厦门湾流域河流氮污染综合溯源与水体达标策略

全球变化背景下海岸带地区面临多种环境压力,快速城镇化和人类活动导致河流与海湾营养盐污染和富营养化问题加重,污染溯源是水体达标方案编制与实施的重要环节.兼顾科学性与操作性,本文基于综合溯源思路,以厦门湾河流为例,于水质较差的枯水期开展水系沿程梯度调查,进行氮的生物地球化学过程解析,结合硝酸盐氮氧双位素及土地利用统计分析,探明氮污染关键源区和氨氮超标成因.结果表明,研究区63%的站位水中氨氮占无机氮的50%以上,沿下游方向氨氮污染加重,且与城镇与农村宅基地、渔塘的面积占比均呈正相关.土壤氮、粪肥及污水和化肥贡献了硝酸盐89%~91%的来源.最后,提出了污染减排(控源)、生态修复(增容)、以海定陆(统筹)的水体达标策略,为我国水污染防治与管理提供方法示范.     

2015年干季佛山一次重空气污染过程形成机理研究

2015年12月21-23日,广东珠三角佛山地区出现了一次PM_2.5重污染过程.利用佛山地区顺德、禅城、三水3个站点风廓线雷达、激光雷达和微波辐射计观测资料,结合地面气象观测数据和污染物浓度数据,分析研究了这次重污染过程的形成机理.结果表明：1形成这次污染过程的主要原因是近地层偏南风和偏北风对峙导致水平风速减小,大气水平输送能力变差;持续时间长且强度达到3℃·km^-1的强逆温抑制了污染物的垂直扩散;800 m以下超过90%的高相对湿度造成气溶胶粒子吸湿增长显著.2持续时间长且比较深厚的小风层是造成这次污染过程的直接原因,小风层厚度是预报空气质量变化的较好工具.与地面风速相比,PM_2.5浓度与小风层厚度的相关系数最多能提高0.36,且具有较长的预报时效.佛山地区小风层的风速阈值为3.8 m·s^-1.3这次污染过程存在两种不同的污染形成机制,污染前期（21-23日中午）主要以本地污染物累积为主,污染后期（23日下午）下风向地区（三水）的污染主要是受上风向地区（顺德和禅城）的污染输送影响.     

湟水河流域水质时空变化特征及其污染源解析

基于2012—2014年水质数据,综合应用多元统计分析与一维水质模型(Qual2Kw),系统分析了湟水河水质时空变化及其污染物来源.结果表明:湟水河河流水质主要受化学需氧量、生化需氧量、铜、六价铬、水温、溶解氧、总氮、氨氮等8项水质指标影响,且氨氮和总氮污染严重;湟水河水质时间上可划分为3个时段:时段1(6—10月)、时段2(5月和11月)和时段3(12月—4月),时段1水质明显优于时段2和时段3,湟水河水体受工业生活排放污水的影响显著,面源污染对河流水质的影响低于点源污染;空间上可分为3大区段:湟水河上游、中游和下游,中游西宁市段污染较重;基于Qual2Kw模型的污染物贡献比例计算结果揭示了湟水河民和桥断面的氨氮负荷主要来源于扎马隆(S2)-西钢桥(S3),总氮主要来源于报社桥(S5)-小峡桥(S6),其中支流点源是氨氮的主要污染源,普通点源即城镇生活污水和工业废水排放是总氮的主要污染来源,上游干流农田地表径流、畜禽养殖废水、农村生活污水等污染源氨氮、总氮排放也不容忽视.研究结果可以为湟水河流域水环境管理提供科学依据.     

海州湾海洋牧场人工鱼礁投放对营养盐的影响

为了解海州湾海洋牧场人工鱼礁投放对营养盐的影响,基于2008—2015年间共24个航次水质调查资料,分析了海州湾海洋牧场鱼礁区和对照区活性磷酸盐(PO_4~(3-)-P)、活性硅酸盐(SiO_3~(2-)-Si)和溶解无机氮(DIN)的浓度、组成及营养盐结构的变化.同时,比较了鱼礁区和对照区营养盐的变化,初步分析了人工鱼礁投放量与营养盐的相关性,尝试探索人工鱼礁投放对营养盐浓度与结构的影响.结果表明,鱼礁区和对照区PO_4~(3-)-P、SiO_3~(2-)-Si浓度均呈现出秋季夏季春季的特点,且鱼礁区高于对照区.DIN在鱼礁区和对照区也呈现出同样的季节变化特点,但鱼礁区的变化幅度显著大于对照区.海洋牧场人工鱼礁的投放使鱼礁区PO_4~(3-)-P和DIN浓度增加.受热力学平衡的影响,对照区DIN浓度也出现了增加,而PO_4~(3-)-P受人工鱼礁投放的影响小.鱼礁区和对照区SiO_3~(2-)-Si受人工鱼礁投放影响均不明显.另外,海洋牧场DIN组成也发生了改变,2012年前NO_3~--N为DIN主要组成,之后为NH_4~+-N.营养盐结构分析显示,海州湾海洋牧场营养盐对浮游植物主要表现为磷限制.     

土霉素对SBR系统细菌的抑制效应与机制研究

基于SBR系统,从脱氮过程、化学需氧量(COD)的去除过程、胞外聚合物(EPS)的总量变化过程、比呼吸速率(SOUR)的变化过程及微生物群落的变化等多个角度出发,较系统地研究了不同浓度土霉素对SBR系统的冲击作用.结果表明,由于土霉素(OTC)的作用,系统氨氮去除率从空白对照组的99.0%分别下降至77.2%(OTC 1 mg·L~(-1))、47.4%(OTC 5 mg·L~(-1))及10.0%(OTC 10 mg·L~(-1)).此外,高浓度土霉素(10mg·L~(-1))引起EPS分泌量和异养菌SOUR分别下降至空白组的44.3%和41.2%.由高通量分析可得,由于高浓度土霉素(5 mg·L~(-1)以上)的作用,活性污泥中微生物的多样性显著下降,且微生物的群落结构也发生显著变化.属层面的分析可得,高浓度土霉素(5 mg·L~(-1)以上)反应器中的部分氨氧化菌,如Nitrospira和Nitrosomonas均受到了抑制.     

波流式生态滤床氨氮去除效果及其微生物群落结构分析

利用波流式生态滤床处理受污染的河水,考察了其对氨氮的去除效果和沿程污染物转化情况,并采用扫描电镜、高通量测序手段解析了波流式生态滤床不同时间和位置基质上生物膜的细菌群落组成,分析了波流式生态滤床小试反应器中硝化细菌和反硝化细菌的分布特点,以探讨其去除氨氮的机理.结果表明,反应器稳定运行以后,对氨氮平均去除率为74.83%,基质表面可以观察到大量微生物,不同时期优势细菌有较大不同.反应器前部主要发挥硝化作用,中部发挥反硝化作用,硝化菌的分布呈现上多下少、前多后少的特点,使得氨氮在前端被快速去除;中部以黄杆菌属(Flavobacterium)为代表的反硝化菌丰度较高,促进了反硝化作用的发挥,降低了出水中总氮浓度;不同部位样品中细菌多样性差别不大,微生物种群多样性随着水流方向呈现先增加,到后段减少的趋势.     

南水北调对密云水库水位变幅带土壤磷释放量的影响

南水北调来水引起的水位上涨可能会导致密云水库水位变幅带土壤中磷的释放.过量的磷可能会引起水体富营养,因此,研究水库变幅带磷释放风险对密云水库水质安全保障具有科学指导意义.本研究采用连续浸提法测定密云水库变幅带土壤及沉积物中弱吸附态磷(NH_4ClP)、铁磷(BD-P)、铝磷(NaOH-P)及钙磷(HCl-P)等4种不同形态磷含量,探讨其分布特征;并在室内进行了磷释放模拟实验,估算了南水北调来水引起水库水位上升所致的易释放磷的释放量.结果表明,NH_4Cl-P、BD-P、NaOH-P、HCl-P广泛地分布于密云水库变幅带土壤及沉积物中.在白河、内湖及潮河3个库区,磷形态分布具有一致规律,即HCl-PNaOH-PBD-PNH_4Cl-P.因密云水库变幅带为中国典型的北方碱性土壤,变幅带无机磷主要为钙磷.NH_4Cl-P在3个库区变幅带土壤中含量相差不大,在受水动扰动力影响较小的内湖库区BD-P含量略高于其它2个库区.在3个不同库区中,潜在活性磷NH_4Cl-P和较稳定的NaOH-P在岸上和水陆交界面土壤及水下沉积物中含量相差不大,受氧化还原条件影响较大的BD-P在沉积物中的含量略高于岸上和水陆交界面土壤.磷释放模拟实验及释放量估算结果表明,水库水位上涨3 m的情况下,白河、潮河和内湖库区淹没变幅带土壤分别释放1.02、0.80、0.37 mg·m~(-2)易释放磷.白河和内湖库区变幅带被水淹没土壤中磷释放的风险可能更高,需加强防护.     

微生物燃料电池恒电流预培养阳极生物膜分析表征

阳极性能是影响微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)性能的关键因素之一,同时阳极的接种挂膜过程是影响微生物燃料电池启动效率的关键因素.因此,本课题组提出了预培养阳极作为微生物燃料电池的一种新型阳极的概念,在三电极体系下,通过外加恒定电流预培养阳极,在不同条件下对阳极表面进行电化学选择和生物膜驯化以丰富生物膜结构和厚度.结果表明,阳极的性能与预培养电流大小密切相关,预培养阳极CF-4i(外加4 A·m-2电流密度)通过循环伏安法、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱测试,性能好于其他测试组及对照组,装配阳极CF-4i的微生物燃料电池能实现最大功率密度968.20 m W·m-2,是对照组的2.53倍.同时,通过共聚焦显微镜观察发现,生物膜大体分两层,外层的活细胞及内层的死细胞,外层活细胞长在内层死细胞之上.这种结构分布表明,阳极生物膜中的活细胞部分绝大多数都分布于生物膜的外侧,而不是均布于整个阳极生物膜中;同时这也表明不是整个阳极生物膜都具有新陈代谢活性,但死亡的细胞可以继续积累在电极表面附近,活的外层膜负责电流的产生,而内层的死细胞作为一种导电基质.     

佛山地区干季边界层垂直风温结构对空气质量的影响

利用佛山地区2013年12月大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和相应逐日AQI资料、逐时PM_(2.5)浓度资料,研究了佛山地区大气边界层垂直风温结构对空气质量的影响.结果表明:佛山地区干季持续存在的逆温结构是导致PM_(2.5)污染较重的重要原因.干季污染日近60%的最低逆温层高度低于1000 m,而非污染日低于1000 m的最低逆温层仅占36%,污染日佛山贴地逆温频率高达31.2%.逆温层出现高度较低,将污染物压缩积累在贴地层大气中导致污染较重.在大陆冷高压控制下,佛山地区的边界层结构演化非常典型,最大边界层高度和最大边界层通风量表现出了显著相关,污染日日平均边界层高度始终维持在较低的水平,多数时候不足500 m,最大边界层高度则大部分小于1000 m,日平均边界层通风量主要分布在500~1500 m~2·s~(-1)之间,在极端情况下甚至不足300 m~2·s~(-1),最大边界层通风量大部分处于1500~5000 m~2·s~(-1)之间,导致污染物始终聚集在较低的大气边界层内,使得PM_(2.5)浓度长时间维持在较高的污染水平.佛山地区风场存在显著的3层结构,较小的底层风速意味着大气的输送和扩散能力较弱,高度较低的中层使得污染物进一步被压缩累积在大气底层,垂直风场的不稳定性使得污染日佛山地区局地回流活跃,回流(RF)指数极小值多分布在0.2~0.4之间,污染日RF指数普遍小于非污染日,垂直风场的有效输送能力被显著削弱.     

软弱结构面水流冲刷形成集中渗漏通道机制研究

软弱结构面塑性程度高、强度低,在地下水长期作用下,很易导致岩体产生变形、形成集中渗漏通道及渗透破坏.软弱结构面的渗透稳定性,一直是水利水电工程的重要工程地质及水文地质问题之一,目前对其渗透破坏机理的认识还存在不少尚未解决的问题.针对已有对基岩软弱结构形成集中渗漏通道研究的不足,本文在软弱结构面内讨论渗透变形问题,主要探...