山东省南四湖流域农业面源污染评价及分类控制

为明确山东省南四湖流域农业面源污染状况,有针对性地采取合理的污染控制对策,采用排污系数法核算了山东省南四湖流域农业面源COD、TN和TP的污染负荷。运用等标污染负荷法、聚类分析、GIS技术对其污染物排放量、排放强度、敏感性和空间特征以及污染物分类进行分析。结果表明:2012年山东省南四湖流域农业面源COD、TN和TP的排放量分别为254574.06、116976.87和15554.42 t,排放强度分别为88.18、40.52和5.39kg·hm-2;流域最主要的污染源为畜禽养殖,最主要的污染物为TN。COD、TN和TP排放强度最高的地区分别为兖州市、梁山县和鱼台县,而排放强度最低的地区均为山亭区;兖州市、汶上县、梁山县、定陶县和滕州市为整个流域农业面源污染的高度敏感区和优先控制区,畜禽养殖是流域优先控制区的重点污染源。农村生活污染型和综合污染型分别是流域污染贡献率最高和治理难度大的污染类型。     

淹水条件下秸秆还田的面源污染物释放特征

通过模拟淹水实验,研究秸秆覆盖与秸秆深埋2种还田行为中N、P、COD等面源污染物的直接释放特征。结果表明,淹水条件下,上覆水TN浓度表现为淹水后一直持续下降,TP表现为急促上升后再持续下降,而COD则为缓慢上升后再下降。秸秆对TN的释放强度要高于TP;除了TP在淹水初期释放速率有所提高外,TN与COD的释放速率持续下降。秸秆覆盖时的面源污染物浓度高于秸秆翻埋;相同还田方式中,秸秆还田量越大,面源污染物浓度越高。从面源污染控制角度出发,淹水条件下秸秆TN防治的最佳时间为淹水初期,TP、COD为淹水后1—3周;最友好的还田方式为秸秆翻埋。试验结论为合理界定秸秆还田的负面效应,遏制秸秆还田造成的面源污染提供了依据。     

沈阳市降雨径流污染物排放特征

城市降雨径流作为污染物迁移转化的主要驱动力,是城市非点源污染研究的热点和重点。本文以沈阳市典型区域为例,研究了坡顶屋面、平顶屋面和路面3种下垫面降雨径流的总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)共10种污染物的排放特征。结果表明:污染物的浓度峰值提前于径流峰值;路面径流的污染程度重于屋面径流,TN是屋面径流的主要污染物,TSS、TN、TP、Pb和Cr则是路面径流的主要污染物,TSS超过了国家污水二级排放标准,其余污染物均超过了国家V类地表水标准;径流中TSS与除TN以外的其他8种污染物有较强相关性,氮、磷营养元素与降雨量和雨强大小呈显著正相关,COD则易随着降雨时间的延长而逐渐释放到径流中;与其他国家和城市对比发现,沈阳屋面径流中TSS、TN、TP和COD较少,但却有一定的重金属污染;路面径流中TSS和TP浓度较高,但TN和COD浓度较低,且重金属中Pb、Cr、Cu和Zn的污染较严重。     

城市不同下垫面的降雨径流污染

当点源污染被有效控制后,面源污染成为城市水质恶化的主要原因之一。屋面和路面等不透水面以及绿地是城市的3种主要下垫面形式。当暴雨产生时,各种下垫面特别是屋面和路面上汇聚大量污染物质产生径流,对城市生态环境造成严重的污染。以文教区为例,对屋面、路面、草坪的径流水质进行了监测,指标包括pH、悬浮固体(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(BOD5)等。比较分析发现,3种下垫面类型的径流水质均较差,COD、TN、TP、BOD5平均浓度超过地表水环境质量Ⅴ级标准。COD、TN和TP浓度与SS含量之间相关性较好,相关系数可达0.85以上。径流中污染物浓度受多个因素的影响,其中降雨量和降雨强度是两个重要因素,雨强越大,雨水对城市下垫面的冲刷就越强;在相同的污染物累积量条件下,降雨量越大,径流中污染物浓度越低。     

2001—2018年典型南北过渡带地区农业生态效率测度及时空特征分析

农业生态效率是评价农业可持续发展与生态经济性的重要指标,对衡量农村环境改善及农业生态系统稳定具有重要意义。以安徽省为例,运用单元调查和清单分析法测算农村面源污染,使用投入导向型的超效率DEA—SBM模型测算南北过渡带农业生态效率,对其空间相关性与差异性进行评估。结果表明:农村面源污染相对稳定, COD、TN、TP污染物的变化幅度较小,在5%以内,禽畜养殖和化肥使用带来的环境压力大,地区农村面源污染差异具有明显南北特征;农业生态效率呈“倒N”型趋势,受“空间邻近效应”和“马太效应”作用,农业生态效率具有空间集聚特征,存在空间上的正相关关系,地域内部差异显著,异质性增强,南部地区差异性最大,北部地区其次,中部地区最小,但地域间差异波动性较小。环境资源要素合理配置有利于农业经济与环境保护协调发展,为农业生态可持续发展和农业生态系统长效稳定创造更好条件。     

基于流域单元的海湾农业非点源污染负荷估算——以莱州湾为例

生产力较高、生物多样性丰富、人类利用较早的区域之一,也是全球生态系统中最有价值和最受人类关注的区域之一。同时,海湾也是全球变化反映最敏感、陆海相互作用过程最激烈的地带,是人类活动最频繁的地域。开展海湾入海污染物总量控制研究对保护海洋环境和维护生态健康,协调和促进沿海经济发展与海洋的合理开发利用,实现海洋经济的可持续发展具有重要意义。入海污染物总量是开展海湾环境保护的重要指标,因进入海湾的河流往往较多,河流入海污染物的估算受监测频率、流量的季节变化等因素影响,存在很多困难。农业非点源污染是我国海湾入海污染负荷的重要来源。基于DEM(SRTM Data,90 m分辨率),借助美国ESRI公司的ARC/INFO软件中的ArcHydro模块,进行莱州湾主要入海河流水文分析,利用GIS提取河网,划定流域边界,并划分汇水区和子流域,为流域农业非点源污染入海总量的估算提供基础数据平台。在此基础上,与该流域土地利用专题图叠加,计算各个子流域内不同土地利用类型的面积,利用主要污染物排放系数和入河系数,估算农业污染入海总量。结果表明:COD、NH3-N、TN和TP的每年入海排污总量分别约为236933、23956、53684 t和15922 t。COD、NH3-N、TN和TP的排放量占总排放量的比例分别为71.69%、7.25%、16.24%和4.82%,这说明莱州湾入海主要污染物为COD。在陆海统筹理念指导下,以入海河口为源头,采取溯源追踪的思路,确定影响海湾入海污染负荷的流域单元,提供一种海岸带地区农业非点源负荷估算方法,可为莱州湾入海污染物总量调控提供科学依据,也可作为海岸带综合管理过程中确定陆地范围的参考。     

滇池流域居民-农田混合区面源污染控制集成技术

以滇池流域六甲乡金家村为研究对象,该区为城郊典型的居民-农田混合区,总面积14万m²,其中居民区面积为7.7万m²,常驻人口780口,区内有一家约120头的养猪场,一个具有9家洗涤企业的金家村工业园区,居民区和养殖、工业废水直接排向就近的90%种植韭菜的农田区。针对该区村庄-小企业-农田-养殖业呈复区分布,污染源复杂,雨污混流污染严重,污水管网建设滞后,化肥施用过量,沟渠湿地系统破碎等现状,研发出兼顾水质净化和农田排灌的居民-农田混合区面源污染控制集成技术,包括改良化粪池与组合基质床,生态支沟,生态干渠,A/O生物处理系统,复合人工湿地等污水处理技术,以及农田内部的节氮控磷技术,如精确施肥,施用硝化抑制剂抑制氮向水体迁移,垄沟内浮萍的氮磷滞留与养分循环利用。通过12个月的连续监测表明:在非降雨日负荷为500m³/d的工况下,改良化粪池与组合基质床对COD,TP,TN的去除率分别为61.3%,50.50%,44.4%;A/O生物处理系统对COD,TP,TN的去除率分别为65.8%,55.2%,55.2%;生态支沟由于进水量小浓度高,水力停留时间长,其对COD,TP,TN的去除率均比生态干渠的高,分别高29.0%,17.5%,28.4%;系统末端复合人工湿地对污染物质的去除效果分别为COD 50.6%,TP44.9%,TN36.4%。一年内依托集成技术建设的生态工程去除污染物的总量为COD 143.71t,TP2.43t和TN16.99t,对氮磷的去除量相当于一座负荷为350～620m³/d 的市政污水处理厂去除的量。经济效益分析得出,整个系统日耗电量18度,由一名工人即可管护。传统施肥减量20%+叶面肥,每年每公顷可减少氮肥投入约2400元,增加叶面肥投入约500元,减少收入约1300元,合计增收3200元。浮萍滞留与养分循环利用,每年每公顷韭菜地相当于少施用151kg尿素和93kg过磷酸钙的氮磷含量。施用DCD和元素硫,淋溶水中硝态氮的浓度降低了59.2%,测渗水中则降低了62.2%。可见,居民-农田混合区面源污染控制集成技术不但可以有效去除污染物,而且在保证产量的情况下,增加农民收益。技术适用于城市郊区、城乡结合部及广大农村等城市污水管网未覆盖地区推广使用,具有巨大的推广潜力。     

绿色屋面降雨径流水质及消减污染负荷研究

2011年5月至11月对12场降雨时段的屋面径流和干湿沉降进行采样监测,比较了屋面径流(绿色屋面和沥青屋面)、干湿总沉降和降雨中污染物的浓度和污染负荷,并运用多元统计方法分析了降雨特征对绿色屋面径流水质的影响。结果表明,从径流水质层面上分析,绿色屋面是总悬浮物(TSS)的汇,对p H值有较好的中和作用,对于总磷(TP)、溶解态铜(DCu)和溶解态锌(DZn)是非源非汇,是电导率(EC)、总氮(TN)、氨态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、化学需氧量(COD)、5日生化需氧量(BOD5)和溶解态铅(DPb)的源;从污染负荷的角度分析,绿色屋面是NH+4-N、TSS和BOD5的汇,对于TN、DPb、DCu、DZn、TP和COD是非源非汇,是NO-3-N的源;与控制屋面相比,绿色屋面可以消减TSS、TP、BOD5、COD、NH+4-N、DZn和DPb的污染负荷,分别消减了90.53%、49.38%、41.31%、36.48%、35.45%、28.27%和14.20%;但是增加了NO-3-N和TN的污染负荷,分别增加了821.02%和275.48%;绿色屋面径流污染物的浓度与降雨量、降雨历时和降雨强度呈负相关关系,而与降雨间隔呈正相关关系。研究结果为绿色屋面的科学设计及正确评价绿色屋面对径流水质的影响提供依据。     

基于SWMM模型的沈阳典型小区非点源污染情景模拟

随着城市化发展,城市非点源污染占流域非点源污染比例不断增加,正成为研究的热点和难点。本研究基于实测和分布式水文模型SWMM结合方法,在3S技术的支撑下,以沈阳市典型居民小区为例,构建城市非点源污染负荷计算模型,并分析了不同降雨事件重现期和雨型条件下降雨径流及非点源污染负荷变化特征。结果表明,构建的SWWM模型精度较高,纳什效率系数(NSE)达到了0.7以上;TSS、TN、TP和COD的模拟精度较好,对重金属的模拟效果较差。降雨量增加对污染排放影响显著,降雨量由0.25年一遇增加到5年一遇,径流量增加了274.13%,同时TSS、TN、TP和COD分别增加了83.18%、119.37%、103.15%和78.07%;不同雨型降雨对污染浓度峰值产生过程存在影响,雨峰越靠前,污染物的峰值浓度越大。本研究结果能够对城市非点源污染负荷核算和海绵城市建设提供科学依据。     

温室甲鱼养殖废水蔬菜浮床处理效能及影响因素研究

温室甲鱼养殖业是我国长三角地区村镇经济的重要产业, 但高氮磷含量温室甲鱼养殖废水的无序排放已严重影响了居民生活和生产用水质量与安全。采用静态蔬菜浮床系统处理温室甲鱼养殖废水, 并考察曝气和蔬菜种类对污染物去除的影响, 设置空白、空白+曝气、空心菜、空心菜+曝气、根达菜及根达菜+曝气等6 个处理, 经过46 d 的试验, 各系统对NH4+-N、TN、TP 和COD 的平均去除率分别为99.0%、67.7%、35.3%和87.5%, 对氮素和COD 的去除具有重要作用, 但对TP 的去除率较低, 但系统表现出较强的自净作用。通过曝气, 系统对TP 和COD 的去除能力显著增加, 但未增加对TN 的去除; 同时, 蔬菜种植显著增加了TN、TP 和COD 的去除, 种植空心菜具有更高的TP 和TN 去除效能, 但COD 的去除率却略低于种植根达菜。试验结果为植物浮床处理温室甲鱼养殖废水技术的应用和推广提供了技术支撑。     

宁蒙引黄灌区农田排水沟渠水质特征

黄河上游农业面源污染正在变成影响黄河水质的主要污染源,威胁到下游黄河流域水资源的安全利用。通过对宁蒙引黄灌区排水沟渠土壤和水质的调查,发现宁蒙灌区排水的pH、TN、TDS和NO3--N分别受不同排水沟渠、排水沟渠级别及二者互作的影响。内蒙古九排干排水的TDS和NO3--N浓度受排水时间影响显著,TN、TP、NH4+-N和COD浓度主要受排水时间、沟道级别及二者互相的影响。宁蒙灌区沟底底泥中的全盐含量明显低于边坡,而TN和TC平均是边坡土壤的1.2倍。内蒙古河套灌区沟底底泥中TN、TP和TC的增加比例是宁夏灌区的1.6、3.8和6.3倍。内蒙古河套灌区农田排水水质明显差于同期(8月)的宁夏灵武灌区,其TDS、TN、TP、NH4+-N和COD浓度是宁夏灵武灌区的3.2、2.5、2.8、10.0和1.5倍。宁蒙引黄灌区农田排水污染以氮含量超标为主,尤其以农沟和干沟为主,而磷浓度较低,基本不造成污染。内蒙古引黄灌区各主要排水时期,以8月农沟排水中氮超标和干沟排水中氮和磷污染程度最高。     

合流污水固形物自然沉降性能研究

采用累积沉降法对合流污水悬浮固体(SS)进行自然沉降试验研究及与化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)相关性分析, 研究结果表明: 合流污水沉降30 min, SS 的去除率即达到88.69%, 在沉降初期可去除大部分污染物; 经沉降 120 min, SS 的去除率即可达96.14%, COD、TN、TP 和NH4+-N 的去除率分别为90.63%、54.22%、66.95%和4.1%; 在自然沉降过程中, 合流污水中的污染物COD、TN、TP 浓度变化规律与SS 的浓度变化规律有极显著的正相关性, 线性方程分别为y=79.99+0.66x、y=21.58+0.65x、y=5.44+0.17x, 相关系数R2 分别达到0.974、0.961、0.989, 而NH4+-N 在合流污水中基本上都是以溶解态存在, 与SS 的沉降关联不大, 去除率随SS 的去除变化较小; 初始SS 浓度对合流污水沉降性能影响显著, 初始浓度越高, 一定时间内去除率越高, 并通过对各污染物沉降规律的函数拟合得出COD、TN、TP、SS 自然沉降规律函数分别为y=1020.61e(–x/10.05)+92.49、y=28.2e(–x/6.92)+22.56、y=13.24e(–x/10.0)+5.69、y=1533.22e(–x/8.58)+47.03, 相关系数分别为R2=0.972、R2=0.936、R2=0.938、R2=0.914。     

滤渠-塘组合系统对城市旅游区降雨径流污染的离线截控作用

提出了一种控制城市旅游区降雨径流污染的滤渠-塘离线组合处理系统,并研究了该系统对降雨径流污染的离线截控作用.结果表明:无论从单次降雨事件还是从年度上分析,该系统通过有效地分流初期污染降雨径流,均可降低降雨径流中污染物的浓度和体积平均粒径,并对降雨径流中污染物的负荷具有较高的持留效率,是一种高效的处理系统,比较适用于土地利用相对紧张的城镇区域.2005年该系统对降雨径流中总悬浮物(TSS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)负荷的年持留率分别达到86.4%、85.5%、83.9%和82.9%.以2005年6月26日的次降雨事件为例,该系统对降雨径流水量的削减率为67.9%,对污染物中各种形态氮的去除效率高于磷,对TSS、COD、TN和TP负荷的持留率分别为97.0%、89.2%、94.9%和96.2%.该系统还可以有效地拦截降雨径流中的大部分颗粒物.     

微生物技术在防治农业面源水污染中的研究

农业面源污染已是我国总面源污染的第一大来源,而水污染是农业面源污染最重要的内容。由于面源污染的复杂性,防治农业水污染,"防"胜于"治"。随着近几十年科学技术的迅猛发展,微生物技术在防控农业水污染措施中起着越来越重要的作用。微生物技术通过减量农业源头污染,截留农业过程污染,来减少污染物向周围水体的排放,有利于农业生态环境的可持续发展。综述和展望了微生物技术在防治农业面源水污染"源头减量"和"过程截断"中的应用,为农业面源水污染防治提供参考。     

后置反硝化生物滤池脱氮效果研究

采用生活污水处理厂的二级出水为原水,以醋酸钠和硝酸钾为外碳源和氮源,挂膜15天后分析进、出水COD、TN和NO3--N。试验表明,挂膜成功后COD去除率稳定在72%～83%,出水COD平均浓度为11.71mg/L,低于污水厂二级出水值;反硝化细菌不断增值,到第8天达到最佳状态,TN和NO3--N的最高去除率分别为66.33%和65.34%,出水浓度分别为11.28mg/L和9.54mg/L,可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。     

基于遥感的饮用水源地农业面源污染负荷估算

近年来,农业面源污染(NPS)造成的水环境污染越来越严重、影响饮用水的安全,引起业内广泛关注。本文选取柴河饮用水源地二级保护区为研究对象,通过对当地居民进行问卷调查,提出一个新的机制性的方法来评估NPS的污染源(农业种植、畜禽养殖和农村生活)。利用动态平衡方程N污染=N流失+(1-α)N人+(1-β)N畜禽来分析TN、TP的动态变化和估算NPS总负荷。畜禽养殖和农村生活污染负荷评估采用排污系数法。此外,农业种植污染中施用化肥是一个重要的来源。利用遥感数据结合物候学理论,采用分类决策树法对作物进行分类并提取作物信息,确定作物类型。再建立归一化植被指数NDVI和不同作物产量之间的估产模型,施用肥料量可由此核算出来。结果表明,作物类型对遥感数据敏感,作物遥感估产模型的决定系数(R2)为0.91和0.64。由农业种植产生的TN和TP是最大的污染负荷,分别为205.9和61.61 t·a-1,这表明,农业种植是NPS的主要来源。研究成果有助于指导柴河饮用水源保护区的管理和降低下游水体受到污染的风险,达到恢复生态环境的成效。     

吉林省县域环境污染的时空演变特征与影响因素

基于2011年和2015年环境污染物排放和经济社会数据,选取4类污染物的工业源、农业源和城镇生活源排放总量指标,通过构建整体环境污染综合指数和分来源污染指数综合反映吉林省县域尺度单元污染状况,运用Moran I指数、时空跃迁分析和标准差椭圆分析定量研究吉林省环境污染的时空演变特征,并构建空间计量模型对环境污染的影响因素进行分析.结果表明:吉林省环境污染具有空间集聚特征,环境污染主要分布在长春、吉林等中部地区,分来源的环境污染空间分布存在明显的区域差异特征;吉林省县域单元整体环境污染和农业源污染均具有空间相关性,环境污染空间布局的关联结构稳定性高,环境污染具有路径锁定特征;环境污染的空间分布呈现西北-东南分布格局,且环境污染表现出由中心向四周扩散态势,环境污染的重心在43.65-43.66°N,125.83-125.84°E之间变动;地区经济发展水平、城市化水平和农业生产是吉林省县域环境污染和工业源污染的主要驱动因素,产业结构的调整优化改善了整体环境污染与工业源污染状况.化肥的过度使用增加了农业源污染,经济发展水平和城市化水平是城镇生活源污染排放的主要驱动因素.县域整体环境污染和农业源污染均具有空间扩散效应,各自污染状况分别与相邻地区整体环境污染和农业源污染状况密切相关.     

非点源污染输出对土地利用和社会经济变化响应的案例研究

为研究三峡库区(重庆段)自2006年10月蓄水(156m)以来,非点源污染输出对土地利用及社会经济背景变化响应的时空分异特征,综合考虑库区典型土地利用变化模式及社会经济背景,选取三峡库区腹地奉节县、忠县、库尾江津区及主城沙坪坝区为研究对象,使用动态输出系数模型法,以2007年、2010年和2013年3期遥感影像为数据源,分析了研究区2007年到2013年非点源污染TN、TP负荷量随土地利用类型改变及社会经济的发展而产生的时空变化特征。研究表明,6年间,研究区污染物TN从2007年的12126.9t上升到2013年的12692.3t,TP从2007年的394.6t上升到2013年的407.2t。就各典型区县而言,城市发展新区江津区非点源污染负荷呈上升趋势,TN、TP负荷量涨幅分别达到了28.6%和24.1%;而库尾城市快速扩展的沙坪坝区则呈现下降趋势,非点源污染TN、TP负荷量分别下降了48.8%和68.9%;仍保持传统农业的奉节县和忠县变化不大。     

北京城区道路沉积物污染特性

为了解城市道路沉积物污染物的浓度水平及可能造成的生态环境危害,在北京城区的生活区、文教区、交通干线和公园绿地这四种功能区的道路沉积物进行了取样监测,并分析了道路沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)、重金属铜(Cu)、铬(Cr)、铅(Pb)、锌(Zn)和有机质(TOC)的污染特性.研究结果表明,各类功能区道路沉积物中TN、TP和TOC的含量较高.交通干线、文教区、生活区和公园绿地道路沉积物TN均值分别为0.1009、0.1440、0.1071、0.0974mg/kg,文教区道路沉积物的TN显著高于其他类型道路沉积物;TP均值分别为0.0695、0.0729、0.0665、0.0608mg/kg,以文教区最高,但未达显著水平.交通干线和文教区道路沉积物TOC浓度显著高于生活区和公园绿地,交通干线、文教区和生活区道路沉积物重金属的含量高于公园绿地.主要原因可能是人类活动和车辆交通量的影响.四类功能区氮主要以可溶态赋存,磷主要以颗粒态赋存在沉积物中,并且交通干线道路沉积物中溶解态磷比例最低.溶解态的重金属占总量的比例均较低,只有溶解态Cu达到5％以上,表明重金属主要赋存在颗粒态存在的沉积物中.道路沉积物或者外界带入的固体物质是地表径流污染物的重要来源,研究结果为城市地表污染控制提供重要参考.     

4种不同生活型湿地植物对富营养化水体的净化效果

选择4种湿地植物菖蒲、香蒲、浮萍和金鱼藻,研究单一及组合湿地植物对高浓度污水(污水处理厂进水)、低浓度污水(污水处理厂出水)中营养物质的去除效果.结果表明: 水体中总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)浓度呈现试验前期快速下降,后期缓慢下降的趋势,表明湿地植物能有效净化污水中的TN、TP、COD,但不同湿地植物及湿地植物组合的净化效果存在差异.多种湿地植物组合比单种湿地植物对TN的净化作用强,其中香蒲＋浮萍＋金鱼藻对TN的净化效果最佳;高浓度污水中,单种挺水植物对TP的净化效果较好,低浓度污水中,则是多种湿地植物组合对TP的去除率较高;高浓度污水中,湿地植物对COD的去除率为85.1%～96.0%,其中菖蒲、香蒲去除效果最佳,低浓度污水中,湿地植物对COD去除率为76.9%～94.8%,以菖蒲＋浮萍＋金鱼藻去除效果最好.总体看来,湿地植物对高浓度污水中TN、TP、COD的净化效果好于低浓度污水,两种水体的pH都得到改善.