基于“人工智能”驱动的农村生活污水系统治理专栏序言

伴随流域水污染控制与治理工作的深入,农村分散生活污水治理逐渐成为制约流域水环境改善的关键.同时,农村生活污水治理是人居环境提升、美丽乡村建设以及乡村振兴战略实施的集中体现,事关广大农村居民的切身利益.本专栏是国家水专项“分散污水治理课题”团队近年来科研成果的总结,从污水治理的全生命周期角度出发,尝试通过人工智能赋能治理模式决策、“菜单式”工艺组合、设施运维与监管、长效管理等4个方面对研究和实践进行了梳理总结,构建基于人工智能驱动的农村生活污水治理决策支持系统,以期为北运河流域以及其他区域农村生活污水治理提供科技支撑.     

潜流人工湿地水力学特性及工程设计

以净化低污染水体的潜流人工湿地水力学特性工程设计为重点，系统开展了室内外实验研究，并利用Peelet数分析了水平潜流人工湿地碎石床渗流返混程度。结果表明，潜流人工湿地集水花管孔口出流计算、基质填料内渗流计算、碎石床平均水力停留时间计算可分别借鉴薄壁孔口恒定淹没出流、线性或非线性渗流、活塞流理论；但受工程实际条件及运行淤堵等影响，工程实测结果均小于理论计算值。基于室内外实验成果，提出一套包括集配水系统水力计算、填料内渗流计算、平均水力停留时间计算在内的潜流人工湿地水力学特性计算方法和参数选择，可为人工湿地技术的工程设计提供借鉴。     

鲢鱼放养控制北京城市河湖水华试验研究

介绍了利用鲢鱼控制北京城市河湖水华的试验研究,通过不同放养密度(0、17、51和103 g/m3)的现场围隔试验,对鲢鱼放养对水体水质和浮游生物的影响进行了分析.研究结果表明,鲢鱼放养使有鱼围隔中浮游生物量极低,从而使浮游植物基本不受浮游动物影响,而直接受鱼类影响;同时,中等密度(51 g/m3)的鲢鱼放养使水华蓝藻和微小藻的生长均得到了有效抑制,使藻类生物量最低.     

冻融作用对土壤磷素迁移转化影响研究进展

磷素是生态系统中重要的生源要素之一,其在土壤中的丰缺变化制约着植物的生长状况,寒冷地区土壤的结构与理化性质常年受到冻结和融化的周期性影响,而冻融作用又强烈的影响着土壤磷的迁移转化途径,磷的生物地球化学行为是生态系统初级生产力的决定因素之一。系统的归纳分析了近年来国内外关于土壤吸附作用、土壤含水率以及土壤生物对磷素迁移转化过程影响的研究报道,主要研究结论认为：（1）冻融循环导致土壤颗粒粒径变小以及铁铝化合物形态改变,进而影响了磷在冻融土壤上的吸附行为;（2）土壤水在冻融作用下的固液相转换改变了土壤浸提液中磷的含量,而土壤含水率的高低与磷在土壤中的汇聚和释放存在密切关系;（3）土壤微生物和植物体内的磷在冻融过程中成为土壤中有机磷的主要来源之一。众多研究结果显示,同一制约因素在冻融作用驱动下对土壤磷的影响效果各不相同,这是因为冻融过程中土壤成分、水分含量、冻融时间、循环次数、植被类型和微生物状况等条件共同影响着磷的迁移转化行为,众多相互关联的因子产生的综合效应导致磷在冻融土壤中的迁移转化行为各异。总结分析当前的研究成果,提出冻融作用对土壤磷的影响应在土壤景观尺度、研究方法和手段、预防和治理措施方面进行深入的研究和探索。     

外调补水条件下流速对景观水体水华抑制效果模拟研究

城市景观缓滞水体水华控制及水力条件改善是当前城市湖泊、河流等景观水体生态健康恢复的关键问题。永定河生态补水措施用于缓解莲石湖8号湖等景观缓滞水体面临的水华易发问题,然而该补水过程对景观水体的水华控制成效尚不明确。基于2019—2021年水质、水文、藻类实测数据,通过构建莲石湖8号湖水动力-水质二维耦合数值模型,结合现场监测数据对耦合数值模型进行率定与验证,探讨了在不同补水条件下8号湖叶绿素a含量和缓流区域的变化特征,定量分析了不同外调补水条件下缓滞区空间分布、叶绿素a浓度与典型景观缓滞水体水文条件的响应关系。结果表明：不同外调补水流量能够有效控制缓滞水体内叶绿素a含量,当外调补水流量为0.23～0.96 m³/s时,莲石湖8号湖表层水体中叶绿素a浓度较低且缓流区域面积较小。该研究结果可为城市景观水体水华控制及外调补水优化方案的制定提供技术支撑。     

美国TMDL计划的研究现状及其发展趋势

最大日负荷总量(TMDL)计划是美国环境保护局(EPA)保护流域水质的一项重要管理措施,强调将非点源污染纳入污染物总量控制的同时考虑安全边际。TMDL计划自产生30多年来,在流域水质模拟、安全边际估算等方面积累了宝贵经验,对改善水质、控制污染发挥了重要作用。文章总结美国TMDL计划中热点问题的研究进展基础上,最后分析了美国TMDL计划未来的发展趋势。     

基于德尔菲法和情景分析的北京市农村生活污水处理工艺优选

针对农村生活污水处理工艺多样、适应性差、决策难等问题,在系统分析北京市农村生活污水处理工艺的基础上,结合情景分析法和德尔菲法等方法,优选农村生活污水处理工艺.研究结果表明,北京市农村生活污水采用单村或联村的治理模式,处理规模集中在50（含）～500m³·d^-1,处理工艺以MBR、AO+MBR、A²O+MBR以及人工湿地等为主,逐渐由单元生物工艺向组合工艺转变、且生态工艺得到更多应用.依据处理规模和排放标准,推荐预处理+生物/生态处理、预处理+生物/生态处理+物化处理、预处理+生物处理+生态处理+物化处理等组合工艺分别适用北京市农村生活污水处理三级排放标准、二级排放标准和一级排放标准,为农村生活污水治理工作的稳步推进提供技术支撑.     

生物强化组合工艺处理河水的三维荧光及生物多样性分析

通过对受污染地表水进行生物滤池-臭氧预氧化-生物活性炭滤池工艺处理,考察生物强化条件下该项工艺对河水中主要污染物的净化效果,并采用EEM光谱技术进行了溶解性有机物变化和去除规律分析,利用PCR-DGGE技术进行各单元中微生物多样性对比分析。结果表明,生物强化组合工艺系统出水水质主要指标已达到/接近地表水环境质量标准(GB 3838-2002)Ⅳ类限值,生物强化滤池填料中微生物多样性指数和物种数均高于其他工艺单元。受污染河水DOM中主要的荧光物质有类芳香族蛋白质(荧光峰A、B和E)及类腐殖酸(荧光峰C)及类富里酸(荧光峰D),其中,A峰、B峰与E峰的中心位置分别位于225/340 nm、275/336 nm和225/298 nm,各特征荧光峰强度发生明显改变表明,污水中溶解性有机物的含量随系统处理过程而变化。     

人工潜流湿地堵塞成因及解决措施

堵塞是制约人工湿地长效运行的关键影响因素,是湿地设计的最关键环节。结合作者在人工湿地方面多年的研究和实践经验,对湿地堵塞成因进行了详细分析,提出了有效解决措施,并列举了成功工程案例,为潜流人工湿地设计提供了有益的借鉴。     

再生水补水的潮白河顺义段水体中内分泌干扰物的时空分布特征

针对潮白河(顺义段)以再生水为唯一补水水源的特点,于2010年10月—2011年10月对该河段水体中两类内分泌干扰物——邻苯二甲酸酯、烷基酚的时空变化进行了分析。结果表明,再生水补水的潮白河顺义段水体中共检出邻苯二甲酸酯和烷基酚类化合物各5种。该河段水体中邻苯二甲酸酯类化合物的质量浓度水平低于国内其他地区河流,烷基酚类化合物的质量浓度水平与天然补给河流相当。河道上游邻苯二甲酸酯污染水平高于下游,夏季低于春、秋两季;河道上游烷基酚污染水平高于下游,春季低于夏、秋两季。2010年至2011年,该河段水体中内分泌干扰物污染质量浓度明显增加。