不同宽度草皮缓冲带对农田径流氮磷去除效果研究

在前期调查及试验研究的基础上,通过设置不同宽度的混播草皮缓冲带,研究其对农田径流总氮、总磷的去除效果。结果表明:在总氮、总磷进水平均浓度分别为17.89,1.04 mg/L的试验条件下,3～12 m宽度的混播草皮缓冲带对总氮、总磷具有一定的去除效果,且随着缓冲带宽度的增加而不断提高,其中对渗流水总氮、总磷的去除效果优于地表径流水,当草皮缓冲带宽度为12 m时,对农田径流中总氮、总磷的去除率可达80%。最后通过数值拟合的方法计算当总氮、总磷去除率均达70%时,混播草皮缓冲带所需的适宜宽度。     

折流式人工湿地对矿区降雨径流的净化研究

根据陕西省渭南市蒲白矿区降雨径流的水质和水量特征,采用新型折流式人工湿地对人工湿地不同运行阶段模拟降雨径流的净化效果进行了对比,分析了COD_Cr,SS,TN,TP,NH₄⁺-N以及重金属Pb,Zn,Cu在湿地系统中的沿程变化,探讨人工湿地的主要去除机制。结果表明:人工湿地对COD_Cr,TP,TN,NH₄⁺-N,SS的平均去除率分别为82.3%,65.9%,71.2%,73.5%,94.8%,对重金属Pb,Zn,Cu的平均去除率分别为91.3%,94.5%,81.2%,对重金属的去除率基本高于对营养元素的去除率;除了TN外,折流式人工湿地系统出水各污染物均达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类质量标准,其中TN达Ⅳ类标准,出水重金属Pb,Zn,Cu均能达地表Ⅲ类水标准。降雨径流各污染物主要在人工湿地的第1格被去除,其中,COD_Cr,TP,SS和Pb均有一半以上的去除率发生在第1格。随着人工湿地沿程进水浓度的增加,其去除率逐渐下降。研究表明,折流式人工湿地系统对矿区降雨径流的净化效果显著,并且该湿地系统具有较强抗冲击负荷能力,可用于城市地面径流污染的控制和雨水利用。     

负荷对渗滤系统控制农业径流污染物的影响

为了考察负荷变化对渗滤系统拦截削减农业径流污染物性能的影响,在重庆市万州高峰镇鹿山河旁建立多级渗滤系统,开展了农业径流污染物净化效果的试验研究。结果显示,系统对污染物具有较好的去除效果,对化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的平均去除率分别为35%、73%、37%和54%。污染物出水浓度随进水负荷的升高而升高,具有明显的线性关系。单位面积污染物去除负荷与进水负荷近似服从对数关系,低进水负荷时系统运行稳定,高进水负荷时系统污染物去除负荷波动较大。随着渗滤系统级数的增加,污染物出水负荷和去除负荷沿程上均体现出逐渐降低的趋势。渗滤系统沿程污染物负荷的变化兼具滨岸缓冲带、植被过滤带和生物接触氧化池的特点。     

表面流人工湿地对城市径流水质的净化研究

城市径流水质已经成为农业面源污染的主要来源之一,根据武汉市径流的水质和水量特征,采用多级串联的表面流人工湿地系统对其进行了径流净化研究。对人工湿地不同运行阶段模拟径流的净化效果进行了对比,分析化学耗氧量COD_(Cr),生物耗氧量BOD_5,固态悬浮物SS,总氮TN,总磷TP,铵氮NH~+_4-N在湿地系统中的沿程变化,探讨人工湿地对城市径流污染的去除效应。结果表明:各指标在人工湿地中的去除效应大小依次为NH~+_4-NCOD_(Cr)BOD_5TNSSTP,其中对NH~+_4-N的去除效应显著高于其他指标的去除效应(p0.05),对TP的去除效应最弱(p0.05);人工湿地对COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,TP,NH~+_4-N的去除效应在1—7月呈逐渐增加趋势,局部有所波动,9月达到最大值,9月以后去除效应趋于平稳;除了TN外,人工湿地系统出水各指标均达到《地表水环境质量标准—GB》质量标准,其中TN达Ⅳ类标准。径流各指标主要在人工湿地的第1格被去除,随着人工湿地沿程进水浓度的增加,其去除效应逐渐下降。相关性分析表明,各径流各指标之间存在一定的相关性,而TP与各指标之间没有相关性(p0.05)。通过对湿地系统沿程氮磷浓度衰减的拟合及回归分析,建立了与湿地系统进口浓度有关的COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,TP,NH~+_4-N浓度的沿程衰减模型,相关分析表明其最佳的拟合模型均为指数衰减模型。该湿地系统在整个试验时期内均表现出了良好的净化效果,有效地减轻了城市径流水质对外界水环境的破坏,可用于城市地面径流污染的控制和利用,指数衰减模型的建立也为后续湿地设计及排水水质预测提供了理论分析依据。     

改进灰色模式识别模型评价洱海雨季灌排沟渠水质

为揭示洱海流域农田生产与农村生活单元交替分布对灌排沟渠水质的综合影响及污染物贡献率,选取流域典型灌排沟渠不同断面进行连续取样观测,在分析化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)及铵态氮(ammonium nitrogen,NH_4~+-N)浓度变化特征基础上,采用"中心化"灰色模式识别模型和综合平均污染指数对沟渠农田入口-农田出口-村落出口-农田出口-村落出口-农田出口断面水质进行综合评价。结果表明:沟渠断面TP和总可溶磷(totaldissolved phosphate,TDP)浓度沿水流方向持续增加,TN和硝态氮(nitrate nitrogen,NO_3~--N)浓度先增加随后稳定,沟渠农田出口段NH_4~+-N和COD浓度分别削减13.43%～57.88%和2.88%～19.33%,而流经村落段浓度相应增加。灰色模式识别模型分析发现沿水流方向沟渠断面水质类别分别为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅳ类、Ⅴ类和Ⅴ类,综合平均污染指数法表明沟渠中TN和COD是水体主要污染因子,而NO3--N是水体TN的最主要形态。该研究可揭示洱海流域氮磷污染来源与贡献,为明确面源污染防治的主要污染因子提供科技支撑。     

潜流人工湿地对畜禽养殖废水的净化效果

为了提高潜流人工湿地对畜禽养殖废水中污染物的去除效果,该试验通过改变湿地内部结构构建了4个潜流人工湿地单元,选用灰砖块和碎石做湿地填料,冬夏季轮作栽培齿果酸模和大狼把草,考察湿地运行期间对厌氧消化后猪场废水的净化效果。结果表明：湿地单元经过80 d的启动,运行稳定,有植物湿地比无植物对照湿地提前10 d左右进入稳定期。运行期间,各湿地单元对废水中氨氮（ammonia nitrogen,NH4+-N）、总氮（total nitrogen, TN）、总磷（total phosphorus,TP）和化学需氧量（chemical oxygen demand,CODCr）的去除率与气温变化均呈现显著线性正相关。在水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）为4 d,进水中CODCr、NH4+-N、TN、TP浓度分别为520、110、120、10 mg/L左右时,4个湿地单元对CODCr、TP的去除率分别在60%和70%以上,对NH4+-N和TN的去除率分别为28%～67%和32%～58%,植物对CODCr及TP去除的贡献分别稳定在10%和4%左右,植物对氮的去除效果受气温影响较大,夏季对NH4+-N和TN去除的贡献分别可达13%和12%。与一般潜流人工湿地比较,改进的波形潜流人工湿地对NH4+-N、TN和CODCr的平均去除率提高均在3%以上,对TP去除效果差异不显著（P＞0.05）。该研究可为构建大规模的潜流人工湿地处理畜禽养殖废水提供理论依据和技术支持。     

不同规格生态沟渠对排水污染物处理能力的研究

利用三种不同深度规格的生态沟渠(E0.80、E1.05和E1.30),通过控制相同的表面水力负荷,比较研究了动态进水(TN 0.86~6.13 mg·L^-1、TP 0.11~0.28 mg·L^-1)条件下生态沟渠对农业面源主要污染物的去除效果,同时考察其耐冲击负荷能力和适宜建造长度。结果表明:整个试验期间,三种不同深度规格的生态沟渠对铵态氮(NH4+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和悬浮物(SS)的去除率均达到50%以上,其中E1.30对污染物的去除效率较高,NH4+-N、TN、TP和SS的总平均去除率分别为64.8%、63.1%、71.8%和60.8%。同时,E1.30的污染物出水浓度较为稳定,耐冲击负荷能力相对较强。进水浓度较高情况下,E1.30在TN、TP出水浓度为2 mg·L^-1和0.2 mg·L^-1时所需长度分别为27.4 m和4.9 m,为三种规格生态沟渠中最短。表明生态沟渠是有效去除农业面源污染物的技术,在实际应用中可因地制宜地建设E1.30规格的生态沟渠,并可辅以高效吸附氮磷材料等其他措施,进一步提高生态沟渠对农业面源污染物的去除能力。     

10种水生观赏植物对不同富营养化水体的净化效果研究

通过温室静态试验研究了路易斯安娜鸢尾等10种水生观赏植物在中浓度和高浓度富营养化水体环境下的生长状况及对不同富营养化水体TN、TP和COD的去除能力。结果表明,无论中浓度还是高浓度富营养化水体环境下10种水生观赏植物中泽苔草、水芋、水生美人蕉、再力花长势均非常旺盛,而菖蒲、千屈菜和马蔺长势相对最弱,鲜重增加量最低。水芋、水生美人蕉、泽苔草和再力花对TN的去除能力较强,其在高浓度富营养化水体生长30d时对TN的去除率依次为97.85%,97.79%,96.12%,95.74%;千屈菜和菖蒲对TN的去除能力较弱,试验结束时其对高浓度富营养化水体TN去除率为77.43%和63.16%。不同植物对TP的去除能力存在差异,泽苔草对TP去除能力最强,试验结束时其对高浓度富营养水体TP去除率达99.17%,达国家Ⅰ类水质TP标准;其次为再力花和水芋,在高浓度富营养水体生长30d时TP去除率分别为98.65%和98.66%,达国家Ⅱ类水质TP标准;菖蒲、千屈菜和马蔺对TP去除能力最弱。此外,不同植物对降低水体COD也有一定作用,但是水体自净化也能够达到较好的降低COD的效果。从不同植物对水体N、P积累量来看,泽苔草在中、高2种浓度富营养化水体下单株植物净化能力居于10种植物之首,而路易斯安娜鸢尾尽管对N、P的去除能力居中,但其是10种植物中唯一的四季常绿观赏水生花卉植物,一年四季均可修复水体,具有较大的应用潜力。     

不同类型河岸缓冲带水质净化效果研究

以广东省杨溪河灌草、竹林植被岸坡两种类型河岸带为研究对象,对河岸带2 m、4 m和6 m宽度情况下的TP、TN和COD等面源污染物质去除效果进行研究。研究结果表明,不同类型河岸缓冲带及宽度对污染物的截污能力有所不同,总体来看灌草缓冲带对污染物的去除率最高,为55%~87%,其次为竹林缓冲带为56%~80%。从缓冲带去除TN、TP和COD的角度出发,同时考虑土地占用问题,宽度为6 m的两种类型缓冲带是较佳的河岸缓冲带设置宽度。研究结果可为缓冲带的构建提供有益的参考。     

不同草本植被过滤带对径流中氮磷的生态阻控效果

为明确在不同条件下植被过滤带对地表径流氮、磷的阻控规律,分别构建百慕大、马尼拉、高羊茅、玉龙草等4种植被过滤带和裸地对照组过滤带,通过模拟3种污染物浓度和3种水力负荷强度的径流,探讨不同草本植被过滤带对表流和渗流中的氮、磷的阻控效果。结果表明,与对照组相比,植被过滤带显著提高土壤系统对径流以及来水中的氮、磷等污染物的拦截能力,在3种水力负荷强度下,百慕大、马尼拉、高羊茅、玉龙草和裸地对照组的平均径流拦截率分别为56.10%,54.28%,63.16%,60.53%和39.10%,4种植被的径流拦截率均显著高于对照组(p＜0.05);4种植被覆盖均显著降低表渗流量比,提高土壤的入渗能力;水力负荷强度的提高降低植被过滤带对NH₄⁺—N和TP的去除效率,但植被过滤带去除率降低的幅度小于对照组;在一定范围内,渗流中TN、NO₃^-—N和TP的去除率随着来水中氮、磷浓度增加而提高;在一定的水力负荷下,根冠比越低的植被削减径流的能力越强。     

河岸带植被对非点源氮、磷以及悬浮颗粒物的截留效应

选取草地河岸带和人工林地河岸带,开展了人工模拟农田施肥和径流污染物截留效果的现场试验。分别采集地表径流和渗透水水样,测定分析了总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH4—N)以及固体颗粒物的浓度。结果表明,草地河岸带对地表径流TP的截留效果显著优于林地河岸带,草地和林地河岸带对氮元素的截留效果趋于一致;河岸带对地表径流和渗透水中TN,TP和NH4—N的截留率是相似的;草地河岸带对固体颗粒物的截留效果优于林地河岸带;河岸带越宽,其截污功能越强;人为干扰造成了人工林地河岸带截污能力的减弱。并提出了河岸带管理的相关建议。     

河岸带不同植被下土壤酶特征及其去污效果

通过测定河岸带常见植被类型下的土壤酶活性,比较其去污效果,分析土壤酶活性与TN、TP、NH4＋-N、COD等农业面源污染物去除率的相关性。结果表明,不同植被类型表层土壤酶活性存在显著差异（P〈0.05）,灌草、草本酶活性较大,乔灌草次之,乔草最小,而不同植被河岸带对农业面源污染物的去除率也表现出基本相同的规律,因此对农业面源污染去除效果最好的河岸带植被类型配置应为灌草或草本（芦苇）;不同植被深层土壤酶活性基本不存在显著差异。由相关性分析可知,TN、NH4＋-N去除率与表层土壤脲酶活性呈显著相关关系,而COD去除率与土壤脲酶的相关性不显著;TP、COD去除率与土壤磷酸酶活性的相关性显著。研究结果为利用土壤酶活性强度作为评价河岸带净化效果的指标提供了理论依据。     

生态滤沟对城市路面径流的净化效果

随着城市化进程的加快,城市路面径流污染问题日益严重,运用工程措施对其实施控制具有重要意义。在西安理工大学露天试验场设计和建设了6条不同配置方式的生态滤沟,通过试验分析生态滤沟对城市路面径流中污染物的净化效果及其影响因素。结果表明:在所选的基质中粉煤灰的净化效果较好,其对铵氮、总氮、可溶性正磷酸盐、总磷的去除率可分别达到30%～45%,25%～30%,90%～95%,60%～90%;较无植被情况,在有植被条件下生态滤沟对总氮的去除率可提高5%～30%,而对磷的净化效果相差不大;随着入流水力负荷的增大,生态滤沟对污染物的去除率会降低,铵氮和总氮的去除率在高水力负荷和低水力负荷时相差10%左右,可溶解性正磷酸盐和总磷的去除率在高负荷和低负荷时相差可达30%左右;随着进水污染物浓度的增大,COD、可溶解性正磷酸盐、总磷的去除率呈现先增大后减小趋势,铵氮去除率呈现增大趋势,总氮去除率呈现先减小后增大的趋势。随着入流时间的延续,生态滤沟对入流流量、入流水量、入流污染负荷的削减能力减弱。     

弱透水性下垫面降雨径流污染物输移特性

为了研究弱透水性下垫面降雨径流污染物的输移特性,选择兰州市作为典型城市,基于其降雨分布特点和面源污染特点提出了弱透水性下垫面径流污染物输移模型。通过对大学校园内屋面、路面及其他弱透水性下垫面组合形式下的天然降雨径流取样检测,分析了浊度,COD_cr,TN和TP等主要污染物浓度随时间的变化规律及污染物相关性研究,同时运用模型计算径流污染物初期负荷率。结果表明:校园弱透水性下垫面,降雨径流历时10～20 min各污染物浓度达到峰值。径流历时30 min内,降雨径流浊度,COD_cr,TN和TP的污染物负荷率可达到65%～85%。在中小降雨条件下,降雨径流过程中各污染物显著相关,径流污染物输移模型的适用性较好。     

三峡库区消落带典型草被对氮磷污染物迁移的影响

为明确三峡库区消落带草被对农业面源污染防治的作用,采用野外放水冲刷试验,分析草带对地表径流中氮磷的拦截率和冲刷前后氮磷含量在土壤内的空间变化,研究消落带典型草被对氮磷污染物迁移的影响。结果表明:(1)草带拦截污染物的效率总体较好,对NO_3~--N的拦截率最高,达93.5%～99.3%。拦截率与草带宽度成正比,与冲刷强度成反比。(2)冲刷前后TN、TP、NO_3~--N和NH_4~+-N污染物含量的变化率最大值分别为2.30,1.96,5.01,4.75,均出现在小区下坡。随着草带宽度增加以及冲刷强度的减弱,污染物含量的变化率增大。(3)各氮磷污染物在0—10 cm土层的变化率较大,变化范围为0.91～5.01。TN、TP和NH_4~+-N在10—30 cm土层的变化率普遍接近1,而NO_3~--N在该土层依然存在较大的变化率。(4)RDA结果显示,影响冲刷前后污染物变化最大的因子是土层深度,其次是坡位、草带宽度、冲刷强度。综上,消落带草被能够有效拦截污染物并促进其向土壤内部迁移,在消落带草本植物恢复及面源污染防治过程中应注意增加消落带草被覆盖宽度,减小高强度降雨径流的影响,促进污染物在上坡位被拦截并进一步向土壤内部迁移,降低污染物向上覆水释放的风险,为三峡库区消落带草本植被恢复及农业面源污染防治提供理论依据。     

灌木式屋顶绿化设计及对屋面初期雨水的净化

[目的]探讨灌木式屋顶绿化屋面承载力及对屋面初期雨水径流污染物的净化效果,为屋顶绿化设计及雨水资源化利用提供一定的理论指导。[方法]根据屋面所能承受承载力大小及屋面雨水径流的特点设计灌木式屋顶绿化结构,采用蛭石、珍珠岩作为吸水剂,与红壤土、腐殖土按一定比例复配为屋顶灌木绿化的种植基质。通过将收集到的屋面雨水模拟降雨,淋洒屋顶灌木,对其干、湿重荷载和对雨水去除效果进行研究。[结果]1m3复配的人工土壤的饱和吸水量为0.65m^3,种植基质湿容重为1 190kg/m^3,灌木式屋顶绿化的干、湿重荷载分别为261,529kg/m^2。对屋面初期雨水中的SS,COD,TN,TP的削减量分别在60.1%~71.3%,50.0%~61.8%,49.2%~53.2%和55.6%~67.7%之间。[结论]灌木式屋顶绿化能满足一般建筑物屋顶的荷载要求,同时对初期雨水径流具有较好的净化效果。     

大清河流域河岸植被带污染物净化能力研究

为了解决白洋淀上游河岸带植被类型单一、生态功能低下等问题,从河岸植被带截留、净化面源污染物的生态功能定位出发,选取2种草本和1种灌木为研究对象,通过模拟径流冲刷试验,研究河岸植被带对氮、磷及泥沙污染物的净化效果。结果表明:(1)与单一灌木相比,单一草本的净化效率更好,狗牙根(Cynodon dactylon)的总磷、总氮和泥沙的净化效率最佳,分别为10.88%,6.96%,34.20%;黑麦草(Lolium perenne)对氨氮和硝氮有较好的净化效果,分别为10.11%和9.54%;(2)在多组植物组中,胡枝子(Lespedeza bicolor)、狗牙根、黑麦草的草灌组合净化效率较好,在各项指标平均值上分别较裸土组提高了13.31%,10.84%,9.64%,12.36%,46.43%;(3)灌草和混草的植物组合对5项污染物指标的净化效率均较高,混植组的去除效果优于单一植物组。河岸植被带对面源污染有着一定的净化效果,其中灌草和混草组合的净化效果较好,胡枝子、狗牙根、黑麦草的草灌植物组合表现出最好的净化效果。     

沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究

为充分了解河岸植被缓冲带对地表径流污染物的去除效果, 本研究选取辽宁省沈阳市两条典型河流——浑河与蒲河为对象, 研究其滨水不同河岸植被缓冲带对地表径流氮、磷污染物的削减效果。结果表明: 在6 种河岸植被带中, 人工林草地对氮的削减效果最好, 对总氮、硝态氮和铵态氮的平均削减率分别为47%、36%和31%; 人工林地对磷的削减效果较好, 平均削减率为74%; 而人工林地对氮以及人工草地对磷的削减效果较差。随长度增加, 河岸植被缓冲带对地表径流污染物的削减效果基本呈增强趋势。以上研究结果说明不同河岸植被缓冲带对地表径流中氮、磷的削减各有优点。在对遭受污染的河流进行生态修复时, 应考虑环境污染特点和地表特征, 以充分发挥河岸植被缓冲带对污染物的削减优势。     

北运河下游不同土地利用非点源污染负荷估算

选取我国北方地区以圩区为主要形式的北运河下游农业灌溉区——天津武清区和北辰区作为研究对象,针对不同土地利用类型进行降雨径流污染物浓度监测,采用美国土壤通用流失方程（USLE）、降雨径流模型（SCS-CN）、综合径流系数法等,结合GIS技术,分别估算了透水地面和不透水地面的氮磷负荷量。结果表明,非点源污染总氮、总磷的年负荷量分别为2865.04t.a-1和101.22t.a-1,不透水地面所产生的TN、TP负荷量分别占研究区污染负荷总量的81%和67%,透水地面所产生的TN、TP负荷量分别占研究区污染负荷总量的19%和33%（且污染物形态以溶解态为主,分别达到了81%和74%）。对于不同土地利用类型,总氮流失主要来源于村庄（贡献率为49%）、城镇（贡献率为17%）和耕地（贡献率为16%）,而总磷主要来源于村庄（贡献率为31%）、耕地（贡献率为23%）和城镇（贡献率为19%）。从产污强度来看,城镇用地是最高的,是其他土地利用类型的10倍以上。