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西北干旱区流域水污染特征与控制策略--以宁夏清水河流域为例

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环境工程技术学报 2022年第5期12卷 1369-1377页

作者：马玉珅朱翔彭福全庞晴晴倪利晓杜鹏生态环境部南京环境科学研究所河海大学环境学院宁夏回族自治区生态环境厅

以宁夏境内黄河最大的一级支流清水河流域为例,分析重点断面水质、水环境容量及各控制单元污染负荷特征,并提出有针对性的污染控制策略。结果表明:2015—2018年清水河三营国控断面水质无法稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》... 详细信息

以宁夏境内黄河最大的一级支流清水河流域为例,分析重点断面水质、水环境容量及各控制单元污染负荷特征,并提出有针对性的污染控制策略。结果表明:2015—2018年清水河三营国控断面水质无法稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准,泉眼山断面化学需氧量(COD)存在超Ⅳ类水质标准风险。流域水环境容量COD为592.83~1238.25 t/a,氨氮为51.99~193.60 t/a,总磷(TP)为5.02~12.85 t/a;流域平水期污染负荷入河量COD为15661.1 t/a,氨氮为1670.2 t/a,TP为784.5 t/a,分别是平水期水环境容量(COD为940.57 t/a,氨氮为114.64 t/a,TP为8.81 t/a)的16、14和89倍。固原控制单元单位面积污染负荷入河量最高(COD为3.04 t/a,氨氮为0.22 t/a,TP为0.06 t/a),工业源与城镇生活源污染问题突出,中卫控制单元总污染负荷入河量最高(COD为6738.45 t/a,氨氮为868.88 t/a,TP为218.12 t/a),城镇生活源污染较严重,而吴忠控制单元禽畜养殖污染较严重。基于水质目标和各单元的污染特征,建议固原控制单元加强工业企业污水回收利用、提高城镇污水处理能力,中卫控制单元重点关注污水收集处理设施建设与改造升级,吴忠控制单元在规模化养殖场推行禽畜粪污集中处理与回用。

关键词：黄河上游污染负荷水环境容量流域污染治理清水河流域

不同上覆水氟浓度对湖泊沉积物氟释放与微生物群落的影响

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湖泊科学 2022年第3期34卷 843-854页

作者：朱翔徐志鹏罗一单彭福全庞晴晴谢磊马玉珅汪龙眠生态环境部南京环境科学研究所南京210042 河海大学环境学院南京210098 南京信息工程大学环境科学与工程学院南京211800

通过模拟沙湖沉积物-水系统,以沙湖原水氟离子(F^(-))浓度为1倍浓度(0.69 mg/L),设置0.5倍浓度、1倍浓度、1倍浓度灭菌、2倍浓度和4倍浓度共5个实验组,探究不同上覆水F^(-)浓度背景下沙湖沉积物中F^(-)的迁移.结果表明,沉积物F^(-)的释... 详细信息

通过模拟沙湖沉积物-水系统,以沙湖原水氟离子(F^(-))浓度为1倍浓度(0.69 mg/L),设置0.5倍浓度、1倍浓度、1倍浓度灭菌、2倍浓度和4倍浓度共5个实验组,探究不同上覆水F^(-)浓度背景下沙湖沉积物中F^(-)的迁移.结果表明,沉积物F^(-)的释放量随上覆水F^(-)浓度的增加而呈下降的趋势,其中2倍和4倍浓度组的沉积物由释放F^(-)转变为吸附F^(-).碱性水体有利于沉积物F^(-)的释放,即随着pH增大,F^(-)释放量也会增加.微生物的Beta多样性层次聚类分析表明,F^(-)会抑制Paenisporosarcina与Thiobacillus的相对丰度,但对Fusibacter的生命活动具有促进作用.根据各浓度组间优势菌属相对丰度与环境因子的冗余分析可得,Acinetobacter、Thiobacillus相对丰度与pH呈负相关;Fusibacter相对丰度与F^(-)浓度呈显著正相关,而Thiobacillus的相对丰度则与F^(-)表现出弱负相关.通过对各浓度组中重要离子的分析发现,0.5倍组和4倍组中F^(-)的迁移受Ca^(2+)、HCO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)浓度影响较大;相关性分析表明0.5倍浓度组的Ca^(2+)、HCO_(3)^(-)浓度与F^(-)浓度呈极显著正相关,而4倍组中F^(-)浓度和Ca^(2+)、HCO_(3)^(-)浓度呈负相关,SO_(4)^(2-)浓度和F^(-)浓度的相关性则是0.5倍组呈负相关,4倍组呈极显著正相关.本文在不同上覆水F^(-)浓度背景下全面探究了沙湖沉积物中F^(-)释放和迁移机理,为沙湖及其他含氟地表水的氟污染防治提供理论支持.

关键词：上覆水 pH 微生物沉积物氟离子

基于氮氧同位素技术的黄河上游清水河硝酸盐来源解析

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中国环境科学 2022年第9期42卷 4115-4121页

作者：裴东艳谢磊徐斌何斐汪龙眠唐登勇庞晴晴朱翔彭福全南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏南京210044 生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042

对清水河灌溉季和非灌溉季各采样点位的水化学指标和硝酸盐的时空分布特征进行分析,运用贝叶斯混合模型MixSIAR模型定量识别了该河流硝酸盐来源,以期了解灌溉对地表水硝酸盐含量的影响.结果表明,清水河水体呈弱碱性,水体氮类以硝酸盐为... 详细信息

对清水河灌溉季和非灌溉季各采样点位的水化学指标和硝酸盐的时空分布特征进行分析,运用贝叶斯混合模型MixSIAR模型定量识别了该河流硝酸盐来源,以期了解灌溉对地表水硝酸盐含量的影响.结果表明,清水河水体呈弱碱性,水体氮类以硝酸盐为主,Cl^(-)和SO_(4)^(2-)时空变化特征一致,通过NO_(3)^(-)/Cl^(-)比值和Cl^(-)浓度的关系,结合清水河地区土地利用、工农业生产的实际情况,揭示了清水河水体硝酸盐受生活污水、畜禽养殖和化学氮肥源的影响较大.MixSIAR模型计算结果表明土壤有机氮、化学氮肥和畜禽养殖对灌溉季水体的贡献率较大,分别为24.8%、24.5%和22.8%,生活污水和大气氮沉降的贡献率分别为14.4%和13.6%;而生活污水、畜禽养殖和土壤有机氮对非灌溉季水体的贡献率较大,分别为26.7%、23.4%和20.4%,大气氮沉降和化学氮肥贡献率分别为16.5%和12.9%.农业灌溉增加了地表水硝酸盐的含量,灌溉季中农用氮肥的施用率较高,贡献了主要的硝酸盐;非灌溉季生活污水的贡献率较高.

关键词：清水河硝酸盐 MixSIAR模型灌溉季和非灌溉季空间分布

春灌背景下黄河上游清水河流域DOM的空间分布规律

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环境科学学报 2022年第5期42卷 325-335页

作者：徐斌裴东艳何斐彭福全庞晴晴朱翔谢磊汪龙眠生态环境部南京环境科学研究所南京210042 南京信息工程大学环境科学与工程学院南京210044

运用三维荧光光谱技术结合紫外-可见吸收光谱表征技术,以及各种分析统计方法,对清水河流域水体中溶解性有机质(DOM)的空间分布、光谱特征及污染来源进行了解析,以期为黄河流域水环境治理及污染溯源提供较为可靠的信息.结果表明清水河流... 详细信息

运用三维荧光光谱技术结合紫外-可见吸收光谱表征技术,以及各种分析统计方法,对清水河流域水体中溶解性有机质(DOM)的空间分布、光谱特征及污染来源进行了解析,以期为黄河流域水环境治理及污染溯源提供较为可靠的信息.结果表明清水河流域春灌季水质指标空间差异性较大.DOM中类蛋白质物质浓度高于类腐殖质物质浓度,自生源特征强于陆源特征,且新生成的DOM占比较大,即DOM主要来源于水体微生物活动和细菌降解代谢的产物.PARAFAC解析得到6个主成分,包括4个类蛋白质组分(C1、C2、C3、C5)和2个类腐殖质组分(C4、C6),其中类蛋白质组分的空间差异性大于类腐殖质组分,受水库水和污水处理厂排水等水体内源影响较大.PCA分析得到4个主成分,组分C5、氟离子、组分C2和HIX可分别作为该4个主成分的描述性指标.

关键词：清水河溶解性有机质三维荧光光谱平行因子分析法

基于DGT技术的黄河上游典型水库沉积物氮磷释放与污染源解析

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环境科学 2022年第5期43卷 2527-2536页

作者：马玉珅朱翔庞晴晴孔明韩天伦彭福全谢磊汪龙眠徐斌何斐生态环境部南京环境科学研究所南京210042 河海大学环境学院南京210098 南京信息工程大学环境科学与工程学院南京211800

针对黄河上游河库连通背景下水库的污染源解析不足的问题,基于薄膜梯度扩散和高分辨率孔隙水采样,分析了黄河上游典型水库——沈家河水库的污染特征和扩散通量.结果表明,清水河入库口水质为劣Ⅴ类,沉积物为重度污染状态.各点位上覆水可... 详细信息

针对黄河上游河库连通背景下水库的污染源解析不足的问题,基于薄膜梯度扩散和高分辨率孔隙水采样,分析了黄河上游典型水库——沈家河水库的污染特征和扩散通量.结果表明,清水河入库口水质为劣Ⅴ类,沉积物为重度污染状态.各点位上覆水可溶性磷酸盐(SRP)平均值低于孔隙水,表明沉积物SRP因浓度梯度向上扩散.各点位DGT-P与DGT-Fe的相关性及沉积物-水界面浓度差存在空间异质性,1号的沉积物DGT-P释放受Fe-P还原释放主导,2号的表层沉积物DGT-P释放能力较差,3号的表层沉积物DGT-P的释放能力较强,可根据释放机制采取不同治理措施.沉积物-水界面附近1号(4~8 mm)、2号(8~20 mm)和3号(-8~8 mm)发生NH_(4)^(+)-N浓度减小和NO_(3)^(-)-N浓度增加的现象.沉积物释放导致的TP、TN和NH_(4)^(+)-N负荷增加量分别占总量的100%、78.3%和56.5%,表明沉积物释放是负荷的主要来源,但是清水河输入对氮的影响不可忽略.结果为黄河上游水库污染源解析和治理提供了参考.

关键词：黄河上游薄膜梯度扩散沉积物-水界面扩散通量污染源解析

盐度与水位双重波动对芦苇去除水中氮磷的影响机理

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环境科学研究 2023年第5期36卷 986-994页

作者：郑汉杰王子博朱翔杜鹏于江华谢磊彭福全王灵南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏南京211800 生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042 中国环境监测总站北京100012 宁夏回族自治区生态环境厅宁夏银川750002 新疆天熙环保科技有限公司新疆乌鲁木齐830052

芦苇广泛分布于我国西北地区,具有净化水体氮磷的作用.西北地区的河湖补水导致盐度和水位波动,但是现有研究难以明确盐度与水位双重波动对芦苇去除水体中氮磷的影响.该试验设置3个不同的水位及盐度波动梯度,通过试验分析揭示水位与盐度... 详细信息

芦苇广泛分布于我国西北地区,具有净化水体氮磷的作用.西北地区的河湖补水导致盐度和水位波动,但是现有研究难以明确盐度与水位双重波动对芦苇去除水体中氮磷的影响.该试验设置3个不同的水位及盐度波动梯度,通过试验分析揭示水位与盐度波动对芦苇脱氮除磷过程的联合影响.结果表明:(1)低频盐度上升(每3 d上升100 mg/L)有利于芦苇对水体中总氮、总磷和氨氮的去除,而高频盐度上升(每3 d上升200 mg/L)不利于其去除.水位下降(每3 d下降2 cm)有利于氨氮的去除,低频水位上升(每3 d上升2 cm)有利于总氮的去除,而高频水位上升(每3 d上升4 cm)则对氨氮和总氮的去除起到抑制作用,主要是由于高频水位上升可降低水体溶解氧浓度.(2)沙湖水位及盐度波动导致芦苇根长增加0.2~2.8 cm,说明现有补水过程并未影响芦苇生存.(3)尽管低频盐度上升和水位下降促进了芦苇对氮磷的直接吸收,但并非水体中氮磷去除的最佳条件,原因是芦苇直接吸收并非氮磷去除的主要过程.为达到保障水质的目的,水位与盐度的调控应优先达到微生物生长的适宜条件.(4)AMOS结构方程模型和双因素方差分析得出盐度与水位的双重波动直接影响芦苇生长指标(P<0.01),间接影响水体氮磷浓度.研究显示,盐度与水位双重波动直接影响芦苇生长指标,故应先控制盐度与水位波动范围,使环境有利于芦苇与微生物的生长,进而有利于芦苇对水中营养物质的吸收.

关键词：芦苇盐度波动水位波动双重作用氮磷净化

树脂基水合氧化铁的合成、表征及对砷的吸附性能研究

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树脂基水合氧化铁的合成、表征及对砷的吸附性能研究

作者：彭福全南华大学

学位级别：硕士

本文基于水合氧化铁(hydrated ferrous oxide,简称HFO)的固载研究,以水体中砷的深度净化与水质安全控制为研究目标,提出并系统优化了静态法制备载氧化铁复合树脂(聚苯乙烯二乙醇胺树脂基水和氧化铁铁,Hydrated Ferrous Oxide-Loaded Pol... 详细信息

本文基于水合氧化铁(hydrated ferrous oxide,简称HFO)的固载研究,以水体中砷的深度净化与水质安全控制为研究目标,提出并系统优化了静态法制备载氧化铁复合树脂(聚苯乙烯二乙醇胺树脂基水和氧化铁铁,Hydrated Ferrous Oxide-Loaded Polystyrene Diethanolamine Resin,简称PDR-HFO)的新技术,并对复合树脂除砷的吸附和解吸再生基本性能及潜在机理进行了系统研究,主要结果如下:通过利用二乙醇胺改性聚苯乙烯N201×7阴离子交换树脂螯合Fe(III)成功合成了新型树脂基水和氧化铁复合吸附剂,研究发现N201×7阴离子交换树脂较D301阴离子交换树脂改性合成的复合吸附剂有更好的吸附容量值;在一定的反应时间条件下,合成过程中随着FeCl3的溶液浓度的增大,合成的复合材料中水合氧化铁的含量逐渐增加,最大可达2.4%(质量分数);FeCl3的溶液浓度一定时,反应时间达8 h以上时,水合氧化铁含量保持稳定;在298 K-313 K范围内,温度对复合树脂制备的静态吸附过程影响不大,吸附容量变化不大,因此一般在常温下进行吸附反应即可;通过对复合材料除砷的吸附及解吸再生性能研究发现,复合材料吸附砷的最适pH范围为5-9,过酸或过碱均将导致其吸附容量的下降;常温下复合材料对砷的吸附等温式符合Freundlich公式,可以表示为:qe = 0.238Ce0.575,相关系数R2=0.998;复合材料随着温度的升高吸附反应速率吸附容量均变大;常温下,60 min复合材料对砷的吸附即可达到平衡,其吸附动力学符合伪二级动力学方程,可以表示为:t / qt = 0.9922 + 0.2675 t,相关系数R2=0.994;固定床试验中,试验进水CTAs=12.85 mg/L,当流速较大时,流量195 BV(BV,床体积,1 BV=27 ml)时,出水浓度超过0.01 mg/L,415 BV时达到吸附饱和,工作层与饱和层移动速率快且出水砷浓度不太稳定,吸附性能不佳;试验进水CTAs=0.502 mg/L,流速为10 BV/h、15 BV/h时,出水砷浓度稳定在上升,流量450 BV时出水浓度大于0.01 mg/L,工作层移动速率缓和,复合材料表现出较好的吸附性能;利用10%(v/v)HCl解吸再生后,再生率可达96%以上,再生流速7 BV/h时,解吸液用量为300 ml;通过两种不同浓度进水吸附饱和的复合材料经解吸后解吸液砷浓度可达326.78 mg/L、78.69 mg/L,富集浓度可达25.43倍、156.75倍。

关键词：砷水合氧化铁聚苯乙烯二乙醇胺树脂基水合氧化铁合成与表征吸附

环巢湖流域表层沉积物重金属赋存特征及潜在生态风险评价

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中国环境科学 2015年第6期35卷 1863-1871页

作者：孔明彭福全张毅敏尹洪斌刘庄晁建颖环境保护部南京环境科学研究所江苏南京210042 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008

以环巢湖流域表层沉积物为对象,对8种重金属(Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As和Hg)总量及形态进行分析并运用潜在风险指数法对重金属的生态风险进行了评价.结果表明,环巢湖流域表层沉积物中重金属元素Cd、Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As和Hg的总量... 详细信息

以环巢湖流域表层沉积物为对象,对8种重金属(Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As和Hg)总量及形态进行分析并运用潜在风险指数法对重金属的生态风险进行了评价.结果表明,环巢湖流域表层沉积物中重金属元素Cd、Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As和Hg的总量总体呈现为南淝河-十五里河水系含量高,其次是裕溪河及支流,其他5条水系的重金属含量相对较低.BCR形态分析表明,重金属元素Hg、Cr、Ni和Cu主要以残渣态存在(分别占总量的77.56%、64.83%、56.52%和48.93%),Cd的可提取态含量比例最高(89.22%),其次为Zn、Pb和As(70.35%,69.50%和63.70%).潜在生态风险危害指数(RI)表明,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni和As均为低污染等级,Cd为较重污染等级,Hg为重污染等级,7个水系的重金属潜在生态风险指数排序为:南淝河-十五里河>裕溪河>柘皋河>杭埠河-丰乐河>派河>白石山河>兆河,重潜在风险和严重潜在风险的区域主要分布在南淝河-十五里河水系以及裕溪河水系,因此,今后对巢湖流域进行重金属整治时可着重考虑针对这两条水系的Cd和Hg元素的重点治理.

关键词：环巢湖流域沉积物重金属形态分析风险评价

2014—2019年焦岗湖水质时空变化与影响因子分析

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生态与农村环境学报 2022年第12期38卷 1567-1575页

作者：高月香严若孟张毅敏彭福全杨飞孔明赖秋英朱月明张志伟陈婷张涛生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042 南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏南京210044 南京师范大学地理科学学院江苏南京210034

焦岗湖是淮河流域重要的浅水湖泊和淮河中游最大的生态湿地,基于2014—2019年焦岗湖和2017—2019年入湖河流水质逐月监测数据,利用Mann-Kendall(M-K)趋势检验、主成分分析(PCA)和相关性分析等方法分析焦岗湖水质时空变化规律,探讨入湖... 详细信息

焦岗湖是淮河流域重要的浅水湖泊和淮河中游最大的生态湿地,基于2014—2019年焦岗湖和2017—2019年入湖河流水质逐月监测数据,利用Mann-Kendall(M-K)趋势检验、主成分分析(PCA)和相关性分析等方法分析焦岗湖水质时空变化规律,探讨入湖河流水质和环境因子对焦岗湖水质和富营养化状态的影响。结果表明:(1)2014—2019年焦岗湖整体属于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ~Ⅳ类水之间,富营养状态为中营养和轻度富营养状态之间,主要污染区域在湖区西部和北部。高锰酸盐指数(COD)呈轻微下降趋势;TP和TN浓度年均值处于较高水平,主要原因可能是水产养殖。(2)入湖河流中N、P污染物的外源输入是导致湖区污染物浓度超标的关键因素。(3)主成分分析和相关性分析表明,降水量(P)、温度(T)、溶解氧(DO)和水深(D)对湖区水质有重要影响。降雨增加了外源输入,高温易造成藻类爆发,而水深的增加对水质有所改善。调整养殖产业结构,削减污染物外源输入,是改善焦岗湖水质的关键。

关键词：焦岗湖水质时空变化入湖河流影响因子