化感植物-填料浮床装置的设计与应用

将传统浮床与水生植物的化感作用相结合,并配合生物填料,设计了化感植物-填料浮床装置。该浮床装置中的植物选择了香菇草,浮床填料分别选择了砾石、麦饭石、果壳、活性氧化铝、聚氨酯。该装置的应用结果表明:1香菇草种植水对于铜绿微囊藻的生长具有良好的化感抑制效果;2除果壳填料外,4种填料都能显著改善试验水质,有效降低水体中的Chl-a质量浓度;3化感植物-填料浮床装置能有效降低富营养化水体中的CODMn、TN、TP质量浓度和浊度等理化指标,并使水体中的DO显著升高,消除水体黑臭。     

不同填料强化生态浮床对淡水养殖水体的净化效果

人工填料强化生态浮床是近年来发展起来的一种新兴生态工程修复技术。选取3种不同类型的人工填料与挺水植物组合,分析其对高磷浓度养殖水体和上海市养殖池塘水体的净化效果。结果表明,在高磷浓度(2.36~3.42 mg/L)养殖水体中,人工填料强化生态浮床对TN、TP、COD的平均去除率分别为34.9%,12.2%,26.1%,且3组系统之间差异不明显。在上海市养殖水体平均浓度条件下,3组系统对TN和TP的去除能力为:立体弹性填料强化生态浮床＞组合填料强化生态浮床＞生物绳填料强化生态浮床,立体弹性填料强化生态浮床对TN和TP的去除率分别为83.9%和69.3%;3组系统对COD和NH₄⁺-N的去除率均在70%以上。因此,立体弹性填料强化生态浮床可以考虑应用于上海市淡水养殖池塘水体的生态修复工程。     

低温条件下组合式浮床脱氮效果及微生物特性研究

以水芹为浮床植物,并分别选用了两种不同基质(陶粒和玉米麸)而组建了陶粒基质浮床和玉米麸基质浮床,研究了9.0℃~14.3℃条件下脱氮特性。试验结果表明:当水体交换时间为3 d,水面覆盖率为40%,原水总氮(TN)为5.12~9.86 mg/L,陶粒基质浮床和玉米麸基质浮床出水分别为4.31~7.35 mg/L和0.44~0.98 mg/L,玉米麸基质浮床系统进行了彻底的脱氮效果,而陶粒基质浮床系统仅停留在硝化阶段。利用高通量测序对陶粒和玉米麸上的微生物进行表征发现,玉米麸和陶粒表面均鉴定出16门类微生物,主要以变形杆菌门、拟杆菌门为主,分别占80%和81%。而玉米麸上出现了陶粒上没有的具有水解酸化能力的厚壁菌门(11.5%)。     

巨紫根水葫芦在不同污染程度水体中的净化效果

通过实验室中试和野外现场工程试验比较,研究巨紫根水葫芦在低、中、高浓度污水和自然水体中对氮、磷和藻类的净化效果和抑制情况。结果发现:①巨紫根水葫芦分蘖速度慢,不会疯长,但有比较严重的根系脱落问题。②中试时,在6d试验时间内巨紫根水葫芦可使试验中的高、中、低浓度组的NH₃-N质量浓度分别由4.58mg/L、2.61mg/L、1.45mg/L均降至0.10mg/L以下;试验结束时(21d),中、低浓度试验组中TP的质量浓度由0.65mg/L和0.21mg/L分别降至(0.16±0.08)mg/L和(0.11±0.06)mg/L,但试验组中TN浓度仍为劣Ⅴ类水质。③野外现场工程中,巨紫根水葫芦仅对TP去除作用明显,野外试验区内、外的TP质量浓度分别为0.13～0.31mg/L和0.15～1.31mg/L。④考虑到运输、人工等成本因素,巨紫根水葫芦在水体中的停留时间控制在1个月内为宜。     

柳堰集水库渔光互补工程对水环境影响的数值模拟研究

针对渔光互补工程对水环境的影响缺乏精准量化研究的问题，构建了适用于柳堰集水库的水动力-水质-水生态-工程耦合数值模型，模拟了2020年8月自然现状和渔光互补工程实施后库区水温、化学需氧量、溶解氧、总磷、总氮、叶绿素a的质量浓度时空分布，并计算了水体富营养化指数。结果表明：渔光互补工程实施后，柳堰集水库的水温、溶解氧和叶绿素a质量浓度分别下降了0～6℃、0～0.02 mg/L和0～0.000 5 mg/L,化学需氧量质量浓度上升了0～10 mg/L;总磷、总氮质量浓度变化趋势在光伏板下伏水域和未布设光伏板水域呈现较大差异性，光伏板下伏水域总磷质量浓度升高了0～0.814 mg/L,总氮质量浓度降低了0～0.125 mg/L;各水质指标在渔光互补工程实施前后的差异随时间推移逐渐减小，入汇口水体富营养化程度显著下降，中央库区灌溉取水口水体富营养化指数提高了5.61～16.00。     

2种浮床植物吸收不同N/P水体中氮磷的研究

选取水稻、空心菜这2种常见植物作为研究对象,通过在容积为25 L的塑料水桶中设置浮床,在低、中、高3种N/P（分别为8∶1,25∶1,55∶1）富营养化水体表面种植植物,研究其对氮磷的去除效果。研究结果表明：①所选的2种试材--浮床水稻与空心菜能较好地吸收富营养化水体中的氮磷元素,可作为水体富营养化防治的浮床栽培植物进行推广;②在所选的3种N/P水体中,浮床水稻对TP的净去除率均大于浮床空心菜,而浮床空心菜对TN,NH₃-N的净去除率大于浮床水稻,可根据富营养化水体的性质,选择适合的浮床植物进行栽种;③在低N/P（比值为8∶1）的水体中,2种植物对TN,NH₃-N,TP的吸收能力最强,浮床水稻对其的净去除率分别为19.0%,91.4%,95.0%,浮床空心菜净去除率分别为28.2%,99.2%,87.2%。
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水芹浮床对重污染河道净化作用研究

针对城市河道污染的现状,采用水芹生态浮床对污染河水的净化效果进行了研究,结果表明:水芹浮床在重污染河道中能保持较强生命力,试验结束时,株高、根长以及生物量均显著增加;水芹浮床对水体TN、NH4+-N、TP、COD均有一定的去除效果,浮床系统内的水体污染物浓度均小于浮床系统外的,TN、NH4+-N、TP、COD的平均去除率分别为10.63%、13.35%、8.46%、12.84%.     

生态浮床对河道水流阻力效应试验研究

采用水槽试验方法研究了不同水流条件、不同布置形式下生态浮床对河道水流阻力特性的影响,结果表明:试验条件下,生态浮床增加了水流阻力,造成上游水位壅高,流经生态浮床附近的水流流速迅速降低,床体两侧涡纹明显;生态浮床的等效附加糙率为0.006～0.043,在相同流速条件下,水深越深,等效附加糙率越大,浮床居中布置较浮床交错布置等效附加糙率更大些。     

铬污染场地铁碳微电解法原位修复实例研究

以某电镀厂为研究对象,在收集研究区水文地质、污染现状等资料的基础上,开展以铁碳微电解填料为还原剂去除Cr6+的室内实验研究,在确定修复参数后,开展了土壤原位淋洗的中试试验研究。室内实验结果表明铁碳微电解法可在60 min内将水中Cr6+质量浓度由22.52 mg/L降至0.012mg/L;野外中试试验结果表明,污染羽得到有效控制,试验运行5个月后,受污染区域的各监测井Cr6+质量浓度均小于0.05 mg/L。修复治理效果评估表明,修复治理工程的运行明显地抑制了Cr6+向下游的扩散,保证了居民用水安全和地下水环境。     

无土草坪新型浮床对城市河道污染水体净化效果初探

选取无土草坪(高羊茅)搭建一种新型浮床,同时与以种植净水植物黄菖蒲、千屈菜的传统浮床对比,通过室内试验,研究无土草坪新型浮床对城市河道污染水体中污染物的净化效果。结果表明:无土草坪对污染水体中化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)都有明显的去除效果,其中对COD、TP的去除率高于黄菖蒲和千屈菜,分别为62.0%、89.0%,对NH3-N、TN的去除效果仅次于黄菖蒲,去除率分别为91.7%、95.4%。从试验结果来看,无土草坪对污染水体中污染物的净化效果显著,可作为城市污染水体生态修复的一条新途径。     

不同布设方式的生态浮床对水流结构影响研究

生态浮床是一种应用广泛的水质净化水体修复技术。在河道中布设生态浮床会干扰水流结构,影响河道行洪排涝能力。本文区分低透水性浮床主体区和高透水性浮床根系区,运用两层式固定多孔介质域概化生态浮床,构建生态浮床不同布设方式的水槽三维水动力数学模型,对比分析无浮床、浮床不同间距串联或交错排列等14种工况的水槽水动力特性及其变化规律。布设浮床后浮床上游水面壅高、下游水面先局部降低后恢复,浮床段流速垂线分布呈“纺锤形”且平均流速和紊动能明显增大。相较于串联排列,交错排列方式对水流结构影响程度较大,且水位、流速、紊动能等水动力参数随浮床间距的变化趋势相异。因此,考虑对洪水位的壅高及增强水流紊动强度利于污染物扩散,实际应用中需结合研究成果合理选择生态浮床的布设方式。     

Influence of artificial ecological floating beds on river hydraulic characteristics

The artificial ecological floating bed is widely used in rivers and lakes to repair and purify polluted water. However, the water flow pattern and the water level distribution are significantly changed by the floating beds, and the influence on the water flow is different from that of aquatic plants. In this paper, based on the continuous porous media model, a moveable two-layer combination model is built to describe the floating bed. The influences of the floating beds on the water flow characteristics are studied by numerical simulations and experiments using an experimental water channel. The variations of the water level distribution are discussed under conditions of different flow velocities（ v= 0.1 m/s, 0.2 m/s, 0.30 m/s, 0.4 m/s）, floating bed coverage rates（20%, 40%, 60%） and arrangement positions away from the channel wall（ D= 0 m, 0.1 m, 0.2 m）. The results indicate that the flow velocity increases under the floating beds, and the water level rises significantly under high flow velocity conditions in the upstream region and the floating bed region. In addition, the average rising water level value（ARWLV） increases significantly with the increase of the floating bed coverage rate, and the arrangement position of floating beds in the river can also greatly influence the water level distribution under a high-flow velocity condition（v ？0.2 m /s）.     

Coupling of the flow field and the purification efficiency in root system region of ecological floating bed under different hydrodynamic conditions

The artificial ecological floating bed is a commonly adopted in situ treatment technique for repairing and purifying polluted water. The plant root system of the floating bed is the primary region to absorb and degrade the pollutant of water. Its inner flow field characteristics and the interactive water quantity with the surrounding water greatly impact the purification efficiency of the floating bed. In this paper, the particle image velocimetry(PIV) technology and the boundary velocity direct extraction method are used to study the velocity distribution of the root system region by numerical simulations and experiments in an experimental water channel. A pollution removal rate(PRR) evaluation model is built to calculate the PRR by coupling with the flow velocity field of the root system region. The variations of the total pollutant removal rate(TPRR) are discussed for different center distances( L= 0.30 m, 0.45 m, 0.60 m), flow velocities( v= 0.007 m/s, 0.015 m/s, 0.025 m/s, 0.040 m/s, 0.055 m/s, 0.070 m/s) and root system porosities( P= 54.73%, 68.33%, 79.17%). The results indicate that the position arrangement of the floating beds influences the TPRR significantly, and the distance should be limited in a reasonable range for a high purification efficiency. Moreover, the root systems with higher porosity( P= 68.33%, 79.17%) have higher TPRR value than a lower porosity root system(P= 54.73%) within a certain flow velocity range, and the higher porosity root system has less fluctuation of the TPRR value than a lower porosity situation within a wide flow velocity range. Furthermore, under the same center distance condition, the lower flow velocity condition brings about a significantly higher TPRR value than the higher flow velocity situation.     

稻草强化生物膜浮床脱除工业尾水中氮素及COD的效果

工业污水处理厂排放的尾水中总氮含量偏高,容易引起地表水体的富营养化。为了提高尾水中总氮的去除效率,通过模拟稳定塘静态和动态试验,对比了不同稻草添加量(0,0.18,0.54 g/L)强化生物膜浮床脱除工业尾水中总氮(TN)的效果。静态试验结果表明:随着稻草量的增加,TN的去除率显著提高;10 d后,添加0(CK)、0.18 g/L(T1)和0.54 g/L(T2)稻草的尾水中,TN去除率分别为18%,40%,93%。动态试验结果显示,水力停留时间(HRT)为 4 d时,CK、T1和T2的平均TN去除率分别为10%,22%,49%,且3种情况下的进出水COD浓度无显著差异。这主要是由于稻草通过缓慢释放碳源为生物膜中异养反硝化细菌提供可利用的有机物。研究成果可为工业尾水深度处理脱氮技术提供参考。     

生态浮床的净水作用与实施方法及发展前景探讨

本文从作为"五水共治"首要任务的"治污水"出发,结合嘉兴河道特点,叙述了"生态浮床"的净水作用与实施方法,提出了应提高水生无土栽培技术,引导"生态浮床"从单一的净水及景观功能向水生果蔬开发方向发展,促使人们自愿养护管理"浮床"、乐于收割水生植物,从而拓展"生态浮床"发展前景的观点。     

基于生态浮床的乡村微污染河道水质净化研究

为了综合解决乡村河流微污染问题,文章以上夹河退水渠河道微污染水体为对象,以净化能力强且观赏性较好的9种水生植物为试验供试植物,构建了单一植物型生态浮床,研究了植物型生态浮床对水体中氨氮(NH4^+-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)等指标的去除情况,结果表明:9种植物生态浮床对乡村微污染河道水体中污染物的去除率有一定差异;其中,象草、芦苇、水葫芦对NH4^+-N去除率较高,分别为54.58%、61.04%、67.50%;黄菖蒲、美人蕉、水葫芦对TP去除率较高,分别为83.93%、86.26%、89.17%;黄菖蒲、风车草、水葫芦对COD去除率较高,分别为31.82%、31.83%、33.39%;该研究能够为植物型生态浮床技术在今后乡村微污染河流中的应用提供理论指导。     

重庆市集中式饮用水源地水生态修复措施调查研究

通过对重庆市已实施的150余处集中式饮用水源地水生态修复工程进行调查研究,发现已实施的项目中用到水生态修复工程措施22种,非工程措施7种。常用的9种工程措施分别是:岸边植被带、人工湿地、水源涵养林、生态隔离、物理隔离、生态清淤、生态浮床/浮岛、自然湿地、排污管(渠)网;同时对已实施项目中常用的植物种类进行了分析。重庆市饮用水源地水生态修复工程的实施,在对入库污染源拦截、污染水体净化方面起到了较好的效果,95.23%的项目实施后对污染源有不同程度的削减或消除作用,41.91%的项目在消除生活污水或养殖污染源方面效果较为明显。为更好地推进重庆市下阶段饮用水源地水生态修复工作,应尽快制定水生态修复工程指导性规则,同时加强对基层管理人员相关业务的培训。     

农业小流域土地利用格局变化对氮素输出的影响——以丹江口库区胡家山小流域为例

流域土地利用格局对农业非点源污染氮素输出具有重要的影响。以丹江口库区胡家山小流域为研究对象,分析2008～2016年土地利用类型变化对流域总氮输出的影响,以期为丹江口库区生态清洁小流域建设提供参考。结果表明:2008～2016年,流域出口处总氮年平均浓度从5. 13±4. 2 mg/L降低为2. 06±0. 62mg/L;总氮输出负荷由49 025 kg/a降低至21 578 kg/a,总氮输出负荷减少56. 0%。对比分析流域生态治理工程实施情况,发现坡改梯、退耕还林等水土保持治理与植被恢复措施在有效控制水土流失的同时,还在减少流域氮素输出中发挥了重要作用。经相关分析,流域内林地、耕地、居民地的空间分布格局对流域氮素输出均有影响,其中100 m河岸带范围为流域总氮负荷输出的主要区域。有效控制胡家山小流域100 m河岸带尺度的氮素流失,可显著降低流域总氮输出负荷。     

Effectiveness of riparian buffers in controlling ground-water discharge of nitrate to streams in selected hydrogeologic settings of the North Carolina Coastal Plain.

Water-quality and hydrologic information were collected along ground-water flow paths from two well-drained and two poorly drained Coastal Plain settings in North Carolina to evaluate the relative effectiveness of riparian buffers in reducing discharge of nitrate to streams. At one well-drained site with a 100 m buffer, little or no effect was detected on surface-water quality by discharging ground water because extensive woody vegetation in the buffer was able to take up not only most nitrate, but also most ground water before discharging to the stream during the growing season (March-October). At the second well-drained site, ground water discharging to the stream from the side with a buffer contained about 2 mg/L of nitrate-nitrogen after passing through the bed of the stream compared to 6 mg/L in ground water discharging from the side with no buffer. In the poorly drained settings, nitrate in ground water decreased from about 6 mg/L in the recharge area to less than 0.02 mg/L downgradient from the riparian buffer. Ground water discharging from the side with no buffer contained 0.83 mg/L. Riparian buffers appear effective in reducing nitrate in ground water discharging to Coastal Plain streams.