原位掩蔽对底泥汞释放的抑制效果及中试评估

为解决贵州省百花湖底泥中的汞污染问题,研究了原位掩蔽对底泥中汞释放的抑制效果. 选择沸石、高岭土和赤铁矿为掩蔽材料,通过模拟试验,确定原位掩蔽的最佳覆盖厚度为2.0 cm,此时沸石、高岭土和赤铁矿对底泥汞释放的控制率分别为47.1%、64.9%和62.3%,说明最佳掩蔽材料为高岭土. 以高岭土为掩蔽材料的情况下,试验实施7 d后,水体扰动对控制率的影响不足6.7%. 中试区位于百花湖重度污染区,面积约为22 000 m2,采用驳船少量多次撒布高岭土原位掩蔽汞污染底泥,控制覆盖厚度为2.0~3.0 cm,按月连续监测6次. 结果显示,高岭土对汞污染底泥的控制率达到47.1%. 模拟试验及中试效果显示,高岭土原位掩蔽可有效抑制底泥中汞的释放,并且较薄的覆盖厚度可降低工程成本和对湖底生态系统的影响.      

模拟生态种植槽对雨水径流的净化

为减少环湖公路路面径流对洱海水质的影响,该研究选用土壤、锯末、沙子、砾石分层装填的生态型的路面径流收集、净化和输送系统-生态种植槽(其中混合填料层锯末与沙子的配比设置3种比例1∶3、1∶4、1∶5),研究该装置对模拟雨水的净化效果,并寻求最佳填充方式.结果表明,3组种植槽适合植物移栽、自然挂膜、低污染负荷启动方式;能稳定有效地去除COD、SS.运行期COD的平均出水水质优于地表水Ⅴ类水质,SS的平均去除率均高于80％.不同混合填料比种植槽对污水中COD的净化效果从高到低排序依次为:1∶5(锯末∶沙子)＞1∶4(锯末∶沙子)＞1∶3(锯末∶沙子),方差分析显示,3组种植槽系统间COD、SS去除率无差异(P＞0.05),考虑到锯末∶沙子为1∶5时的渗透效果差,故推荐锯末∶沙子为1∶4的种植槽供后续示范工程选用.     

沉积物-水系统中氮磷变化与上覆水对藻类生长的影响

研究了灭菌、抑制剂添加和磷添加对沉积物-水模拟系统中氮磷转化的影响,并利用试验后的上覆水培养四尾栅藻.结果表明,灭菌增大了系统平衡时上覆水的总磷(TP)浓度,对系统中氮的影响不大; 添加抑制剂组与对照组沉积物-水模拟系统的TP、溶解性总磷(DTP)和总氮(TN)的浓度接近,但抑制剂组的NO^-₃-N含量为19.2 mg·L^-1,明显高于对照组;沉积物对添加的磷有强烈的吸附作用,导致系统平衡时上覆水TP的浓度降低.灭菌组上覆水的藻类生物量高于对照组,主要是因为灭菌导致上覆水TP浓度高于对照组;抑制剂组的最高藻类生物量(224.5×10⁴个·L^-1)远远超过对照组(26×10⁴个·L^-1),且为其它2组试验(灭菌组22.5×10⁴个·L^-1和磷添加组38.5×10⁴个·L^-1)的5～10倍,抑制剂的添加抑制了沉积物-水模拟系统中微生物对某些元素的利用,而这些元素对藻类生长起重要作用;磷添加对试验初藻类生长无明显影响,随着试验进行,磷添加组的藻类适应生长环境,迅速增长,生物量远远超过对照组.灭菌和添加抑制剂组生物可利用磷的增加是由于藻类生物量的增加,而导致了不稳定态的有机磷的增加.     

人工湿地的运行和管理

合理的运行和管理是人工湿地污水处理效果和生态修复效果长期发挥的有力保障。文章结合国内外研究成果,从植物、动物、沉积物、水位、冬季运行和湿地堵塞等方面总结湿地系统的运行和管理经验,供湿地研究人员和管理人员参考。     

三峡工程运行后洞庭湖水环境变化及影响分析

以入湖水系、湖体、出湖口为研究区域,基于20多年的监测数据,运用水质单因子评价、综合营养状态指数(∑TLI)等评价方法,系统地分析了洞庭湖水文、水质、营养化状态的时空变化规律,探讨三峡工程运行后洞庭湖水环境变化及原因。结果表明:(1)洞庭湖入湖水量及沙量均明显降低、水位变幅减小。(2)透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)、浮游植物等指标的时空分异特征较为明显,4个指标年均值均总体呈上升趋势,其中,SD、浮游植物种类数量及密度自三峡工程运行后变化尤为明显。西洞庭湖的SD高于南洞庭湖,东洞庭湖的SD最低。ρ(TP)在湖体最高,ρ(TN)则在湖体最低。(3)入湖水系水质最好,出湖口水质最差。入湖水系水质一直维持在Ⅱ～Ⅲ类之间,水质良好;出湖口、湖体水质自三峡工程运行后以Ⅳ～Ⅴ类为主,变劣趋势明显。湖体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖。(4)初步认为:洞庭湖水文水动力环境条件的变化,整体上对水质产生一定的不利影响,对湖体富营养化有一定的促进作用。     

几种水陆交错带植物对底质氮磷释放的抑制作用

选取太湖贡湖湾水陆交错带内的黄菖蒲、双穗雀稗、李氏禾、黄花水龙及香菇草这5种植物,长江下游常见沙壤土、水陆交错带新生底质两种土壤,模拟扰动条件下5种水生植物对底质氮磷释放的抑制.结果表明,植物对底质总磷释放具有显著的抑制作用,双穗雀稗、香菇草、黄菖蒲可以将上覆水总磷浓度控制在0.02 mg·L~(-1),李氏禾、黄花水龙控制在0.03mg·L~(-1);李氏禾、黄花水龙试验组总磷释放率控制在0.1 d-1,双穗雀稗、香菇草、黄菖蒲试验组控制在0.05 d-1.植物生长增加了底质氮的赋存,带来底质氮释放的增加,而黄菖蒲、双穗雀稗则可以将底质总氮释放速率控制在0.02 d-1,上覆水总氮浓度控制在0.4 mg·L~(-1).植物须根根长密度、根重密度、根表面积密度成为抑制底质氮磷释放的主要因素,须根穿插增加底质中粒径≤50μm的颗粒物,从而减少了水体扰动造成的底质上扬;同时须根在生长过程增加底质总氮含量,吸收底质中的磷.5种水陆交错带植物正是通过上述两种机制抑制底质中氮磷的释放,其中黄菖蒲、双穗雀稗因为其发达的根系,抑制氮磷物质释放的效果最佳,其次为李氏禾、香菇草,黄花水龙对底质氮磷释放的抑制作用在5种植物中最小.     

太湖水华前表层水CDOM的光谱特征与来源解析

有色溶解性有机质（CDOM）是水生态系统中营养盐生物地球化学循环的重要环节,为探究太湖水华前表层水中CDOM的组分特征与来源,采用紫外-可见光谱与激发发射矩阵荧光光谱-平行因子分析（EEM-PARAFAC）技术对表层水中的CDOM组分进行了解析,结合CDOM光学参数（a₃₅₅、SUVA₂₅₄、a₂₅₀/a₃₆₅、FI、BIX和HIX）辨识其空间差异与污染来源,并与太湖CDOM组分历史数据进行了初步对比.结果表明,a₃₅₅、SUVA₂₅₄和a₂₅₀/a₃₆₅显示太湖东部表层水CDOM呈现高浓度、高芳香性和低相对分子量的特征,而北部与之相反.平行因子分析法从CDOM中分离出4个组分,类酪氨酸（C1）、两种类色氨酸（C2、C4）和类富里酸（C3）,且主要组分C1与C2和C3组分具有较强的线性关系,不同组分来自相似污染源,荧光指数显示,太湖CDOM不同区域间受内源与陆源输入影响存在差异,但整体腐殖化程度较低.这表明太湖CDOM组分以类蛋白（C1、C2和C4）为主（>85%）且以自生源为主,可生化利用性好.     

环太湖河流水质时空分布特征

针对太湖流域所划分的5个污染控制区,对各区共29条主要环太湖河流水质指标进行了测定,分析其时空变化特征,旨在为合理预防和治理太湖水体富营养化提供依据. 结果表明,北部重污染控制区内河流污染最为严重,并呈现出北部重污染控制区＞湖西重污染控制区＞浙西污染控制区＞东部污染控制区的趋势. 对比10年来历史数据表明,环太湖河流水质呈好转趋势,但现状仍不容乐观. 入湖河流污染问题依然严峻,而削减氮入河量是太湖入湖河流治理的重中之重.      

污染浓度对多级人工湿地-塘系统处理微污染河水中COD的影响

针对微污染水水质不稳定,COD_Mn波动较大的问题,本研究构建了3套中试规模的以"前置生态氧化塘、两级水平潜流湿地和表流湿地为核心、后置沉水植物塘"为工艺的多级人工湿地-塘组合系统（处理水量230 L·d^-1,分别命名为S1、S2和S3）.在3种进水浓度条件下（原水、稀释2倍和稀释1.3倍后的水体,分别作为S1、S2和S3系统的进水）,考察了3套湿地-塘系统各单元对实际微污染河水中COD_Mn的处理效果,并采用高通量测序等方法解析了S1系统湿地单元微生物群落分布特征.研究结果表明,3套系统的平均出水COD较进水有着非显著的升高,从升高的程度来看,S2>S3>S1.污染浓度相对最高、运行时间最长的S1系统对COD有着更好的净化效果.相较于S2系统,S3系统更高的进水浓度有利于COD去除.S1和S2系统的二级水平潜流湿地较其他单元有着较好的COD去除作用,平均去除率分别为18.60%和26.52%.S3系统的表流湿地较其他单元有着较好的COD去除作用,平均去除率为8.92%.微生物群落分析结果表明,S1系统的一级、二级水平潜流湿地中细菌丰度和多样性沿程提高,两个单元所富集的相同优势菌群包括α-变形菌纲、γ-变形菌纲和拟杆菌纲,与COD降解有关的菌属分别包括unclassified_f__Burkholderiaceae、unclassified_c__Alphaproteobacteria、norank_f__Blastocatellaceae和norank_f__Saprospiraceae、红细菌属.表流湿地中细菌丰富度进一步升高,但生物多样性有所减少,其中蓝菌属和norank_c__Actinobacteria可能与表流湿地出水COD升高有关.本研究为大型河口湿地-塘复合生态系统处理微污染地表水时工作重心由浓度削减向污染物释放控制的转移提供了宝贵的工程经验.     

养猪废水中磺胺嘧啶对湿地底泥中氮转化微生物及过程影响

为探讨养殖废水中兽用抗生素对湿地系统中氮素转化及相关微生物过程的影响,以养殖废水中常见的抗生素SD（磺胺嘧啶）为例,设置0、10、100和1 000 μg/L 4个添加浓度开展模拟试验.通过qPCR（实时荧光定量PCR）技术,测定了湿地底泥中氨氧化和反硝化功能基因丰度,结合Pearson相关分析,分析了养殖废水中不同氮素形态与底泥中氮转化功能基因丰度的关联性.结果表明:①与CK组比较,添加SD对湿地TN的最终去除效果无显著性差异,4个处理组的TN去除率为75.4%~80.5%,但在培养前期（0~14 d）,SD对水体NH₄+-N和NO₃--N转化的抑制率最高分别达53.0%和99.5%,随着SD浓度的增加,抑制作用越强,到培养后期（14~28 d）,各处理水体中不同形态的氮浓度无显著差异.②由qPCR测试结果得出,湿地底泥中AOA（氨氧化古菌）的丰度比AOB（氨氧化细菌）高出1~2个数量级,表明AOA在氨氧化过程中起主导作用,另外在培养第7天,AOB发生显著抑制现象,对SD更敏感;与CK相比,在第7天和第14天,反硝化基因narG、nirS、nirK和nosZ丰度随SD浓度的增加而逐渐降低.③相关性分析结果表明,AOA与ρ（NH₄+-N）呈极显著正相关（P < 0.01）,AOB与ρ（NO₃--N）呈极显著正相关（P < 0.01）,nirK与ρ（NO₂--N）呈极显著正相关（P < 0.01）.研究显示,SD能抑制湿地底泥中氮转化微生物及相关氮转化过程,且SD浓度越大,抑制作用也越大,但随着培养时间的增加抑制作用会减弱.