清淤底泥脱水干化研究Ⅰ：相变式真空预压技术

针对底泥如何快速脱水干化问题,提出了一种相变式真空预压技术,实现了原位、高效和纯物理特点的快速脱水干化。通过室内模拟实验、现场实验和工程示范,先后开展了真空负压下纯水、水砂混合物和疏浚底泥的激烈相变点模拟研究,确定了温度和真空负压之间的变化规律,以及不同介质激烈相变点的确定方法,并探究了温度对底泥脱水干化效果的影响及温压耦合加载模式。结果表明：水的激烈相变点在相同介质下,随着真空负压增加而降低,不同介质中水的激烈相变点有所差异,纯水最低,水砂混合物次之,淤泥最高;通过累计出水量、出水速率和孔隙水压力的变化规律与温度之间关系确定了底泥的激烈相变点温度为68.7 ℃,脱水干化后的含水率为16.1 %,较常规真空预压降低了34.2 %,较电渗式真空预压降低了26.5 %,体积压缩率达到60.5 %,固结度97.2 %;确定了温压耦合加载模式,工程应用中初始真空负压为20~30 kPa,持续时间为3 d,其次为50~60 kPa,持续时间为5 d,然后真空满载 (80 kPa以上) ,真空满载后开始持续加载温度至底泥激烈相变点附近,并采用温控电箱进行间歇式加载,保证底泥温度一直处于激烈相变点附近,脱水速率最大化,节约能耗。该研究成果为底泥快速脱水干化提供一种新技术,并为此类工程的实施提供技术指导。     

阳极添加三价铁离子对沉积型微生物燃料电池运行特性的影响

以剩余污泥为底物和接种物,借助电化学交流阻抗等电化学分析方法,研究了阳极投加三价铁离子对沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cell, SMFC)电能输出及内阻分布的影响.结果表明,500 mg/L铁离子可有效改善SMFC的运行特性,功率密度峰值、底物降解速率和阳极污泥絮体大小分别上升到103.09 mW/m2、35.68 mg VSS/(m3/h)和190.33 μm.电化学阻抗谱分析表明,阴极欧姆内阻及极化内阻随铁离子浓度增加而降低,阳极内阻则随铁离子浓度增加先降低后增加,当三价铁离子添加浓度为500 mg/L时,阳极欧姆内阻和活化内阻与对照组相比分别下降了45.28%和47.97%.     

涪江绵阳段表层沉积物重金属污染特征及风险评价

为准确掌握涪江绵阳段表层沉积物重金属的污染特征,分析了7个监测断面表层沉积物中Cd、Se、Mn等19种重金属质量浓度,采用地累积指数法、潜在生态风险评价法和污染负荷指数法评估了沉积物重金属的污染程度及潜在风险。结果表明:涪江绵阳段表层沉积物中Se、Cd、Ba和Hg等元素含量显著超过其土壤背景值,重金属的污染程度依次为Se＞Cd＞Ba＞Hg＞Mo＞Mn;潜在生态风险评价和污染负荷指数评价结果均显示,断面的污染程度排序为楼房沟＞李家渡＞福田坝＞丰谷＞涪江铁路桥＞百顷＞平武水文站断面。楼房沟断面沉积物微观形貌主要为片状或块状,物相主要为石英及少量白云母、方解石和菱锰矿等,与铅锌矿、电解锰渣等主要矿物组成相似,重金属主要来源为尾矿渣在河床的沉积及金属矿开采等外源输入。     

撒施阻控材料快速去除上覆水Cd对的室内模拟研究

湘中矿区塘、水库等灌溉水体及其底泥重金属超标问题日益凸显,研究选取石灰、水稻秸秆生物炭和人造沸石等3种环境友好型土壤重金属阻控材料,通过室内玻璃柱模拟静止水体实验探讨水面缓慢撒施阻控材料对上覆水重金属Cd去除与底泥Cd有效性影响。为期60 d的实验结果显示,1%（0~20 cm表层底泥质量分数）的单一石灰、生物炭、沸石与石灰+生物炭+人造沸石配方（质量比1∶1∶1）4种处理均可明显快速去除上覆水中水溶态Cd质量浓度,其中石灰效果最佳,沸石效果最差,石灰与3种阻控剂组配处理均可使上覆水中水溶态Cd质量浓度由20 μg·L-1以上降至10 μg·L-1,符合我国灌溉水Cd的限定标准。阻控材料自然沉积在底泥表面后对5 cm处底泥水溶液Cd质量浓度具有一定的消减效应,沸石效果优于石灰、生物炭处理,其中"石灰+生物炭+沸石"的不同粒径阻控材料组配方式效果最佳。石灰、生物炭、沸石及3种阻控剂组配处理60 d后底泥pH值依然略高于对照,差异不显著,但可交换态Cd含量明显低于对照。结果可为塘库型水体上覆水及底泥Cd等重金属污染的生态风险降低及控制措施研究提供科学参考与方法指导。     

新型复合药剂原位修复河道底泥污染

采用新型复合药剂开展河道底泥原位修复技术研究,通过考察河道水质改善效果、底泥中磷含量及形态的变化确定药剂的最佳投加量。结果表明,投加复合药剂对上覆水体中TN、NH4+-N和TP均有不同程度的净化效果,且净化效果随药剂量的增加而增强,最高去除率分别达到23.52%、21.79%和81.5%,上覆水体COD去除率随药剂投加量增多呈先升后降的趋势,最高（投加量为600 mg·L-1）达到57.6%。从底泥磷含量及形态变化来看,投加药剂增大了底泥TP含量并促进底泥不稳态磷向稳定态磷转化。因此,从经济成本和修复效果方面综合分析,以投加量为600 mg·L-1对底泥污染原位修复较为合适。     

氮、磷吸附/解吸法确定环保疏浚深度方法探讨——以太原汾河示范段为例

有效疏浚深度是决定疏浚工程造价和治理效果的关键指标,目前我国现行标准规范尚未明确底泥营养盐浓度的标准,对营养盐超标河湖污染底泥的评价和有效疏浚深度确定十分不利。以太原汾河示范段为例,取其代表性柱状样0.3~0.4、0.9~1.0、1.4~1.6、1.9~2.0 m深度的底泥,分别设计Ⅰ类~劣Ⅴ类氨氮( N H 4 + -N)、正磷酸盐( P O 4 3 - )的模拟水和柱状样实际上覆水,进行氮、磷吸附/解吸试验,并分析不同深度底泥氮、磷吸附/解吸特征。结果表明:柱状样1.6 m深度以内底泥中 NH 4 + -N对水体呈释放状态,1.9 m深度底泥对水体中 NH 4 + -N具一定吸附性;1.6 m深度以内底泥中 PO 4 3 - 对水体有释放风险,1.9 m深度底泥对水体中 PO 4 3 - 具一定吸附性;1.3 m深度底泥中总氮(TN)、 NH 4 + -N浓度出现较明显的拐点,1.6 m深度底泥中总磷(TP)浓度出现较明显的拐点。结合底泥对上覆水体影响及底泥中氮、磷浓度垂向变化等因素,确定太原汾河示范段有效疏浚深度为1.6 m。     

长江上游河流输沙量时间序列跃变现象研究

长江上游来水来沙条件是三峡工程泥沙问题研究的重要基础。长江上游流域面积约100万km2,产输沙条件复杂。根据有序聚类分析法、里和海哈林法和费希尔最优分割法,对长江上游干流和主要支流控制站输沙量时间序列的跃变现象进行了研究。在显著水平005下,长江上游在径流量变化不大的情况下,河流输沙量在1991年后出现了明显减小的质变过程,干流寸滩站 1991～2005年年均输沙量为313亿t,较 1953～1990年均值减小了32%,特别是2001年后输沙量减小更为显著,2002～2005年仅为211亿t。水库拦沙、水土保持工程减沙等人类活动是导致长江上游输沙量时间序列出现跃变现象的主要原因,1991～2005年与1990年前相比,人类活动新增减沙量为1187亿t/a,占三峡入库总减沙量的75%,且随着三峡上游一系列大型水利枢纽的建成和生态环境的持续改善,三峡水库在相当长时间内会保持较少的来沙量。研究成果可为三峡工程入库泥沙代表系列的选取提供依据。     

辽河四平段流域河流沉积物微生物群落多样性和结构分析

沉积物微生物群落在水生态系统的物质循环中发挥着关键的作用,群落结构组成的变化经常与环境的改变有关.以辽河四平段流域为研究区域,运用高通量测序结果对沉积物微生物群落的结构组成和多样性进行分析.结果表明,辽河四平段流域河流沉积物微生物群落α多样性以北河支流最高,干流次之,南河支流最低;β多样性表现为干流、北河支流和南河支流的微生物群落的相似性较低,差异性较大.变形菌门是该流域微生物群落门水平上丰度最高的优势菌门,并且与其他东北地区的河流类似,该流域河流沉积物中的厚壁菌门含量较低;γ-变形菌纲是该流域河流沉积物微生物群落占比最高的菌纲,但是β-变形菌纲在该流域丰度很低;而属于β-变形菌纲Ellin6067菌属在该流域分布很广.环境因子例如沉积物重金属和水体理化性质也会对微生物群落的多样性和种群结构产生多种影响.结果为实现修复辽河四平段流域河流的水体污染工作提供了理论依据.     

骆马湖表层沉积物微塑料的分布、来源及储存量

为探求骆马湖表层沉积物微塑料的分布特征,于2019年夏季和2021年冬季收集了20个采样点的样品,使用光学显微镜观察微塑料特征并分类,使用傅里叶变换红外显微镜光谱仪鉴定其聚合物成分,使用扫描电子显微镜分析其表面形态.结果表明,骆马湖夏季和冬季沉积物微塑料的丰度平均值为（513±201） n·kg^-1和（528±263） n·kg^-1.总体而言,60～500μm、纤维、透明和聚乙烯微塑料占比最高,表层沉积物微塑料的储存量分别为111.20 t（9月）和74.16 t（1月）.结果发现,夏季人工泄洪后,闸后小尺寸微塑料的比例均高于闸前30%以上,证明水流剪切力是加速微塑料破碎的驱动力.开始调水后,上游的微塑料丰度平均值从705 n·kg^-1下降到653 n·kg^-1,而下游则从530 n·kg^-1增加到740 n·kg^-1.上游沉积物中消失的是较小和较轻的塑料颗粒,如聚乙烯和聚丙烯.它们随着水流在上游表层沉积物中再悬浮,迁移至下游,并再次沉降.通过探讨人工泄洪...     

基于FOA-SVM方法的长江中游悬浮物浓度遥感反演研究

遥感反演是监测水体表层悬浮物浓度分布的有效手段之一。然而,常用的经验回归模型是建立在大样本的理论假设之上的,而大多数情况下所获取的样本数实际上是十分有限的,因而有必要引入基于小样本的新的反演模型。支持向量机(SVM)建立在结构风险最小原理和VC维理论基础上,其泛化能力强,适用于小样本回归模型。使用HJ1B卫星CCD2遥感影像结合长江中游实地同步采样数据建立悬浮物浓度SVM遥感反演模型,并采用果蝇优化算法(FOA)对模型参数进行了优化。结果表明,与传统经验回归模型相比,SVM模型具有较高的预报精度和稳定性;在SVM模型的参数优化中,FOA算法效果理想,其计算量也远小于网格搜索算法。最后,使用所建立的SVM模型对长江中游城陵矶附近长江和洞庭湖水体悬浮物浓度进行了反演,并对其空间分布特征进行了分析。结果显示,长江干流的悬浮泥沙浓度总体上明显小于洞庭湖,这主要是三峡工程下泄泥沙大幅减少造成的;洞庭湖浑浊的湖水汇入长江后,在城陵矶下游形成明显的混合带;而洞庭湖湖口悬浮物浓度明显高于其他湖区,这可能是该区域采砂活动的强烈扰动引起的。