底泥原位洗脱过程中氮磷含量与形态变化特征

随着城市化进程的不断推进,城市河流底泥中内源氮磷污染问题日益突出.为研究原位洗脱技术对污染底泥中氮、磷物质和成分的作用效果,以北京市凉水河作为研究对象,分别比较了现场试验洗脱与对照组0~30 cm分层底泥以及实验室模拟洗脱处理前后0~10 cm底泥中pH、E_h（氧化还原电位）、容重、含水率、OM（有机质）、TN、TP和氮、磷形态分布的变化特征.结果表明:①现场洗脱对0~5 cm厚度底泥的处理和模拟洗脱处理均对底泥中pH、E_h、含水率的改变以及其中TN、TP的去除效果表现显著,其中,现场试验洗脱组0~5 cm范围底泥中w（TN）、w（TP）分别较对照组降低了66.4%±17.4%、40.8%±24.4%,模拟洗脱处理对底泥中OM、TN、TP的去除率分别达70.1%±4.8%、66.8%±2.0%、43.1%±3.1%.②原位洗脱技术对底泥中TN的去除主要通过对PON（颗粒态有机氮）的去除来实现,现场和模拟试验过程中PON对TN去除的贡献率分别达55.0%和73.6%.③原位洗脱对底泥中TP的去除主要通过对Al-P（铝结合态磷）、OP（有机磷）的去除来实现,现场和模拟试验中Al-P、OP对TP去除的贡献率分别达37.0%、66.2%和31.3%、43.7%.研究显示,原位洗脱技术可有效去除城市河流底泥处理层中的氮磷物质,并以有机氮、磷物质的去除为主.      

芦苇碳源-表面流人工湿地对农田退水脱氮的长期效能研究

针对农田退水NO₃^--N占比高、C/N低,氮污染难以去除的问题,将经济易得的芦苇(Phragmites australis)茎叶碎段装填在表面流人工湿地(packed surface flow construct wetland,PSFW)的表层作为外加碳源,以研究其长期运行情况下的脱氮效能。结果表明：第29~149天,外加芦苇茎叶碎段的PSFW的脱氮效能明显高于无芦苇茎叶碎段的空白PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(16.4±1.0)和(17.7±2.0)mg/L,HRT按3、4和2 d运行时,HRT为4 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN去除率分别为(87.4±6.0)%和(74.1±6.0)%,PSFW₀去除率仅为(14.4±4.0)%和(14.4±3.0)%;第150~269天,PSFW的脱氮效能稍高于PSFW₀,在进水NO₃^--N和TN浓度分别为(10.4±1.0)和(10.8±1.0)mg/L,HRT按3、2和1 d运行时,HRT为3 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(91.9±7.0)%和(90.2±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(91.3±5.0)%和(86.4±6.0)%。第270~334天,PSFW的脱氮效能稍低于PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(5.7±0.4)和(7.2±0.8)mg/L,HRT为3 d时,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(88.6±10.0)%和(82.5±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(94.0±6.0)%和(87.8±3.0)%。     

云贵高原典型湖泊浮游植物群落结构变化及影响因素

湖泊是地球生态系统的重要组成部分,对周边地区人民群众生产生活具有重要意义,但湖泊生态系统容易受人类活动影响,高原湖泊的生态系统较平原湖泊更为敏感.浮游植物作为湖泊中最重要的初级生产者,其群落结构可以反映出湖泊水环境的变化.为了解典型高原湖泊洱海的浮游植物群落变化情况及影响因素,于2021年对在洱海的13个点位开展逐月水质及浮游植物群落结构监测.结果发现洱海水质较好、富营养化水平低,但浮游植物生物量较前几年明显偏高,这主要是由于下半年甲藻水华事件所造成的.通过分析优势浮游植物与环境因子的关系发现,甲藻暴发可能与有机质有关,低透明度及相对低温环境也有利于甲藻生长;蓝藻生物量主要受营养盐浓度和水温限制;低温季节硅藻优势度较高.这些结果揭示了在外源营养盐输入得到有效控制的情况下,有机质和气候变化可能对高原湖泊浮游植物群落结构变化造成更为强烈的影响,未来需要对这些环境条件变化投入更多关注.     

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术—原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N、${{\rm{NO}}_3^ - }$-N、TN、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明：洗脱组释放第30天时,${{\rm{NH}}_4^ + }$-N由底泥向上覆水中平均释放速率(−6.51±0.32) mg·(m²·d)⁻¹,对应上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N平均浓度为0.52 mg·L⁻¹,较对照组下降了89.4%;${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L⁻¹,较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中${{\rm{NH}}_4^ +} $-N、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。     

硫碳比对芦苇碳源-硫耦合表面流湿地脱氮的影响

针对农田退水中NO₃--N占比高、碳氮比低的问题,提出PS-SFW（Phragmites australis and sulfur combined surface flow constructed wetland,芦苇碳源-硫耦合表面流人工湿地）,对其强化农田退水脱氮的可行性进行了研究,并与SFW₀（无芦苇碳源-硫填充的常规表面流湿地）进行对比,重点研究了HRT（水力停留时间）为3、2、4 d条件下S/C（质量比,分别为0.32、0.56）对PS-SFW脱氮效能的影响.结果表明,HRT为3 d（第29~40天）时,PS-SFW_0.32（S/C比为0.32）、PS-SFW_0.56（S/C比为0.56）和SFW₀的w（NO₃--N）分别为55.9%±11.0%、66.0%±10.0%和7.0%±3.0%,w（TN）分别为36.9%±1.0%、40.3%±3.0%和4.5%±2.0%,PS-SFW_0.56对TN和NO₃--N去除效能高于PS-SFW_0.32,远高于SFW₀;HRT为4 d时（第41~81天）及HRT为3 d（第130~149天）时,PS-SFW_0.32、PS-SFW_0.56、SFW₀的w（NO₃--N）为66.3%±5.0%、90.5%±4.0%、14.4±4.0%和53.4%±3.0%、62.9%±10.0%、48.5%±5.0%,w（TN）为55.5%±5.0%、75.4%±5.0%、14.4%±3.0%和48.8%±2.0%、57.5%±6.0%、44.1%±5.0%,PS-SFW_0.56对NO₃--N和TN的去除效能均优于PS-SFW_0.32,并且优于SFW₀.HRT为2 d（第82~129天）时,PS-SFW_0.32、PS-SFW_0.56、SFW₀的w（NO₃--N）为47.7%±7.0%、46.6%±6.0%和26.8%±4.0%,w（TN）为37%±6.0%、36.6%±6.0%和24.0%±3.0%,PS-SFW_0.32、PS-SFW_0.56对氮的去除效能接近,但仍优于SFW₀.研究显示,PS-SFW运行条件应优选S/C为0.56、HRT为4 d.      

洱海西部灌排沟渠水质特征及土地利用的影响

灌排沟渠径流是洱海氮、磷营养盐输入的主要来源。2020年秋季,研究选取洱海西部2个汇水区,分析了降雨条件下汇水区和沟渠子汇水区2个空间尺度下沟渠水质的变化特征,以及土地利用对沟渠水质的影响。结果表明：沟渠水质表现出显著的空间差异性,其中双隐汇水区东南部沟渠化学需氧量（COD）较高,为5.68~20.49 mg/L,北部沟渠总氮（TN）浓度较高,为1.04~1.44 mg/L,总磷（TP）浓度自东向西递减,氨氮（NH₃-N）浓度整体较低;万阳汇水区南部沟渠COD较高,为5.02~14.22 mg/L,TN浓度整体较低,环洱海和中部靠北沟渠TP和NH₃-N浓度整体偏高。冗余分析结果表明,村镇、农田是沟渠TP和NH₃-N的主要来源,秋季库塘未被利用的蓄水也可能对沟渠水质造成影响,林草地面积占比与沟渠水质呈负相关,但由于占比小和空间分布原因,对入海污染负荷的削减效用较小。洱海西部应加强灌溉用水循环利用,完善环湖截污工程,以减少灌排沟渠退水和农村生活污水对洱海水质的影响。

     

模拟农田低污染水中不同基质对海菜花生长的影响

采用海菜花湿地中试装置研究砾石、砂土、红壤土、紫土及稻田土5种基质对海菜花种子萌发、幼苗生长、花茎产量和模拟低污染水水质的影响。结果表明:种植在红壤土和稻田土中的海菜花种子萌发率(74.25%和73.68%)高于砂土和紫土;从生长状况分析,稻田土和紫土比另外3种基质更有利于海菜花幼苗的生长;从花茎累计产量分析,5种基质中海菜花在紫土中的总开花数(22朵)、花茎数(32根/m ²)及花茎总质量(145.10 g)最高,花茎总质量其次为稻田土(117.60 g);从N、P的去除效果分析,5种基质条件下海菜花中试湿地对氨氮(N$H_{4}^{+}$-N)、硝氮(N$O_{3}^{-}$-N)和总氮(TN)去除效果较好,红壤土对总磷(TP)去除效果较好,稻田土较差。     

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.      

NH+4对镁改性生物炭除磷效果的影响

为提高人工湿地收割植物利用率并探讨水体中氨氮对镁改性生物炭(magnesium modified biochar,MBC)除磷效果的影响,本文以人工湿地植物芦苇为原料,引入金属镁离子对其改性,制备MBC,并以未改性生物炭(biochar,BC)为对照,通过批量摇床实验,研究了不同氮磷摩尔比(0、5、10)和初始磷浓度(100～500 mg·L-1)条件下,MBC、BC、BC与金属镁离子(BC+Mg~(2+))、Mg~(2+)这4种处理方式对磷酸盐的去除效果.结果表明,4种处理方式对磷的去除量排序为MBCBC+Mg~(2+)≈Mg~(2+) BC,溶液中NH+4的存在促进MBC吸附除磷,氮磷摩尔比越大,初始磷浓度越高,MBC的磷吸附能力越强. XRD图谱分析结果表明,在MBC、BC+Mg~(2+)、Mg~(2+)这3种处理方式中,当氮磷摩尔比为5、10时,NH+4与溶液中的Mg~(2+)和PO3-4发生沉淀反应,生成鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O),促进磷的去除.本研究利用人工湿地废弃生物质对富含氨氮和磷酸盐的溶液进行处理,确定了氨氮对水体中磷酸盐去除的促进作用,达到了回收利用、以废治废的目的,为水体富营养化治理提供了新的理论依据和数据支持.     

基于EFDC模型的洱海水温模拟

洱海是处于富营养化初期的高原中深水湖泊,夏秋季节没有明显的温跃层,具有独特的水温垂向分布特点。为掌握洱海水位、水温等要素的变化规律,分析其可能造成的影响,采用环境流体动力学(EFDC) 模型建立了洱海三维水动力模型,并用拉丁超立方采样(LHS)和标准秩回归(SRR)方法对影响水温的重要参数进行了敏感性分析。结果表明:湖体水温对太阳短波辐射中的快速波占比(FSWRATF)和快速衰减系数(SWRATNF)2个参数的变化较为敏感,而对太阳短波辐射慢速衰减系数(SWRATNS)的敏感性较弱;洱海水温的空间分布主要呈南北方向变化,且随季节变化明显,春夏季水温自北向南递减,秋冬季水温南北低、中间高,这可能与洱海湖盆地形及出入流河口位置有关。洱海水温模拟结果较好地拟合了水温的弱分层现象,对解释洱海营养盐的垂向分布特征、藻华发生条件等具有重要意义。