纳污河道典型污染物空间分布、环境质量评价与生态净化研究

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由于人类活动的影响,城市及农村周边河流不仅成为了人口和经济活动的中心,更是成为了各类人为污染物主要的汇,尤其是城市周边的纳污河道。由于人类活动的影响在此形成了错综复杂的水体污染,使得本就脆弱的河流生态环境面临着前所未有的压力。充分了解纳污河道中典型污染物的空间分布特征、污染现状、污染来源是进行纳污河道研究和保护的前提,对于未来有针对性地改善河道水环境质量具有重要意义。本文以典型纳污河道作为研究对象,系统地研究了河道中典型污染物的空间分布特征,评价了其环境质量现状,深入探讨了其污染来源。并针对纳污河道的污染特性,提出了因地制宜的生态净化技术,分析了水生植物修复带的净化效果,阐明了修复带功能与微生物群落结构之间的内在关系,得到的主要研究结论如下:(1)通过对纳污河道进行水质分析研究,阐明了其典型污染物的组成及空间分布特征。研究结果表明:河道内植物型营养元素浓度普遍偏高,浓度也呈现出季节性变化,枯水期的TN、NH3-N和COD浓度相较于丰水期有明显地升高趋势,但TP浓度有所降低。6种内分泌干扰物(EDCs)仅检测到4-t-OP、4-NP和BPA,BPA为纳污河道中主要的EDCs污染物,该河道并未受到了EDCs的普遍污染,处于较低等污染水平。靠近上游城市断面中的污染物浓度普遍高于下游农村断面,呈现出城郊-农村梯度下降的趋势,高浓度污染物基本集中在渡槽和廖家河断面。(2)利用多角度的环境质量评价方法揭示了纳污河道水体和沉积物的环境质量现状。评价结果显示:河道污染状况与上游城市和沿线村落分布有着密切联系,靠近上游城市断面的污染程度普遍较下游农村断面严重。纳污河道基本以劣V类水质为主,属于重度污染,丰水期主要以N污染为主,而枯水期以N和有机污染为主。水质状况也呈现出季节性变化,水质由丰水期的重污染上升至枯水期的严重污染。沉积物的氮磷单项污染评价分别属于重度污染和中度污染;综合污染指数结果表明,沉积物属于重度污染;有机污染评价结果表明,有机氮等级属于中度污染,有机污染指数等级属于较清洁状态,沉积物中以有机氮污染程度更为明显,含氮污染物含量偏高。(3)通过紫外光谱和三维荧光光谱定性地表征了沉积物中溶解性有机质(DOM)的特性及来源,并利用δ13C、δ15N和C/N值相结合的方式进一步对有机污染来源进行了定量分析。研究结果表明:沉积物受陆源输入的类腐殖质有机物影响最大,沉积物有机污染主要来自周边土壤有机质,贡献率在70(4)左右,而河道沉积物中的N、P主要来源于周边土壤有机质,污染源可能为自周边农业和分散式生活水等面源污染。(4)构建了一种低成本、因地制宜的污水净化技术,可以有效地削减纳污河道中营养元素浓度。对比分析表明:丰水期内各营养元素浓度在水生植物修复带内有显著下降的趋势,植物修复带对TN的削减量约为87.87%、NH3-N的削减量约为89.71%、NO3-的削减量约为90.91%、TP的削减量约为70.00%、PO43-的削减量约为68.75%、COD的削减量约为17.36%。但对于枯水期来说,植物修复带削减污水中TN、NH3-N、TP、PO43-污染负荷的能力明显下降,而对COD的削减率有上升趋势,但整体来说对营养元素的去除效果不明显。(5)通过高通量测序系统地研究了水生植物修复带功能与微生物群落结构之间的内在关系,阐明了环境因子对微生物群落结构的影响。分析结果表明,植物根际微生物种群的丰富度及群落多样性比水体样本更高,水生植物的存在能够明显地提高水体微生物种群的丰富度及群落多样性。聚类分析表明,根际微生物和水体微生物样本明显聚类成2个类群,两类样本之间明显分开。水体理化性质和污染状况对微生物群落结构有明显影响,其中对水体微生物群落结构影响最大的环境因素是叶绿素a(Chla),在门水平上的物种分布很大程度上受到水体理化因子等环境因素的影响。
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