洞庭湖主要入湖口表层沉积物重金属分布特征与生态风险评价

尽管针对洞庭湖沉积物中重金属的研究工作较多,但缺乏针对其主要入湖口的研究。基于2014年12月和2015年6月对洞庭湖主要入湖口表层沉积物中重金属调查,分析了重金属含量的时空分布特征,并采用一致性沉积物质量基准法对其生态风险进行了评价。结果表明,Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的平均含量分别为3.27、0.190、27.10、39.8、38.0和157.8 mg·kg-1,其大小顺序为ZnCuPbAsCdHg,Cd和As含量出现超过土壤环境质量三级标准的现象,是主要的重金属污染物。Cd、As、Pb和Zn等4种重金属含量的最高值均出现在湘江入湖口,Cu含量的最高值出现在资水入湖口,Hg含量以沅江入湖口最高,除Pb外,其他5种重金属在湘江和资水入湖口的含量均大于平均值,表明湘江和资水入湖口污染较为严重;汛期与非汛期6种重金属的含量均无显著性差异(P0.05)。6种重金属生态风险大小顺序为AsCdZnPbCuHg,各入湖口生态风险大小顺序为湘江入湖口资水入湖口沅江入湖口汨罗江入湖口澧水入湖口长江"三口"新墙河入湖口,其中湘江和资水入湖口为较高生态风险,其他入湖口为较低生态风险。入湖河流是洞庭湖湖体沉积物重金属污染的主要来源,在一定程度上,入湖河流沉积物中重金属的含量对洞庭湖湖体沉积物中重金属污染状况起着决定性作用,因此,洞庭湖流域重金属污染防控应以入湖河流为主,其中尤以湘江和资水为重点。     

河口前置库系统在滆湖富营养化控制中的应用研究

通过对建立在滆湖西北部夏溪河与扁担河汇合进入滆湖湖口处的前置库系统进行研究,结果表明前置库系统对入湖河流中氮、磷和藻类的去除作用明显。在稳定运行期内,可将劣Ⅴ类进水水质提高至Ⅲ～Ⅳ类,ρ(TN)和ρ(TP)也分别由1.21～3.09和0.05～0.24 mg.L-1降至0.62～1.26和0.03～0.09 mg.L-1,平均去除率均约为60%;对藻类,ρ(Chl-a)则由15.10～126.07降至4.32～42.95 mg.m-3,平均去除率为(67.55±3.06)%,最高可达82.82%。此外,在前置库系统的不同分区,调蓄缓冲区对TN、TP和Chl-a的去除作用均比较明显,与其他分区之间差异显著(P0.05);在同一分区,对于不同水质指标,仅有生态稳定区对Chl-a的去除作用明显,且与对TN、TP的去除作用之间存在显著差异(P0.05)。     

太湖总磷、总氮宏观水环境容量的估算与应用

在2000—2011年水量水质数据的支持下,估算了各种水质约束条件下太湖TP和TN的宏观水环境容量.基于宏观水环境容量,估算了2015年和2020年太湖TP和TN的允许入湖负荷和允许排放量,并将允许排放量分配到相应的行政区,为各行政区制订污染物控制方案提供依据.在上述研究的基础上,评估了2015年和2020年太湖水环境质量目标的合理性和可行性,结果表明,实现上述目标的可能性是存在的,但需要付出极大努力.在2020年以后,太湖的水质将长期维持在Ⅲ类(TP)和V类(TN),这是藻类易于暴发的浓度区间,保障太湖水质安全的各种应急措施,如"引江济太"、蓝藻打捞等要长期常抓不懈.     

洪泽湖不同入湖河流沉积物磷形态特征及生物有效性

为揭示洪泽湖入湖河流沉积物磷形态空间差异性及影响因素,分析了洪泽湖自西北向西南7条入湖河流65个表层沉积物中不同磷（P）形态,并探讨了磷形态空间赋存特征的影响因素及环境意义.研究表明：沉积物总磷（TP）含量为488.90mg/kg~960.22mg/kg,无机磷（Pi）为主要形态,相对含量为65.81%~76.16%.西部入湖流域沉积物有机磷（Po）以非活性有机磷（NLOP）为主,汴河最高,相对含量约占Po的50.41%,生物有效态无机磷（BAP）相对含量最高,占Pi的66.84%,污染程度最高;西南和西北入湖流域Po则以中活性有机磷（MLOP）为主,Pi以钙结合态无机磷（HCl-Pi）为主.西北入湖流域由于受当地地质背景的影响,HCl-Pi所占Pi相对含量最高（43.02%）,从而减缓了磷的移动能力,污染程度最低.随着沉积物污染程度的增加,生物有效态Po含量增加,但所占Po相对含量降低;HCl-Pi含量增加,所占Pi相对含量降低,这一现象和我国其它典型地区沉积物磷形态空间分布类似.西部和西南入湖流域主要受水土流失、有机面源污染及藻类生长的影响,有机质环境较高,水交换能力弱,可被有机质降解的Po组分高于可被矿化的Po组分,大部分难降解Po组分易沉积,导致西部和西南入湖流域较高的BAP和NLOP含量,富营养化程度较高.沉积物OM是各形态磷之间相互转化的关键因素,和沉积物内源磷地球生物化学循环密切相关.洪泽湖入湖流域沉积物磷形态空间差异性主要由农业面源污染物的输入而导致内源磷负荷加剧.洪泽湖西部和西南入湖流域应重点控制农田水土流失及养殖业面源污染,建设滨岸修复带,遵循少量多次增施有机肥原则,减少农用地水土流失.健全农村养殖业废水废渣处理;划定科学养殖区;提倡铜围网箱,增加水体交换率.而对于洪泽湖西北入湖流域则应重点防止过度城镇化带来的水土流失及对生态功能保护区过高的污染负荷.     

洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系研究

采用空间分析和统计分析方法,从综合农业用地和各类农业用地面积百分比两个层次研究洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系.结果表明,研究区10个小流域入湖河流水质空间差异性显著,流域西部入湖河流总磷污染严重,北部和南部入湖河流(D3除外)主要污染指标为有机物和氮;流域农业用地面积百分比与入湖河流水质的关系密切,综合农业用地面积百分比与雨季入湖河流高锰酸盐指数、NH+4-N、TN、TP呈负相关,相关系数分别为-0.859、-0.565、-0.693、-0.181,与非雨季高锰酸盐指数、NH+4-N呈负相关,相关系数为-0.384、-0.328,与非雨季TN和TP呈正相关,相关系数为0.221、0.146;各类农业用地面积百分比对入湖河流水质表征作用较强,耕地与TN、TP在雨季和非雨季均呈正相关,与两者的相关系数雨季为0.252、0.581,非雨季为0.149、0.511,耕地与高锰酸盐指数、NH+4-N在雨季和非雨季分别呈正相关和负相关,与两者的相关系数雨季为0.388、0.053,非雨季为-0.137、-0.147,林地与耕地的表现则正好相反,与TN、TP、高锰酸盐指数、NH+4-N的相关系数雨季为-0.526、-0.275、-0.469、-0.155,非雨季为-0.012、-0.100、0.282、0.151,鱼塘对TN和TP的指示作用不显著,草地和园地在雨季与耕地的表现类似,非雨季与耕地的表现相反.可见,洱海流域农业面源治理时应重点加强北部和南部在雨季时耕地、草地和园地的管控.     

沅江入湖河床沉积物重金属污染演化地球化学分析

对沅江入湖河段河床沉积物进行钻探取样,利用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析沉积物重金属等微量元素的含量,并利用210Pb法测定沉积物沉积速率.同时,在分析沉积物重金属污染特征的基础上,探讨沉积物重金属污染的演化过程.结果表明:沉积物中Bi、Cd、Mn、Mo、Zn、Pb等重金属含量变化大、分布不均匀,而Sc、Tl、Rb、Cs、V、Co、Zr、Hf、Nb、Ta、Ga、Ge、Rb、Sr、REEs(稀土元素)等微量元素含量变化小,分布相对均一.微量元素富集特征(EF值)和主成分分析结果显示,沉积物中Cu、Sc、Tl、Rb、Cs、Th、U、V、Co、Zr、Hf、Nb、Ta、Ga、Ge、Rb、Sr、REE等微量元素主要为自然源,而Bi、Cd、Mn、Zn、Pb等重金属则既有自然源的影响,又有人为源的贡献.地累积指数(Igeo)评价结果显示,入湖段沉积物存在Cd-Mn-Zn-Pb-Bi等元素组合的重金属污染,且沉积物自下而上分布有中深部(204~192 cm)、中上部(96~64 cm)、浅表部(64~0 cm)3个重金属污染层.上述3个重金属污染层可能对应于3个期次的重金属污染事件,即早期(1913年前)的零星重金属污染、中期(建国初期至改革开放初期,1963—1979年)的中等强度重金属污染、近期(1979年至今)高强度重金属污染.且自早期到近期,沉积物重金属污染程度增强,污染元素组合趋于复杂化.沅江入湖河床沉积物的上述3期重金属污染可能对洞庭湖沉积物产生直接影响.     

太滆南运河入湖河口沉积物氮素分布特征

为研究入湖河口沉积物中氮素的存在形态和空间分布状况,于2012年4月在太滆南运河入湖河口区采集沉积物柱状样品并对沉积物中的氮素进行了测定分析.结果表明,NH+4-N、TN和Org-N在表层沉积物中的沉积具有一定的同步性.NH+4-N与Org-N、TN均呈显著正相关(P<0.05),Org-N和TN呈极显著正相关(P<0.01);Org-N是入湖河口表层沉积物氮素的主要成分,平均值为2 843.77 mg·kg-1,占TN的质量分数为93.38%;氮素的水平分布存在差异:TN和Org-N的含量在入湖河干流延伸方向上,随距离的增加而逐渐降低,在偏离干流延伸方向上,呈"W"型波动变化.NH+4-N含量在距河口100 m内迅速下降,100 m后在波动中保持低水平.NO-3-N含量在0~800 m内保持平衡,800 m后迅速升高;氮素的垂直分布存在差异:在入湖河干流延伸方向,NH+4-N含量随沉积物深度的增加而升高,NO-3-N呈现出底层富集向表层富集转变的趋势,TN和Org-N的含量自表层向底层富集.     

HCl气体对污泥热解产物性质影响的试验研究

为研究污泥热解中同步提升热解产气品质和制取低重金属含量半焦吸附剂,文章分别在800℃和900℃下进行干化后污泥的快速热解实验,对比研究了通入HC(l0.1%体积分数)气体对热解气体产物组分、半焦中重金属含量及制取半焦吸附性能的影响。研究表明热解过程中通入HCl可在提高热解气组分中H2、CO含量的同时提高重金属去除率、降低热解半焦中重金属残余量,增大热解半焦比表面积、提高其吸附性能,但对于半焦吸附性能的影响程度要小于对热解产气及重金属残余量的影响。900℃通入HCl时H2和CO含量均最高分别达到35.01%和30.68%,同时半焦中重金属浓度最低,且同时具有最大比表面积、最高吸附性能,对Pb2+最大吸附量为19.2 mg/g。     

区域点源和非点源磷入河量计算的二元统计模型

基于流域或区域点源和非点源磷入河过程的水文学差异,以及影响河流持留作用的主要机制,建立了描述河流段末磷负荷量与流量和水温之间定量关系的二元统计模型;通过逐月的河流水文水质监测数据对模型中4个系数的有效校正和验证,实现了对点源和非点源磷入河过程的准确定量.与现行的水文估算法相比,该模型既考虑了河流磷的持留能力及其时间变异性,也考虑了上游水体输入的磷负荷量,推进了对磷污染过程的定量认识,满足了我国以行政区为主要水污染控制管理单元的现实需要.应用该模型,计算了浙江长乐江集水区2004～2009年的总磷(TP)入河量.结果表明,TP年入河总量为(54.6±11.9)t.a-1,其上游水体输入、点源和非点源的入河量贡献率分别为5%±1%、12%±3%和83%±3%.夏季5～6月和8～9月的非点源TP累计入河量占其全年的50%±9%,增加了引起下游水体藻类暴发的风险.河流TP持留量为(4.5±0.1)t.a-1,占年入河总量的9%±2%;5～9月的TP累计持留量占全年的55%±2%,表明河流持留能力对流域或区域磷素迁移转化过程的调控作用不容忽视.本研究建立的二元统计模型仅需常规的河流水文水质监测数据,无需专业软件知识,且计算结果直接来源于实际的河流水文水质测算值,为实施流域或区域磷污染总量控制策略提供了一种简便、实用、可靠的定量工具.     

南四湖入湖、入干线河流与输水干线的水质动态分析

根据南四湖流域主要入湖、入干线河流和输水干线23个监控断面2000—2010年的水质监测数据,从年际、年内和不同年份,对流域内的水环境质量变化趋势进行了综合分析,并筛选出2010年与2000年水质最差与最好的河流进行了对比分析。结果表明:2000—2010年间,各监控断面CODCr和NH3-N浓度的年平均值总体呈下降趋势,它们的5年平移平均值也呈下降趋势;受水文情势、面源与点源污染的影响,流域内所有监控断面在年内水质呈现一定的变化规律;2010年与2000年相比,流域内CODCr值和NH3-N浓度总体下降率分别达到74.4%和93.1%,2010年与2005年相比,73.9%的监控断面污染物浓度下降,总体上水质有了大幅度的改善,但所有监控断面的CODCr年平均值仍未达到Ⅲ类水质标准;流域内水质最差河流主要分布在工业、城镇集中的地区。