沉积物的新兴技术,但沉积物洗脱处理后对沉水植物萌发生长的影响尚不明确。通过模拟原位空气洗脱与原位水力洗脱2种典型原位物理洗脱技术,处理富含有机质的沉积物,研究洗脱对苦草萌发和生长指标的影响,以及洗脱后沉积物的理化性质的变化。结果表明:2种方式洗脱后沉积物中苦草种子的萌发率、萌发速度以及幼苗的株高、鲜质量、根数、叶数等指标均优于未洗组,其中水力洗脱后沉积物中苦草的萌发生长状况最好,萌发率是未洗组的2.9倍,株高和根数分别是未洗组的2.29和4.76倍;物理洗脱后,沉积物中氨氮($NH_{4}^{-}$-N)与酸可挥发性硫化物(AVS)等还原性物质浓度分别下降34.15%~35.19%和7.67%~44.89%,有机质浓度下降70.04%~77.90%,表层(0~5 cm)沉积物由强还原状态(ORP<-350 mV)改善至弱还原状态(ORP为-200~-100 mV);此外,沉积物中大粒径(50~2 000 μm)颗粒占比增至89.02%~92.84%,有利于上覆水中的O₂向沉积物中扩散,促进苦草的萌发生长。原位物理洗脱尤其是水力洗脱后,沉积物的理化条件更有利于苦草的萌发生长。     

基于SNADPR作用的复合式人工快速渗滤系统的运行性能及微生物学特征

将基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用的人工快速渗滤(CRI)装置与反硝化除磷(DPR)型CRI装置耦合为基于同步短程硝化、厌氧氨氧化、反硝化和反硝化除磷(SNADPR)作用的复合式人工快速渗滤(H-CRI)系统,探究了其运行性能及微生物学特征。当H-CRI系统按照内循环潮汐流模式连续运行时,反应装置在水力负荷为0.18 m3·(m2·d)−1的条件下对生活污水中有机物、TN、$ {\rm{N}}{{\rm{H}}_4^ +} $-N和TP的去除率分别可达(94.39±1.32)%、(97.87±0.43)%、(99.00±0.32)%和(95.96±2.79)%。其中,CANON反应与生物蓄磷作用分别是系统脱氮除磷的主要途径,两者去除的氮磷量分别占H-CRI系统脱氮除磷总量的(72.13±6.12)%和(82.29±5.58)%。结合分子生物学实验结果可知,适宜的耦合模式有助于实现H-CRI系统中好氧氨氧化微生物、厌氧氨氧化菌、反硝化菌和聚磷菌群的有效协作,进而可促进SNADPR反应体系在其中形成并强化,实现对生活污水中有机物及氮磷元素的高效同步去除。     

UASB-SBR组合工艺处理畜禽养殖废水的研究

近年来,随着中国畜禽养殖业的快速发展,落后的养殖模式和污染防治设施,使畜禽养殖污染日趋严重,畜禽养殖污染已居农业污染源之首,已成为中国环境污染的重要因素,对环境质量乃至人体健康都会产生不良影响。文中采用UASB—SBR组合工艺处理畜禽养殖废水,通过试验探讨SBR反应器启动方法及最佳运行模式,同时研究UASB反应器的启动方法。结果表明,SBR运行的最佳模式为进水0.5 h、反应8 h、沉淀1 h、出水0.5 h、闲置14 h。经过一段时间的启动,UASB和SBR反应器均成功启动,UASB—SBR组合工艺在处理畜禽养殖废水时可获得稳定的处理效果,COD、氨氮、总磷等出水水质均达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)要求,为畜禽养殖废水处理的工程化应用提供了参考依据。     

芬顿与氧化钙联合处理填埋库污泥的力学特性

面对城市生活污泥填埋库容趋于饱和的现状,亟需研究开发城市生活污泥的减量化及资源化技术。以填埋库污泥和新鲜污泥为研究对象,进行岩土工程特性实验,发现填埋库污泥有机质含量及含水率远低于新鲜污泥。通过固结实验和直剪实验,分别对比、分析了未加药剂的填埋库污泥和药剂调质填埋库污泥的固结系数、渗透系数和抗剪强度变化规律。结果表明：填埋库污泥在pH为4时,芬顿试剂(硫酸亚铁和过氧化氢)的最佳配比为Fe²⁺=8%、H₂O₂=12%;当氧化钙投加量增加时,调质污泥的压缩指数减小,抗剪强度略微增大;考虑到联合处理后污泥的资源化利用、强碱性对环境的影响和处理成本,在实际污泥处理工程中,氧化钙投加量15%是较为合适的添加量,且效果优于常用的氯化铁药剂调制污泥。经芬顿与氧化钙联合处理的填埋库污泥抗剪强度满足填埋库要求,能够实现减容减量,对填埋库污泥后续资源化利用具有一定的指导意义。     

熟石灰强化热脱附修复重质石油污染土壤

针对热脱附技术修复石油污染土壤存在能耗高的问题,采用添加Ca(OH)₂实现在相对较低的温度下强化热脱附重质石油污染土壤,以降低能耗。通过室内模拟实验,研究了热脱附温度、停留时间和Ca(OH)₂添加量对重质石油污染土壤中总石油烃(total petroleum hydrocarbon, TPH)去除率的影响。结果表明,当热脱附温度为400 ℃、停留时间为30 min、加入1% Ca(OH)₂时,石油污染土壤中TPH的去除率相比无Ca(OH)₂热脱附的土壤提高了23.6%;土壤中饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质的去除率分别增加了17.3%、29.3%、18.1%和46.7%,对沥青质的去除效果最佳。Ca(OH)₂能够降低热反应活化能且增加活性位点是其显著促进土壤中重质石油烃的热脱附去除的主要原因。Ca(OH)₂强化热脱附后土壤粘性降低,分散性增强,粒径变小,且在表面生成一层类焦炭的物质。该研究结果可为热脱附技术在石油污染土壤修复中的应用提供参考。     

多级多段纯膜MBBR工艺的脱氮稳定性与微生物菌落结构分析

采用宏观运行、原位小试及微观群落组成相结合的方式,探究了多级多段的纯膜MBBR工艺在工程应用中的脱氮效果及脱氮路径。结果表明,纯膜MBBR耦合改良磁加载沉淀工艺的HRT相比传统活性污泥工艺可缩短50%,且脱氮稳定性强。建议纯膜MBBR采用两级AO设计,并根据出水标准及进水波动情况,前缺氧和主好氧区分别设置2级以上以及2~4级工艺。在实际运行面临水质冲击时,通过生物膜传质梯度增加,可以显著提升污染物去除负荷,保证脱氮稳定性。在水质冲击幅度过大时,可以通过临时投加外投碳源的方式保证出水氮素稳定达标。纯膜MBBR优势硝化菌Nitrospira和Nitrosomonas,在主好氧区相对丰度分别达到3.50%~6.91%和0.65%~2.28%。Denitratisoma、Flavobacterium、Hyphomicrobium、Terrimonas和Rhodobacter等优势反硝化菌属的合计相对丰度10.85%~16.52%。缺氧区和好氧区污染物最大去除负荷与功能菌相对丰度均呈正相关。纯膜MBBR在前缺氧区提高了Candidatus Brocadia型厌氧氨氧化菌富集效率,相对丰度达到1.21%~1.56%,可为主流厌氧氨氧化的稳定实现提供参考。纯膜MBBR结合多级多段设计,具备节地效果好,抗冲击能力高等优势。     

改良剂与植物联合修复对汞铊矿废弃物重金属淋溶释放行为及微生物群落结构的影响

为探究改良剂赤泥(富铁铝的工业废弃物)与鱼粪(富氮磷的有机质)作为改良剂结合2种典型先锋速生植物(巨菌草和黑麦草)对汞铊矿废弃物中典型重金属(Hg、As、Sb、Tl等)淋溶释放的原位控制效果,通过150 d淋滤实验,考察了单一改良剂、混合改良剂及改良剂联合植物对汞铊矿废弃物和淋滤液理化特征、重金属淋溶释放规律及微生物群落结构的影响。结果表明,添加鱼粪和赤泥结合植物种植能显著抑制汞铊矿废弃物中As、Tl和Sb的释放,同时显著促进废弃物中Hg的溶出(P<0.05)。随着淋溶时间的延长,5个批次淋滤液中As、Tl和Sb的质量浓度分别降至对照组的21.28%~56.56%、33.21%~63.15%、32.23%~56.62%。经处理后汞铊矿废弃物中养分有所提高,相较于对照组,各处理组废弃物pH由3.87升至5.56~6.78,速效钾(AK)含量是对照组的5.60~8.75倍,有机质(OM)由对照组的0.64 g·kg⁻¹增至2.50~3.14 g·kg⁻¹。同时,改良剂与植物联合修复改善了汞铊矿废弃物微生物群落丰富度和多样性,其中以黑麦草组的细菌群落丰富度最高。综合考虑重金属淋溶释放控制和微生物群落结构改善,选择鱼粪和赤泥混合改良并种植巨菌草对汞铊矿废弃物的修复效果最佳,以上研究结果可为汞铊矿废弃物中重金属释放的原位控制与无土快速生态修复提供技术支持。