基于再生水循环代谢过程的城市水环境生态风险控制机理与方法

There are still uncertain security risks of hazardous contaminants and nutrients including nitrogen and phosphorus, therefore, ecological risk of water environment must be controlled in order to achieve cleaning, recycle and utilization of municipal wastewater. In this proposal, the treated water by constructed wetlands is aimed to provide as recycle water for urban water system landscape. The removal and influencing mechanism of hazardous contaminants and nutrients including nitrogen and phosphorus in constructed wetlands will be studied. Migration and distribution of hazardous contaminants will be put forward. Synergic relationship of multimedia in constructed wetlands will be clarified, and coupling mechanism will be explained. Control method of catabolism of pollutants by multimedia of constructed wetlands will be established. The identification of key risk factors for biocenosis and ecological risk assessment methods will be established based on the ecological impact of pollution exposure. The results achieved will provide theory and technical support for ecological risk of water environment during cycle metabolism of recycle water.

城市再生水循环体系中的有毒有害污染物及氮磷等营养物质存在很多不确定的安全风险，实现城市污水的净化、再生和利用必须有效地控制水环境生态风险。本项目基于“人工湿地”的生态处理工艺尾水作为再生水进行城市景观水系的循环利用，研究氮磷等营养物质和微量有毒有害化学污染物在人工生态化处理体系中的去除机理及其影响机制；研究微量污染物在自然湿地系统中的迁移转化及分布规律，解析自然湿地系统各介质在污染物代谢中的协同关系，厘清多介质耦合净化机理，建立强化多介质中污染物代谢作用的调控方法；基于污染物暴露的生态影响，建立影响生物群落的关键风险因子识别及其生态风险评价方法。通过本项目的实施能为再生水循环代谢中的城市水环境生态风险控制提供理论与技术支撑，具有重大的理论意义和现实意义。

城市污水中氮磷及有毒有害污染物的高效去除，是实现其循环利用的关键。本项目提出了基于Visual MODFLOW的人工湿地定量化设计方法，并构建了新型人工湿地，有效减少了“死流区”，提高了植物对污染物的去除效能，促进了微生物群落的演化，实现了人工湿地对城市污水中氮磷及抗生素的高效去除，从源头保障了会仙湿地的水生态安全。根据重金属、抗生素、农药、微塑料、氮磷等在会仙湿地重点区域的分布特征及迁移转化规律，确定了氮磷、农药和抗生素是影响会仙湿地水生态环境的主要元素。通过氮磷和抗生素在湿地水体、植物和沉积物（或土壤）中的分布特征，明确了污染物的代谢是土壤（沉积物）、植物及微生物共同作用的结果，且植物/微生物是其自然净化的关键调控因素；并据此提出了优势植物群落组合、功能性微生物投加及植物连续收割等方式强化污染物去除的方法。基于会仙湿地地表水和浅层地下水中农药和抗生素的残留特征，构建了混合污染物生态风险评估方法，阐明了六六六（HCHs）、滴滴涕（DDTs）和七氯是有机氯农药混合生态风险的主要驱动因素，而磺胺类抗生素是会仙湿地生态风险的关键风险因子。项目的研究成果能够为城市再生水循环代谢中的城市水环境生态风险控制提供理论与技术支撑，具有重大的理论和现实意义。