南方水库热分层消亡期混合层深度及缺氧区时空变化特征——以南宁市天雹水库为例

湖库热分层消亡引起的突发性水质恶化现象引起了广泛的关注,我国南方水库大多是暖单次混合型湖泊,每年混合一次,导致水库水质周期性下降,但目前对南方水库热分层消亡过程的高频监测研究较少。为探究我国南方水库热分层消亡期水体混合过程的时空变化规律及驱动因素,以广西南宁天雹水库为例,于冬季热分层消亡期(2019年11月—2020年2月)对水库多点位水体理化指标开展原位监测,并利用自建气象站获取气象水文数据。结果表明:(1)水库热分层消亡期间,过渡区水深较浅可在短期内达到完全混合状态且缺氧区同步消失;而湖泊区混合过程整体滞后于过渡区,混合层深度由6.85 m增加至13.65 m,缺氧区逐渐减小,缺氧指数(AI)由0.40减小至0.07,直至水体完全混合后缺氧区消失;水库过渡区较湖泊区提前约40 d达到完全混合状态。(2)气象因子是引起热分层结构变化的主要因素,气温(T)、辐射(R)与混合层深度(MLD)呈现显著负相关(R_(T)=0.927、R_(R)=0.925,P<0.01),风速(WS)与MLD呈现显著正相关(R_(WS)=0.728,P<0.01);气温变化是热分层结构破坏的关键因子。(3)热分层消亡期水体理化指标受到混合程度的影响较为显著,水温与混合层深度呈现显著负相关(R=0.868,P<0.01),DO、pH、ORP与MLD呈现显著正相关(R_(DO)=0.747,R_(pH)=0.761,R_(ORP)=0.747,P<0.01)。热分层消亡为突发性水质恶化提供了环境条件,应密切关注水库分层破坏过程中水体理化指标变化对整个库区水质的影响。

水库缺氧区时空演化特征及驱动因素分析

湖库水体在热分层时期的缺氧现象将严重影响底层水体水质,破坏底层水生生物栖息环境,导致湖库整体水质及生态环境质量的下降。本文以引滦入津源头工程大黑汀水库为例,研究了水库热分层及缺氧区的时空演化特征,识别了在一定的水质及底质污染状况条件下,水库缺氧区形成与演化的主要驱动因素。研究表明,大黑汀水库缺氧现象出现时间为每年6月份至10月份,最严重时全库有60%的回水区域会出现缺氧问题,坝前延伸距离可达12.0 km。缺氧区内水体溶解氧浓度低于2.0 mg/L。研究认为,热分层状况是决定水体溶解氧状况及缺氧区演化的主要驱动因素;藻类浓度通过对溶解氧结构及底层水体耗氧条件的影响驱动了缺氧区的年内演化规律;水库的地形条件变化是水体缺氧区形成的重要辅助性因素;水动力学条件则主要影响水库缺氧区的稳定性。

长江口外缺氧区沉积物中氧化还原敏感性元素的“粒控效应”

对长江口外缺氧区及其邻近海域表层沉积物和沉积物岩芯样品的粒度和元素(主要包括氧化还原敏感性元素简称RSE,和典型陆源碎屑元素)进行了分析,并对元素的“粒控效应”进行了深入研究。结果表明,在近岸底层水溶解氧浓度正常海区沉积物中,元素(包括典型陆源碎屑元素和RSE)的分布显示出明显的“粒控效应”,在缺氧区沉积物中,RSE与粒度之间的相关性较差,其分布不受“粒控效应”的制约,而主要受氧化还原环境的影响。另外缺氧区缺氧程度的不同会导致不同的RSE的富集。

长江口外缺氧区沉积物中元素分布的氧化还原环境效应

对取自长江口外缺氧区及其邻近海域表层沉积物样品进行了粒度组成和元素(主要包括氧化还原敏感性元素和亲碎屑元素)丰度的分析与测试,对长江口外缺氧区缺氧环境对元素分布的影响进行了探讨,提出了长江口外缺氧区沉积物中氧化还原敏感性元素(Redox sensitive elements,简称RSE)分布的氧化还原环境效应。亲碎屑元素丰度的分布显示出明显的粒控效应,而氧化还原敏感元素的分布受粒度效应的制约很弱,主要受离岸缺氧区还原环境的制约,具有在缺氧区富集的特点。缺氧环境对RSE分布的影响超过了元素的粒控效应,从而使研究区RSE的分布呈现出典型的氧化还原环境效应。

延长缺氧区水力停留时间提高倒置AAO/MBR组合工艺的脱氮效果

针对城市污水处理厂进水碳源不足的问题,采用中试规模的倒置AAO/MBR组合工艺,开展通过延长缺氧区水力停留时间以提高系统脱氮效果的研究。结果表明,延长缺氧区水力停留时间可强化反硝化菌对污水中慢速可降解有机碳源和内碳源的利用,可提高组合工艺的整体脱氮效率。当缺氧区水力停留时间从1.5 h增加到3.7 h,组合工艺出水TN可降低至9.25±2.13 mg/L;同时,系统COD_(Cr)和TP去除稳定,平均去除率分别稳定在93.12±3.29%和93.96±1.14%。

大流量调度过程对水库缺氧区抑制阈值条件研究

大型水库在热分层期间出现的底部缺氧问题将严重影响湖库底层水体水质,威胁水库供水安全。水库大流量调度引起的强水动力条件可有效削弱甚至完全消除库区缺氧现象。本文以引滦入津源头工程——大黑汀水库为例,采用三维水动力-水质模型复演了水库缺氧区的演化过程,发现大黑汀全库在缺氧区稳定发展时段的8月份有2/3区域出现缺氧现象。为应对缺氧引起的供水安全风险,本文基于多情景分析方法给出了大流量调度过程抑制大黑汀水库缺氧现象的分级调度阈值条件。当大流量调度过程日均流量达到96.5 m^(3)/s且持续时长15~30 d时,大黑汀水库约70%~90%的缺氧区可得到抑制;当流量达到115.7 m^(3)/s且持续时长15~30 d时,90%~100%的缺氧区可得到抑制,库区缺氧现象将基本消除。

浅析瓦斯检测仪器在缺氧区域检测数据的误差规律

本文通过对检测仪器在缺氧地区应用中存在的误差分析 ,找出了检测仪器测量误差与氧气浓度的关系 。

东印度洋中部缺氧区的季节变化特征

依据2013春、2016夏、2016秋三季在东印度洋中部开展的水体综合调查资料,研究东印度洋中部缺氧区(ρ_(DO)<2mg/L)的季节变化。结果表明:垂向分布上,缺氧区上边界一般位于水深100～150 m,厚度春季最厚、秋季次之、夏季最薄。平面分布上,春季缺氧区范围最大,主要位于89°00′E以东海区,其南端越过赤道向南扩展至1°12′S;夏季缺氧区的南端退缩至赤道以北海域,且分布面积最小;秋季缺氧区东西向的位置与春季相反,主要位于赤道91°00′E以西海域,其南向扩展范围可达赤道附近。从氧跃层强度来看,赤道附近氧跃层强度最强,由此向南、向北氧跃层强度逐渐减弱,与温跃层变化一致。研究表明,东印度洋中部缺氧区源于孟加拉湾缺氧区的南扩,季风性环流变化是缺氧区扩展范围季节变化的主要控制因素,有机碎屑的分解耗氧和高强度的水柱层化是缺氧区得以形成和维持的重要保障。

珠江口及邻近海域缺氧区成因及综合治理建议

作为重点海域的珠江口及邻近海域近年来缺氧区面积不断增大,对海洋渔业资源产生了重大影响,造成了巨大的海洋经济损失。因此,亟需对珠江口及邻近海域缺氧区成因及机制进行充分认识,并制定行之有效的治理方案,为精准治污、科学治污和依法治污提供理论支撑。本文分析了珠江口及邻近海域水动力环境、缺氧区历史变化及缺氧区成因,深入剖析珠江口及邻近海域缺氧区形成的两个关键因素,一个是自然环境因素,另一个是人类活动因素。基于缺氧区成因,本文从建立污染溯源与耗氧估算技术、推进陆海统筹与协同治理、实行动态监测与预警预报三个方面提出了综合治理的科学建议。

实时监测大脑中的“缺氧区”

大脑活动消耗的巨大能量主要来自氧气参与的代谢反应。因此,高效、及时地向大脑运输氧气十分关键。一项于2024年3月28日发表在Science上的研究展示了一种新的生物发光成像技术。研究人员利用其对小鼠脑中的氧气水平进行了高精度成像,并发现了小鼠脑内有大量的“缺氧区”。氧分压(PO_(2))指血液中氧分子所产生的张力,是反映局部氧气水平的重要指标。

长江口外缺氧区生消过程和机制的再认知

通过对2006~2007年长江口外缺氧区多学科历史资料和相关模拟、遥感资料的分析,深入研究了该缺氧区的生消过程和分布形态及其结构,从水文环流动力学、浮游植物繁殖（导致有机物耗氧分解）以及其他因素等角度综合系统探讨了缺氧区生消及其位置季节性变化的机制,阐释了缺氧区生消过程中多因素的协同作用,揭示了缺氧区分布形态和结构的受控机制.研究表明：冬、春季长江口外的水文环境提供了较低溶解氧（DO）含量的水体,是缺氧区形成的前期背景条件;入夏后,缺氧区逐渐向北发育成熟,受地形、有机物局地分解和黑潮次表层水涌升的影响,7~8月份长江口外缺氧区在空间上呈现出不连续的分布特征,其在内陆架具有南、北＂双核＂结构,并于东部外陆架亦发现一个低氧核心,各部分的缺氧程度也不相同,北部的整体上最强,南部的次之,外陆架上的最弱;夏季北部缺氧区不仅与南部缺氧区的北向分化有关,也是在局地得以发展和加剧的结果,8月达到鼎盛期,9月以后由于层化削弱很快向南退缩并消失;秋季,于南部浙江沿岸存在缺氧区,并在济州岛西南部也形成一DO低值区,但均很快消亡,同时由于所处动力环境的改变还导致外陆架DO低值区外移.跃层强度的变化及其对DO垂向输送阻隔作用的长时间累积效应对缺氧区缺氧程度具有重要影响;长江口外海域层化区域面积、各流系/水团强度和上升流、锋面、浮游植物生物量高值区的季节性变化共同制约着内陆架缺氧区的扩展及其位置的纬向（南北向）移动;黑潮次表层水等动力因素的综合作用是导致外陆架存在一个DO低值核心的原因所在;东海北部底层冷水是济州岛西南部海域DO低值区在秋季得以形成的动力学基础.长江口外特殊的海底地形以及泥质区分布对缺氧区的发育亦具有一定影响.长江口外缺氧区的生消过程、分布形态以及其结构和位置的季节变化是多种因素协同叠加综合作用的结果.

A^2O氧化沟缺氧区三维流场模拟及结构形式优化

以FLUENT软件为工具,选用三维RNG k-ε紊流数学模型对重庆井口污水厂A2O氧化沟缺氧区内的流场进行模拟,分析了缺氧区内流场分布不均匀及沉泥的原因,提出了水下推进器的合理设置位置与导流墙的合理设置方式,并对优化后的缺氧区进行了模拟计算。通过优化后模拟的结果可见,在相同的功率密度下,缺氧区内的流场得到了较均匀的分布,流速从原来的0.131 m/s提升到0.204 m/s,减少了能量的损失。底部的流速也从原来的0.140 m/s提升到0.226 m/s,有效的防止或减少了沟中的污泥沉积。优化的结果对实际工程的设计也有一定的指导意义。

内置缺氧区的改良型Pasveer氧化沟工艺脱氮除磷性能研究

针对传统Pasveer氧化沟内缺氧段碳源难以被反硝化菌充分利用的问题,采用内置缺氧区的改良型Pasveer氧化沟工艺,并进行中试规模实验研究,考察了不同内回流比条件下系统的脱氮除磷效果。研究结果表明,在内回流比为200%的情况下,系统的脱氮除磷效果最好,出水TN和TP的浓度分别降至12.7 mg/L和0.34 mg/L,去除率分别达到61.9%和89.2%。内置缺氧区的设置一方面能使有限的碳源充分用于反硝化,另一方面,促使了反硝化吸磷现象的发生,这使得系统在进水碳源较低的情况下仍能够获得上佳的脱氮除磷效果。但是,过高的内回流比会导致好氧区亚硝酸盐的积累,这对生物除磷是不利的。

缺氧区与好氧区HRT之比对污泥膨胀的影响

采用人工模拟生活污水研究了缺氧区与好氧区水力停留时间之比分别为1∶3、1∶2、2∶1时,连续流A/O脱氮系统的净化效果与污泥沉降性的变化,探讨了系统中缺氧区与好氧区的水力停留时间之比与污泥膨胀之间的联系。结果表明,当缺氧区与好氧区的水力停留时间之比由1∶3增大到1∶2时,系统的脱氮率由50%提高到80%,污泥的SVI值由250 mL/g降低至110 mL/g,这在很大程度上改善了污泥的沉降性,抑制了污泥膨胀的发生。之后又以缺氧区与好氧区水力停留时间之比为2∶1运行,脱氮率最大达到88%,污泥的SVI值却停留在180~210 mL/g之间。研究发现,在这3个阶段,缺氧区水力停留时间不同,颗粒态基质在缺氧区的降解程度也不同,残留到好氧区的剩余基质浓度影响着系统中的主导丝状菌,因此也影响着污泥的絮体结构和沉降性能。研究结果还表明,可以通过改变缺氧区、好氧区的水力停留时间来影响系统的优势菌群,从而改善污泥膨胀情况。

参麦注射液对脑出血大鼠血肿周围区缺氧诱导因子1-α表达的影响

目的探讨参麦注射液对脑出血大鼠血肿周围区缺氧诱导因子1-α(HIF1-α)表达的影响及其意义。方法将50只SD大鼠随机分为正常组、假手术组、模型组、参麦组,模型组和参麦组组内又分为1d,3d,5d,7d共4个时间点,采用立体定位仪定位注射胶原酶Ⅶ造大鼠脑出血模型,观察大鼠脑出血后神经病理体征改变,免疫组织化学法检测血肿周围区HIF1-α的表达,以及参麦注射液治疗后的影响。结果与模型组比较,参麦组大鼠神经病理体征减轻明显(P<0.01);正常组和假手术组脑组织神经细胞无HIF1-α表达,而模型组血肿周围区HIF1-α的表达1d时增多,3d时达到高峰,5d时表达下降,至7d时仍有少量表达,与模型组比较,参麦组各时间点的HIF1-α表达要少(P<0.01)。结论参麦注射液可能通过促进血肿吸收、抑制血肿周围区HIF1-α表达而发挥神经保护作用。

地佐环平对缺氧缺糖海马脑片CA1区Bcl-2蛋白和Bax蛋白表达的影响

目的:观察N-甲基-D-门冬氨酸(NMDA)受体非竞争性拮抗剂MK-801对缺氧缺糖海马脑片CA1区Bcl-2蛋白和Bax蛋白表达的影响。方法:新生6～9dSD大鼠断头取脑,制备海马脑片,将各孔脑片单纯随机分为3组,分别为正常对照组(HOTC)、单纯缺氧缺糖组(OGD)和预加MK-801再缺氧缺糖组(MK-801+OGD)。海马脑片进行缺氧缺糖培养,最后进行免疫组织化学染色和图像分析处理。结果:各组海马脑片CA1区均有不同程度Bcl-2,Bax蛋白表达。OGD组Bcl-2蛋白的表达(15.7±1.1)弱于HOTC组(18.5±0.9)和MK-801+OGD组(18.0±0.9),差异均有显著性意义(F=6.495,P<0.05);OGD组Bax蛋白的表达(13.1±2.5)强于HOTC组(7.3±1.1)和MK-801组(8.7±1.1),其差异均有显著性意义(F=9.770,P<0.05)。同时,OGD组CA1区出现细胞缺失形成的空洞,其他两组与OGD组相比有所减少。结论:MK-801可增强缺氧缺糖海马脑片CA1区Bcl-2蛋白的表达,降低Bax蛋白的表达,并减轻该区锥体细胞损伤程度。

青藏高原地区52例重型颅脑损伤死亡原因分析

我院地处海拔2808m青藏高原,收容的病员95％以上来自海拔3000m～4500m高寒缺氧区工作者。自1976年～1989年共收治颅脑损伤患者714例,按国内普遍采用的分类标准,有重型颅脑损伤182例,死亡52例,现将其死因分析如下。

某城区污水处理厂二级生物处理系统提标改造工艺设计

某城区污水处理厂位于湖北省孝感市孝南区,总处理规模为14万m^(3)/d,采用改良百乐卡AAO为主体工艺,提标前出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准,提标后执行一级A标准。厂区现有用地极为紧张,预留地块面积小且所处位置不利使用,但又无法新增用地。文中基于用地、工艺流程等现实边界条件进行了巧妙构思,在现有百乐卡AAO生物池前端增设厌氧/缺氧反应池,优化了生物系统格局,通过降低TN负荷率,并同步采用多种技术措施强化生物脱氮除磷,充分挖潜了二级生物处理能力确保TN达标,解决方案简单而高效;提标吨水投资仅为640元,提标处理单元电耗为0.096 kW·h/m^(3)。目前,提标后已运行两年多,提标改造后的二级生物处理系统运行良好,TN平均去除率由54.0%提高至69.0%,TP平均去除率由85.0%提高至94.0%;出水TN平均质量浓度为7.9 mg/L,去除率为63.0%~72.0%;出水TP平均质量浓度为0.2 mg/L,去除率为90.0%~96.0%。

可怕的“死亡区”

科学家们将海洋中氧气浓度很低的缺氧区称为“死亡区”,意思是动物在这里可能会窒息死亡。美国最大的“死亡区”,也是全球第二大缺氧海域,位于密西西比河河口附近的墨西哥湾北部。很少有海洋生物可以在有毒低氧的“死亡区”存活。人类的不良农业正在使这个问题变得更加糟糕。

溶解氧对A^2/O工艺脱氮除磷效果的影响及解决方法

溶解氧对微生物生长的影响很大,通过溶解氧对硝化、反硝化、除磷的影响试验,详细论述了溶解氧对A2/O工艺脱氮除磷的效果影响。试验结果表明,在保证足够好氧泥龄的前提下,提高曝气池的溶解氧,可以改善硝化效果。在好氧段末端设置20～30min的非曝气区,可以使内回流中的DO降低2～3mg/L,当内回流比为400%时可节约碳源28～41mg/L。曝气段中过度曝气会造成生物除磷能力下降。因此,必须通过自动控制维持好氧段的溶解氧在合理水平,并通过设立非曝气区和预缺氧区,消除内外回流中溶解氧过高造成的缺氧区和厌氧区氧化还原电位的提高,从而保证进水中碳源有效用于脱氮除磷。