多水塘系统:控制面源磷污染的可持续方法

农业区域的面源污染是引起湖泊富营养化的主要原因之一.多水塘系统是用于灌溉的中国古代发明,它由许多沟塘组成,星罗棋布地分布在农田中.我们通过在巢湖六叉河小流域的长期试验研究,发现用多水塘系统能够有效地控制面源污染.多水塘系统能够显著地降低径流速度,具有贮存暴雨径流,减少水、悬浮物和磷元素输出的强大功能.在面积691.6hm2的六叉河小流域,多水塘系统平均每年可截留固体悬浮和磷分别达14.38×106kg和7016kg.其中,灌溉是磷循环和去除的有效途径.采用多水塘系统使宝贵的养分资源循环利用,能减少湖泊的磷氮负荷,是控制面源污染的可持续方法.     

常见基质对暴雨径流中磷素去除效果的比较研究

选取沙子、土壤、沸石、白矾石、陶粒、钢渣、石灰石、蛭石和碎石9种常见的基质,通过吸附和解吸实验、静态吸附实验和动态模拟实验,较为系统地研究了这些基质的吸附特性以及去除暴雨径流中低浓度磷素污染物的特性,并分析了影响基质去除磷素的影响因子.结果表明,9种供试基质对磷酸盐的动态去除效率要比其他形态磷高,对磷素的平衡吸附量大小顺序为：沸石、土壤、蛭石 ＞陶粒、钢渣、石灰石 ＞碎石、沙子、白矾石,对磷素的动态吸附能力为：沸石、石灰石、白矾石、土壤＞钢渣、碎石、沙子＞陶粒、蛭石.另外,蛭石、陶粒和钢渣在对暴雨径流中磷素的静态和动态吸附过程中出现了磷释放现象,其它基质对磷酸盐的动态吸附能力较强,去除率介于30%～87%.综合分析以上多种因素,为了去除暴雨径流中的低浓度磷素,沸石、石灰石和土壤是比较理想的工程基质材料.     

北运河下游典型灌渠沉积物有机磷形态分布特征

采用Bowman-Cole有机磷分级修正体系,分析了北运河下游典型灌渠泗村店干渠上游至下游7个采样区柱状沉积物中有机磷的赋存形态、分布及其垂向变化特征.结果表明,干渠沉积物总磷(TP)平均含量介于654.9～1 285.4 mg.kg-1,有机磷(TOP)平均含量则为241.6～501.1 mg.kg-1,占TP的34.08%～41.86%,TOP/TP较其他区域明显偏高.垂直分布上看,不同形态有机磷变化趋势迥异,活性有机磷(LOP)随着深度的变化呈先递增后递减的趋势,中活性有机磷(MLOP)则呈逐渐减少趋势,而稳性有机磷(NOP)却变化不大.MLOP是TOP的主要存在形态(39.03%～85.72%),高于LOP(7.73%～24.13%)和NOP(10.14%～35.64%).MLOP是该区域沉积物P的重要储备,其向LOP的转化过程及其对上覆水体富营养化效应值得关注.     

典型城市河流表层沉积物中汞污染特征与生态风险

以北京市凉水河为研究对象,研究了典型城市河流表层沉积物中汞污染特征与生态风险.采用王水水浴消解法和BCR三步提取法分析沉积物中汞总量及其赋存形态特征,并利用潜在生态风险指数法和风险评估指数法评价汞的生态风险.结果表明,凉水河表层沉积物中总汞含量范围是0.018~3.48 mg·kg~(-1),平均值是0.974 mg·kg~(-1),多数样点高于北京市土壤背景值;表层沉积物中汞主要以残渣态(B4态)存在,平均含量为0.841 mg·kg~(-1),各形态汞所占比例顺序为:残渣态(B4态)可氧化态(B3态)可还原态(B2态)弱酸可溶解态(B1态),其中生物有效态汞占总汞的比例为23.21%.基于汞总量的潜在生态风险评价可知,凉水河各个河段表层沉积物中汞的潜在生态风险程度都处于很高水平(Ei平均值为565);但基于汞形态的生态风险评价可知,汞的生态风险都处于较低水平(B1所占比例平均值为4.80%).     

山地城市地表径流源区水质特征监测研究

2010年通过对山地城市重庆江北城区10个地表源区5次地表径流过程水样的采集与分析,研究城区地表径流水质特征及其影响因素,以期为地表径流污染源区控制提供科学依据.结果表明,山地城市重庆地表径流污染过程具有明显的初期冲刷效应,降雨强度影响地表径流水质的变化,地表径流水质的波动同雨强的变化呈同步趋势,雨强增加,污染物浓度下降,表现出水质变化的随机性.山地城市重庆地表径流COD、TP与TSS具有显著的正相关性.悬浮物是城市地表径流污染的主要污染物,而且是有机物质和磷素的载体.有机物质与磷素主要以颗粒态的形式存在,而氮素以溶解态的氨和硝酸盐为主.山地城市地表径流水质TSS、COD、TN、TP和NH4+-N在各个源区的差异显著,商业区和城市交通主干道TSS、COD和TP的浓度最高,其次为城市支路、居民区道路、停车场和屋顶.不透水地表功能、交通流量、人流量和卫生管理是影响地表径流水质的主要因素.城市商业区、交通干道和人流量高的居民区道路是城市地表径流污染的关键源区.     

小流域磷污染物非点源输出的人工降雨模拟研究

以人工降雨实验模拟方法、对巢湖六叉河小流域非点源污染物磷的输出动态进行了研究。结果表明，在雨强０．７９ｍｍ／ｍｉｎ下，５种景观斑块的产流量序为：森林坡地〉水稻田（围堰敞开）〉村庄场院〉油菜地〉蔬菜地，植被（作物），土壤物理性质和前期水分含量共同影响着产流量。村庄是各种磷污染物的最大输出者，蔬菜地次之，水稻田，油采地和森林坡地群落则少得多。     

子牙河干流沉积物重金属分布特征和风险评价

采集子牙河干流河流沉积物,分析6种重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)的分布特征,进而通过富集系数和相关性分析探讨其来源,并采用潜在生态风险指数评价重金属的环境风险。结果表明,子牙河干流沉积物重金属呈现明显的空间差异和垂直分布差异。中游河段(即邯郸下游到献县之间)重金属质量比较高,以Zn为例,其在中游、上游和下游的质量比分别为88.77 mg/kg、19.36 mg/kg、14.08mg/kg;Cr、Cu、Pb、Zn在中游沉积物中质量比均超过上游和下游的2倍以上,呈现相似的空间分布特征。在垂直剖面上,重金属质量比在20cm深度左右以下增长趋势不明显,之上呈现逐渐增加的趋势,Cr、Cu、Pb、Zn在上层沉积物中的质量比分别超过底层的2.47倍、2.13倍、1.47倍、3.6倍。据富集系数推断,沉积物中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn主要来源于人为活动,Ni主要来源于自然过程。中游河段沉积物重金属富集程度高于上游和下游,滏阳新河富集最严重,Cr、Cu、Pb、Zn的富集系数分别为2.27、1.21、3.97、2.88。沉积物重金属生态风险指数评价的结果表明,子牙河干流表层沉积物重金属污染处于轻微生态风险程度,而Cd累积的生态风险问题较为突出。     

白洋淀表层沉积物重金属形态分布特征及生态风险评价

为了研究白洋淀全域表层沉积物重金属污染程度,采用BCR 3步提取法分析了沉积物中6种重金属（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn）的含量及其赋存形态,讨论了6种重金属的生物可利用性大小,并运用次生相与原生相比值法（RSP）、潜在生态风险指数法（RI）和聚类分析进行了生态风险评价及重金属污染来源探讨.研究表明,白洋淀表层沉积物中重金属Cd和Cu含量均值分别达到背景值的2.9倍和1.3倍.Cd的可交换态及碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态的质量分数达到51.20%,生物可利用性较大;Pb主要赋存于铁锰氧化物结合态;Cr、Cu、Ni和Zn以残渣态为主要的存在形式.白洋淀的首要污染因子是Cd,整体面临较高Cd风险.圈头片风险最高,端村片风险最低;南刘庄片区域内风险相差较大,其中N4为白洋淀全域最高风险点.源解析结果显示,Cd、Cu、Pb和Ni受人类活动因素较多,Cr和Zn则更多的受到自然因素影响.     

暗渠段对城市河流水环境的影响

河道暗渠化是影响城市建成区河流黑臭水体治理的重要因素,为探究河道暗渠化对城市河流水环境的影响,以深圳市龙华区观澜河流域主要支流暗渠为研究对象,通过现场勘查并结合暗渠段水质分析,探讨了暗渠段主要环境问题,并分析了暗渠对河流水质的影响。结果表明：暗渠段对城市河流水质的影响是显著的,主要污染物为氨氮和总磷;污染最为严重的塘水围氨氮的平均值为22.29 mg·L⁻¹,为重度黑臭水体氨氮标准(15 mg·L⁻¹)的1.49倍,而其氧化还原电位的平均值为−154 mV,远低于轻度黑臭水体标准(50 mV),其中最低值为−190 mV,接近于重度黑臭水体的标准值(−200 mV)。在明渠-暗渠-明渠分布的空间格局中,暗渠内淤泥的大量累积、垃圾的清理不及时、污水排口的封堵不彻底等是造成暗渠段水质恶化的主要原因。在工程解决措施上,应结合区域城市发展规划,遵循“定位、揭盖、加窗、联涵、疏泥”十字方针,通过顶层覆盖物拆除或开窗、挡墙拆除或加固、污水收集与处理、淤泥与垃圾的清除等工程措施实现暗渠段污染的消除。以上研究结果可为城市河流黑臭水体治理和河流暗渠环境综合整治提供参考。     

河流沉积物中有机磷提取剂(NaOH-EDTA)提取比例与机制研究

选择海河流域高磷污染河流滏阳新河沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术优化了沉积物中有机磷提取剂NaOH和EDTA的配比,探讨了提取剂对总磷(TP)、有机磷(P o)及金属离子的提取机制.结果表明,不同配比的NaOH和EDTA提取液提取同一沉积物,所提取的TP和P o的量差异较大,但P o的提取量均高于NaOH单独提取,主要原因为EDTA与Fe、Al等离子的结合促进了无机磷(P i)和P o的释放;TP在1.00 mol·L-1NaOH+75 mmol·L-1EDTA配比的提取液中获得最大提取量,为3.88 mg·g-1,P o在0.25 mol·L-1NaOH+50 mmol·L-1EDTA配比的提取液中提取量最大,为0.24mg·g-1;相同浓度NaOH提取液中金属离子Fe、Mn、Ca、Mg、Al提取量随EDTA浓度增大呈升高趋势,主要是通过螯合作用、金属离子与OH-形成化合物实现.其中,Fe、Mn、Ca提取浓度与提取液pH呈显著负相关(P<0.01),说明其与OH-形成沉淀化合物;Al离子由于既可以与OH-生成可溶性的偏铝酸盐又可以被EDTA螯合形成可溶性络合物,因此其浓度随提取液pH升高呈指数增长趋势(P<0.01);NaOH与EDTA混合提取剂核磁共振图谱优于NaOH提取液,在本研究中均可以检测到膦酸盐、正磷酸盐、磷酸单酯、磷脂、DNA和焦磷酸盐.综合考虑:对北方河流富含Fe和Al的河流沉积物,0.25mol·L-1NaOH与50 mmol·L-1EDTA可以作为理想的沉积物有机磷提取剂.