丹江口库区典型小流域面源污染生态阻控系统效果评估

小流域面源生态阻控是控制农业面源的重要手段。选择丹江口库区典型小流域钱家沟为对象,通过小流域出口水质监测,阻控措施进出水监测,以及负荷削减核算,对面源生态阻控系统进行效果评估。结果表明:钱家沟生态阻控系统稳定半年后,小流域出口总氮(TN)、硝态氮(NO_3-N)、铵态氮(NH_3-N)、高锰酸盐指数(COD_(Mn))、总磷(TP)下降比例分别为38%,23%,63%,49%和16%。各阻控措施中,表面流湿地对NH_3-N(54%)、TP(70%)和TSS(78%)去除率较高,生态塘、生态沟渠对TN(36%,39%)、NO_3-N(43%,37%)、COD_(Mn)(63%,56%)去除率较高,小型人工湿地对TN(56%)、NH_3-N(85%)、COD_(Mn)(84%)、TP(57%)和TSS(87%)均具有较高的去除率,生态滤墙主要对TSS(81%)去除率较高。阻控系统对COD_(Mn)、NH_3-N、TN、TP负荷的总体削减率分别为56%,73%,63%和59%。总体来看,小流域面源生态阻控系统能够有效降低主要污染物输出浓度,对面源污染阻控效果较好。     

碱蓬浮床对海水养殖尾水的修复效果

[目的]利用碱蓬浮床对富营养化、高盐碱的海水养殖尾水进行修复,为治理严重的海洋环境问题提供新的方法。[方法]通过设计一种兼具物理、化学、生物协同作用的新型组合式碱蓬(Suaeda salsa)浮床,研究其对富营养化海水养殖尾水中总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸钾指数(COD_(Mn))、氨氮(NH_4~+-N)的去除效果,并与传统浮床进行对比。[结果]组合式浮床对TN,NH_4~+-N,TP,COD_(Mn)的去除率分别为62.14%,93.94%,73.05%和60.91%,较传统浮床去除率分别提高了27.36%,21.27%,19.51%,12.43%。[结论]组合式浮床对富营养化、高盐碱的海水养殖尾水具有明显的修复能力。     

焦岗湖本土水生植物的水质净化试验

[目的]针对淮南市焦岗湖近期污染物超标问题,开展本土4种水生植物进行水质净化试验,为焦岗湖利用水生植物修复水质提供可靠依据。[方法]在对淮南市焦岗湖水质检测的基础上,选取焦岗湖本土种植的泽泻(Alisma plantago-aquatica)、千屈菜(Lythrum salicaria)、石菖蒲(Acorus tatarinowii)以及金鱼藻(Ceratophyllum demersum)等水生植物为研究对象,在人工模拟自然条件下,研究其对焦岗湖水体中总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH_3-N)、化学需氧量(COD)等污染物的去除效果。[结果]千屈菜、泽泻和石菖蒲对TN去除率较好;石菖蒲和金鱼藻对氨氮去除效果良好,千屈菜对TP去除效果最佳,而对于COD而言,4种水生植物均有较为理想的去除效果。[结论]所选取的4种水生植物对各污染物均有一定的去除效果,将水生植物的种植面积、数量和时间进行优化配置,可用于焦岗湖水质改良。     

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。     

3种浮床植物对关中地区2种污染源涝池水体净化效率研究

基于对植物修复空间特异性的理解,针对联通关中水系的涝池近年来出现的水体富营养化和黑臭现象,选取常见浮床植物美人蕉、水菖蒲和西伯利亚鸢尾,通过室外水培试验,探究其对涝池污染原水的净化效果,试验共持续35天。结果表明:(1)试验结束时,3种植物在株高、根长生物量均有显著增加,增长率表现为美人蕉水菖蒲西伯利亚鸢尾。(2)美人蕉、水菖蒲和西伯利亚鸢尾对水体中TN的平均去除率分别为56.18%,52.17%,60.76%,均显著高于对照组(P0.05);美人蕉和水菖蒲对水体中TP平均去除率分别为55.42%和58.32%,均显著高于对照组(P0.05),而西伯利亚鸢尾组与对照组无显著差异(P0.05),此外美人蕉和水菖蒲还能起到调节水体pH和DO的作用。(3)3种植物对水体中NH_3—N的平均去除率分别为76.98%,65.71%,78.94%,其中美人蕉组和水菖蒲组NH_3—N的主要去除途径为植物吸收和硝化反应,西伯利亚鸢尾组NH_3—N的主要去除途径主要是氨的挥发和硝化反应等,而对照组NH_3—N去除率高达60.55%的主要原因是氨的挥发;植物组及对照组中NO_3~-—N浓度随时间均呈现增加趋势,主要与各试验组中水体硝化反应及植物吸收效率的差异性有关。(4)3种植物中,水菖蒲适用于点源和面源2种污染源涝池水体的净化,美人蕉只适合用于面源污染涝池水体的净化,而西伯利亚鸢尾净化能力较差,生长适应性差,不适宜作为水生浮床植物推广。研究结果为涝池污染水体修复的浮床植物选择提供参考。     

基于城市尾水深度净化和湿地生态恢复的水资源循环利用模式

以山东省滨州市某城市生活污水处理厂区内人工湿地工程为研究对象,采用表面流人工湿地对城市生活污水处理厂尾水深度净化,湿地工程为六级串联结构。2014年7月至2014年9月,每个月对湿地工程进水口、出水口、各级湿地接口处进行采样,以考察其对COD_(Cr)、TN、NH_3—N和TP的深度净化效果。结果表明,COD_(Cr)、TN、NH_3—N和TP的总平均去除率分别可以达到70.1%,85.0%,63.4%,71.0%,湿地工程出水COD_(Cr)、TN、NH_3—N和TP浓度均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅲ类、Ⅴ类、Ⅳ类和Ⅳ类标准,整体出水水质优于设计标准《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类,多级串联表面流人工湿地对低浓度污水净化效果良好,符合污水生态治理的发展趋势;同时以尾水利用和湿地生态恢复为核心,构建了一种新的水资源循环利用模式,具有一定的推广应用价值。     

pH和曝气对水生植物去除富营养化水体中氮磷等物质的影响

利用植物浮床系统,通过室内静态模拟试验,研究了pH和曝气对水生植物净化富营养化水体影响。试验结果表明,不同pH处理6 d后,植物系统在pH8.9下对TN,CODMn,BOD5的去除效果最好,TP的去除效果在pH6.7下最好,Chla的去除效果在pH5.0下最好。然而,无植物系统中,TN,TP的去除效果在pH8.9下最好,BOD5的去除效果在pH6.7下最好,CODMn,Chla的去除效果在pH5.0下最好。有无植物系统中,曝气处理6 d后对TN影响很大,但去除率明显小于不曝气处理(P<0.001),除在豆瓣菜系统中,曝气还对CODMn去除产生一定的影响,但对TP和Chla的去除无影响。本试验结果还表明,植物修复系统和无植物系统中,不同pH处理下,水体中NH4-N,NO3-N,NO2-N的去除效果均在pH8.9处理下最好,且在pH8.9 曝气联合作用下水体中NH4-N,NO3-N,NO2-N的去除率也最高。     

不同生物质灰渣填充密度下处理生活污水的效果研究

以生物质灰渣为研究对象,采用土柱淋溶模拟法,研究在不同生物质灰渣填充密度R1(0.3g/cm~3)、R2(0.35g/cm~3)、R3(0.4g/cm~3)下,生物质灰渣对生活污水中主要污染物即化学需氧量(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH_3—N)、总磷(TP)的去除效果。结果表明:生物质灰渣对COD的去除率随着填料密度的增加先升高后降低,表现为R2(59.1%)R1(58.0%)R3(44.4%),其中R2处理效果明显优于R1和R3处理;R1、R2、R3对TN的去除率分别为84.8%,43.3%,26.1%,而对污水中氨氮的去除效果良好,去除率均达到97%以上;对污水中TP而言,3种密度下平均出水TP浓度分别为0.406,0.249,0.406mg/L,平均去除率大小为分别为R2(91.3%)R1(85.8%)R3(85.6%),去除效果较好。在试验后期由于被吸附的磷被释放出来,故对污水中TP的去除效果并不明显,但R2处理效果仍优于其他2种处理。总体而言,生物质灰渣可有效去除污水中COD、TN、NH_3—N和TP,其中NH_3—N和TP的除去率均在85%以上,生物质灰渣填料密度为0.35g/cm~3的处理效果最好。     

人工湿地植被净化水质效果及其氮磷累积研究

城市水质日益成为农业面源污染的关键来源之一,根据山东省城市的相关水质情况,一般对其水质净化的研究常通过表面流人工湿地系统进行,而该表面流采取的是多级串联的方式。通过对比分析人工湿地在不同运行阶段所呈现的模拟水质净化效果来对湿地系统中的COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,TP,NH_4~+-N(化学耗氧量、生物耗氧量、悬浮物、全氮、全磷、氨氮)等沿程变化进行分析对比,从而探讨人工湿地在净化城市水质中的作用,即去除效应。结果表明:水质各指标对于人工湿地的去除效应大小并不相同,具体效应差异如下:NH_4~+-NCOD_(Cr)BOD_5TNSSTP,其中对去除效应最为明显的是NH_4~+-N(其中p0.05),而去除效应最弱的当属TP(其中p0.05);人工湿地的第一格对诸多污染物的去除效应最为显著,其中第一格对于COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,NH_4~+-N的去除效应均超过一半,同时在人工湿地沿程进水浓度不断增加的情况下,其削减效应呈现下降趋势;通过对人工湿地的不同植被N,P积累量进行研究发现,在p0.01的显著性水平下,其分别与生物量、N含量、P含量具有较为显著的线性关系,其中生物量与N,P积累量的相关系数明显超过与N含量和P含量的相关系数,通过相关性分析发现人工湿地植被对生活污水具有明显的去除率,且去除效果与其自身的生理特性息息相关,从相关系数不难看出,人工湿地植被对TN具有较好的去除效果,且与其身体内氮素紧密相关,对TP的去除受到其自身体内磷素的显著影响。通过对湿地系统沿程氮磷浓度衰减状况进行相应的拟合及回归分析,构建了与湿地系统进口浓度密切相关的COD_(Cr),BOD_5,SS,TN,TP,NH_4~+-N浓度沿程衰减模型,通过相关分析发现其最佳的拟合模型无一不是指数衰减模型,该湿地系统在整个试验时期内都呈现出了良好的净化效果,对于显著降低城市水质对环境的污染起到了重要的作用,其中构建的指数衰减模型不仅为后续湿地设计提供了有益参考,同时也为排水水质预测提供了理论分析依据。     

紫色母岩作基质或覆盖材料对景观水体氮磷去除效果研究

选取重庆地区分布面积较广的蓬莱镇组、飞仙关组和遂宁组3种不同紫色母岩,研究其作基质或覆盖材料对富营养化景观水体氮磷去除及微生物群落结构的影响。结果表明,利用3种紫色母岩作基质时对水体总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果差异较大,蓬莱镇组的去除效果最好;利用3种母岩作覆盖材料时3种母岩均可显著抑制底泥TN、TP的释放,且处理间无显著差异。等温吸附试验表明,3种母岩对TN的吸附均为单层分子吸附和表面吸附,对TP的吸附主要为单层分子吸附,其中,蓬莱镇组母岩的物理吸附能力较强,对TN、TP的最大理论吸附量分别为0.259、0.619 mg·g~(-1)。3种母岩作基质或覆盖材料处理后均会不同程度地改变系统中微生物的群落结构,且不同母岩在水体中释放出的微量元素含量不同,其中,蓬莱镇组紫色母岩向水体中释放的钙(Ca)、钾(K)、铜(Cu)、锰(Mn)、钼(Mo)元素均显著高于飞仙关组和遂宁组紫色母岩。综上,无论作基质还是覆盖材料,蓬莱镇组母岩对氮磷的治理效果均较好,这主要是由于其对水体氮磷的物理吸附作用强于另外2种母岩。此外,3种紫色母岩作基质或覆盖材料时会向系统中释放微量元素,从而影响系统微生物群落结构,进而影响景观水体氮磷的治理效果。     

不同级配基质方式下垂直流人工湿地净化效果及渗透性能研究

本研究设置了基质正、反级配垂直流人工湿地,通过测定系统对CODCr、TN、TP、NH4＋-N等指标的去除效率、有效孔隙率和渗透系数的变化来比较两种级配方式下垂直流人工湿地净化效果和系统渗透性能。结果表明,两种级配方式下,垂直流湿地系统对污染物去除的综合效果优于单一粒径的无烟煤湿地系统;反级配系统在除磷方面存在优势,正级配系统在CODCr去除方面显著强于反级配系统,在脱氮方面两者不存在显著性差异;反级配系统的有效孔隙率在各层的降幅变化不大,而正级配系统表层及上层有效孔隙率的降幅显著大于中层和底层;正级配系统渗透系数的变化显著高于反级配系统,且出现了持续性表面滞水现象。以上结果均表明,反级配垂直流湿地系统可以在保证净化效率的同时,缓解湿地基质堵塞,有效延长基质的使用寿命。     

密云水库上游流域水体营养物质现状及来源分析

密云水库作为北京地区最重要的地表饮用水水源地,其水质优劣直接关系到首都的社会经济发展,开展密云水库水污染监测和治理研究具有重要的现实意义。以密云水库上游流域为研究区,通过不同尺度流域水体营养物质监测,分析了水库上游河流水体营养物质现状;通过分割流量过程线,划分了水体营养物质来自点源和非点源污染的比例。研究结果表明,依据标准(GB3838-2002)要求,密云水库上游河流水体TN含量几乎全部超标,且15.9%样本的TP含量超标。密云水库的营养物质平均40.3%来自点源污染,59.7%来自非点源污染;入库水体中50.1%的TN,49.1%的NO₃^--N,39.0%的NH₄⁺-N,26.5%的TP和36.8%的COD_Mn来自点源污染;49.9%的TN,50.9%的NO₃^--N,61.0%的NH₄⁺-N,73.5%的TP和63.2%的COD_Mn来自非点源污染。     

4种水生植物深度净化村镇生活污水厂尾水效果研究

通过设置动态模拟试验,持续进水、出水条件下分析比较了漂浮植物凤眼莲和水浮莲、沉水植物轮叶黑藻和挺水植物黄菖蒲对村镇生活污水厂(一级A标准)尾水深度净化效果,筛选出具有去污效果优势的水生植物,为优化水生植物生态修复工程技术在尾水深度净化中的应用提供依据。结果表明:经水生植物深度净化后,尾水水质得到明显改善,漂浮植物凤眼莲和水浮莲对尾水氮、磷的净化效果优于挺水植物黄菖蒲和沉水植物轮叶黑藻。试验周期内,污水厂尾水总氮、总磷和高锰酸盐指数(CODMn)平均浓度为12.22 mg?L-1、0.38mg?L-1和3.88 mg?L-1,凤眼莲、水浮莲、轮叶黑藻、黄菖蒲和对照各系统的总氮平均去除率分别为46.25%、45.74%、43.41%、38.39%和29.22%,总磷去除率分别为36.84%、34.21%、31.58%、28.95%和26.32%,CODMn去除率分别为42.27%、30.93%、32.47%、32.47%和37.89%。凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻生物量净增长率分别为550.5%、418.8%、210.6%和80.3%,凤眼莲生物量净增率最大。各处理系统内凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻对尾水氮富集量分别为7.36 g、2.33 g、5.12 g和4.46 g,对磷的富集量分别为0.60 g、0.19 g、0.33 g和0.78 g,凤眼莲富集氮能力优于另外3种水生植物,轮叶黑藻磷富集量高于另外3种水生植物。凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻植株吸收作用对尾水总氮去除的表观贡献率分别为15.29%、4.90%、11.17%和11.34%,对尾水总磷去除的表观贡献率分别为50.34%、17.17%、35.24%和76.34%。因此,可利用漂浮植物凤眼莲和沉水植物轮叶黑藻立体复合种养的方式深度净化生活污水厂尾水。     

人工布设基质对农田排水沟水质的影响

本研究选择宁夏灵武农场的典型排水支沟进行人工布设基质,在沟中布设土壤、炉渣、秸秆、锯末4种基质处理及铲草处理和对照(不做任何处理),研究分析了基质对农田排水沟水质的影响。对基质的组分分析表明,锯末显著地吸附盐分和全氮,吸附量分别达0.4 g.kg 1和0.3 g.kg 1,土壤、炉渣、秸秆均明显地释放盐分,释放量为5.3~50.8 g.kg 1;秸秆显著地释放有机碳,释放量达54.0 g.kg 1;4种基质对全磷吸附效果不明显。水质分析表明,除秸秆处理和对照外,盐分(TDS)在其他处理下显著减少,而化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、NO3-N和NH4+-N浓度在锯末和土壤处理下均有不同程度的减小。对于整条试验沟道,农田退水中TDS、TN、TP的浓度随着在沟道迁移距离的增加呈明显减小的趋势,至出水断面时浓度分别为0.60~0.80g.L 1、0.24~0.33 mg.L 1和0.04~0.09 mg.L 1。田间沟道试验说明,农田排水沟能有效地截留农田退水污染物,选择适合的基质进行人工布设实际可行,有助于发挥农田排水沟的生态功能。     

2种植物浮床对含抗生素养殖废水的净化效果

[目的]探讨湿地植物种类、浮床覆盖面积和处理时间3个因素对含抗生素养殖废水净化效果的影响,为高效利用湿地植物浮床技术去除养殖废水中的传统污染物和抗生素提供依据。[方法]分别利用巴拉草(Brachiaria mutica)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis Lam. var.brevifolius)构建了植物浮床,每种植物浮床设置了20%,40%,60%这3个水面覆盖面积,监测了植物浮床在不同处理时间对养殖废水中的化学需氧量(COD)、氮磷和磺胺嘧啶的净化效果。[结果]各处理水质各指标随着运行时间持续变好:pH值变中性;溶解氧(DO)含量增加;氧化还原电位(ORP)上升;COD,氨氮(NH_3-N),总氮(TN),总磷(TP)和抗生素磺胺嘧啶(SDZ)浓度持续降低;不同植物种类对水体pH值和ORP值,DO和COD的含量无显著影响,但显著影响水体营养盐的去除;巴拉草浮床对水体中NH_3-N,TN和TP的去除效果优于短叶茳芏浮床;两种植物对SDZ的去除效率相当;总体上,60%的覆盖面积更加有利于水体中污染物的去除,但不利于DO扩散。[结论] 60%覆盖面积的巴拉草浮床,在运行47 d时,去除养殖废水中COD(88%),NH_3-N(97%),TN(89%),TP(94%)和SDZ(43%)的效果最好。     

狗牙根与空心莲对水库消落带土壤氮磷释放影响的模拟

通过水库水位涨落室内模拟试验,探究丹江口库区消落带优势物种狗牙根和空心莲2种草本植物对土壤氮磷释放过程影响。结果表明:(1)水淹结束后(32天),空心莲子草土壤TN、TP分别降低11.75%,25.28%,狗牙根分别降低3.62%,25.77%。(2)干湿交替环境主要影响土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和AP的含量的变化,对土壤中的TN、TP含量的影响较小。(3)狗牙根的死亡增加土壤TN、NH_4~+-N、TP量,即不耐淹植被过滤带虽然能净化径流中N、P等污染物,但截留的污染物和植物吸收的养分随着植物体的分解再次进入水体或土壤,无法达到有效防控农业面源污染的目的。该研究为丹江口水库利用植被缓冲带防控水体富营养化提供一定理论依据。     

Nutrient Removal in Pilot-Scale Constructed Wetlands Treating Eutrophic River Water: Assessment of Plants, Intermittent Artificial Aeration and Polyhedron Hollow Polypropylene Balls

Seven experimental pilot-scale subsurface vertical-flow constructed wetlands were designed to assess the effect of plants [Typha latifolia L. (cattail)], intermittent artificial aeration and the use of polyhedron hollow polypropylene balls (PHPB) as part of the wetland substrate on nutrient removal from eutrophic Jinhe River water in Tianjin, China. During the entire running period, observations indicated that plants played a negligible role in chemical oxygen demand (COD) removal but significantly enhanced ammonia–nitrogen (NH₄–N), nitrate–nitrogen (NO₃–N) total nitrogen (TN), soluble reactive phosphorus (SRP) and total phosphorus (TP) removal. The introduction of intermittent artificial aeration and the presence of PHPB could both improve COD, NH₄–N, TN, SRP and TP removal. Furthermore, aerated wetlands containing PHPB performed best; the following improvements were noted: 10.38 g COD/m² day, 1.34 g NH₄–N/m² day, 1.04 g TN/m² day, 0.07 g SRP/m² day and 0.07 g TP/m² day removal, if compared to non-aerated wetlands without PHPB being presented.     

湿地植物对农村生活污水中氮磷的净化作用

[目的] 探讨水生植物修复技术对农村生活污水的治理效果,为乡村生态综合治理提供思路借鉴和参考资料。[方法] 通过模拟室内控制试验的方法,选取不同生态型的6种湿地植物为研究对象,分析植株生物量、去除率、植物积累量、底泥吸附量等多项指标变化,研究不同水生植物及其组合对污水中氮磷的净化效果差异以及水生植物系统的脱氮除磷特征。[结果] 无论单一种植组或混合种植组,水生植物系统对污水中TN,NH₄⁺-N,TP均有较好的净化效果,平均去除率分别达到96.6%,93.2%和95.9%,显著高于对照组。单一种植的再力花长势最好,鸢尾地上和地下部分生物量的比值最大,混合种植的美人蕉以及单一种植的梭鱼草相对生长速率最低。挺水植物对氮素的吸收作用更好,苦草对磷的吸收效果更好。植物吸收氮、磷占系统总去除量的比例在6.9%~18.3%和4.1%~13.6%之间,底泥吸附氮、磷占总去除量的比例在14.0%~31.5%和26.3%~68.4%之间。微生物及其他植物的间接作用是植物系统脱氮除磷的主要影响因素。[结论] 再力花、鸢尾及苦草的镶嵌组合是在淮北平原区湿地植物种植的理想选择。对水生植物的组合方式、数量、时间等进行优化配置,能够有效用于农村生活污水的净化。