北京城区雨水管道沉积物污染负荷研究

在北京市城区部分排水管道调研的基础上,通过监测西城区上游、下游雨水管道检查井断面径流中的污染物,研究管道沉积物在次降雨条件下的冲刷释放污染负荷.结果表明,在城市降雨径流污染控制中,雨水管道沉积物的冲刷释放作用对管道出流的污染贡献不可忽视.对于本研究所选取的雨水管道,其中84 m管道中沉积物次降雨(2010年7月9日)过程中对径流出流的污染负荷贡献率分别为:TN(总氮)8.5%、TP(总磷)8.2%、COD 18.3%、SS(悬浮颗粒物)7.7%;295 m管道中沉积物次降雨过程中(2010年8月4日)的污染负荷贡献率为:TN(总氮)23.12%、TP(总磷)30.01%、COD 33.78%、SS(悬浮颗粒物)31.89%.因此,为保证城市水环境得到根本的改善,明确雨水管道沉积物冲刷释放的量对径流总量的控制有一定的借鉴意义.     

合流制面源污染传输过程与污染源解析

科学认识和全面理解合流制面源污染发生路径和污染贡献源对于治理和改善城市水环境至关重要.本研究以珠海市典型老城区的合流制小排水区为例,分析了污染物在地表与管道中的累积-冲刷过程,并运用质量守恒法解析了污染物的贡献源.结果表明,地表街尘累积量为(28. 81±10. 69) g·m~(-2),多场降雨事件中地表街尘冲刷量为(19. 27±10. 90) g·m~(-2),冲刷率为(52. 69±13. 3)%,其冲刷形成的地表径流中SS场降雨浓度为52～109 mg·L~(-1),管道径流中SS的浓度为68～158mg·L~(-1);地表径流对SS的贡献率为39%～72%,旱流污水对SS的贡献率20%,管道沉积物再悬浮对SS的贡献率为13%～56%;管道沉积物的厚度在小雨和中雨时增加1～14 cm,大雨和暴雨时,减少7～17 cm;降雨特征影响了污染源贡献比率,其中地表径流对各污染物的贡献范围为2%～52%,旱流污水对各污染物的贡献率范围为9%～65%,管道沉积物对各污染物的贡献范围为8%～81%.基于上述研究结果,为合流制面源污染提出控制措施,以期为我国城市受纳水体污染的解决提供参考.     

海绵城市地块汇水区颗粒污染物的传输

目前我国海绵工程建设多集中在地块汇水区单元内开展,通过多个低影响开发(LID)设施协同完成地表径流水质水量的调控,但基于地块汇水区尺度下城市面源污染的产生和控制效果鲜有报道.本研究比较分析了不同硬化率地块汇水单元内的面源颗粒污染物晴天累积、降雨冲刷、地表径流及径流输出负荷状况.结果表明,地块汇水单元内硬质路面是面源颗粒污染物贡献的最主要的下垫面类型,中硬化率(61.1%)地块和高硬化率(73.6%)地块路面街尘累积量分别约占汇水区单元的88.4%(2.22～12.51 g·m~(-2))和90.1%(4.99～33.43 g·m~(-2)),对径流SS的输出贡献比率分别约为91.7%(0.97～7.34 g·m~(-2))和90.5%(0.92～18.77 g·m~(-2)),降雨径流SS污染负荷占比分别约为95.2%和83.1%,经LID设施处理后输出径流污染负荷约为地表径流的24.0%和40.2%.硬质路面的街尘晴天累积及降雨冲刷以150μm为主,地表径流及输出径流则以50μm粒径段为主,同时地块不透水比例的增加,细粒径(105μm)颗粒物的累积及冲刷分布增大(24.4%和106.4%),而粒径50μm的颗粒物在路面径流中的分布减小(12.4%).屋面的街尘累积、冲刷及降雨径流的粒径分布状况与硬质路面大致相似,但中硬化率地块(1 000μm)和高硬化率地块(250～450μm、45μm)在3个粒径段范围的颗粒物累积和冲刷相较于路面街尘粒径分布明显增加(1 000μm:58.1%和108.5%; 250～450μm:72.9%和41.8%;45μm:59.2%和64.8%).以上结果揭示了颗粒污染物在地块汇水区尺度下的污染全过程(累积-冲刷-输出)分布及LID设施对地块整体SS污染负荷的控制效果,可为地块汇水单元内LID设施工程绩效的科学评估提供重要参考.     

北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程进行了监测和分析,计算了两种径流的次降雨平均浓度(EMC)水平,发现两类径流的COD和TN污染较为严重;屋面径流的化学需氧量(COD)、总氮(TN)分别超标(地表水环境质量标准GB 3838-2002 V类)3.64和4.80倍;路面径流的COD、TN分别超标3.73和1.07倍.利用M(V)曲线,判断径流量同径流污染负荷的关系,发现屋面径流污染物总悬浮颗粒物(TSS)、COD、TN和总磷(TP)发生了不同程度的初始冲刷现象;路面初始冲刷现象主要表现为TSS和TP,总体上初始冲刷效应不明显.汇水面性质、降雨强度、污染物累积状况等都是影响屋面和路面径流污染物排放特征的重要影响因素.     

污水管道沉积物分层冲刷的起动规律及其污染贡献特性

为探明管道沉积物的断面污染物分布特征,揭示梯度冲刷强度下沉积物的分层冲刷起动规律及其污染贡献特性,通过建立一套污水管道沉积物冲刷模拟装置,基于管道沉积物分层分布理论,揭示了沉积物不同断面颗粒粒径以及碳、氮、磷等污染物的含量变化规律.此外,根据无黏性沉积物初始运动的临界剪应力公式进行计算,结果表明,随粒径的增大,不同分层颗粒下理论临界剪切应力从0.038N/m²增加0.261N/m²;随设计水流剪切力从0.1N/m²增加到0.3N/m²时,沉积物对污水的TCOD贡献率从6.4%增加到46.3%,TN贡献率从25.3%增加到40.6%,而TP从42.9%降低到25.1%,且在各类污染物的附着含量对比下,随水流强度增大,冲刷起动的悬浮物为有机类污染物的占比最高.据此可知,粒径大小对污染物的污染负荷分布具有较大影响,且污染负荷分布对水流冲刷的溢流污染物浓度变化具有相关性.因此,明确管道沉积物分层冲刷水流强度及溢流污染物浓度变化有助于有效控制水体污染情况.     

苏州城市典型汇水面雨水径流初期冲刷规律分析

选取苏州高架路面、沥青油毡屋面、瓦屋面3种城区典型性汇水面的雨水径流作为研究对象,对径流中主要污染物COD,SS,TP,NH3-N进行监测,对不同汇水面的初期冲刷规律作曲线拟合和对比分析,研究得出影响初期冲刷效应的主要因素是降雨强度.     

三峡库区小流域不同土地利用类型对氮素流失影响

作为一个独立汇水单元,小流域是三峡库区面源污染源头.在三峡库区涪陵段王家沟小流域内选择最具有代表性3种土地利用类型布设地表径流监测点,利用2014年5~12月12场自然降雨采集地表径流样品,分析不同土地利用类型及其构成的坡面、子流域氮素流失浓度时空变化特征,揭示三峡库区小流域不同土地利用类型与氮素流失关系.结果表明,不同土地利用类型春季作物时期TN平均流失浓度差异最大,旱地分别是桑树套种地、水田的1.61、6.73倍;水田3个时期TN流失浓度变化最显著.氮素流失以NO~-_3-N为主,TN与NO~-_3-N存在显著的线性相关关系.TN、NO~-_3-N流失浓度与坡面旱地作物玉米、榨菜面积比显著正相关,与水稻、桑树面积比显著负相关;NH~+_4-N流失浓度与坡面榨菜面积比显著正相关.不同土地利用类型组成坡面中,桑树套种地与水田组成的坡面3个时期TN地表径流平均流失浓度最低,分别为2.55、11.52和8.58mg·L~(-1);玉米榨菜轮作旱地坡面最高,分别为27.51、25.11和27.11 mg·L~(-1).子流域不同土地类型和空间组合方式对其TN流失浓度影响较大,合理调整流域土地利用结构和空间布局是三峡库区面源污染源头控制有效措施.     

上海市淀北片降雨径流过程污染时空特性分析

面源是城市水体的主要污染来源之一,其负荷强度及时空分布特征对于城市水环境污染防治具有重要意义.以上海市淀北片为研究区域,选择漕河泾为代表性汇水单元,按照屋面、路面、绿地3种下垫面,于2015年期间进行大、中、小3种雨型的径流-水质同步监测,分析降雨径流特性和面源污染负荷强度,并结合GIS估算区域面源污染负荷的空间分布.结果表明:淀北片CODMn、TP、TN、NH3-N年径流污染负荷强度均值分别为385.40、4.07、57.22、11.22 kg·hm-2·a-1,总体强度较大;屋面和路面径流污染负荷均具有一定程度的初期冲刷效应,对初期55%径流采取截流措施可有效控制60%~70%的面源污染负荷;根据受纳水体河道的空间拓扑,对研究区域进行汇水单元划分,并考虑雨型对污染物EMC(事件平均浓度)的影响,可更精确地估算城市面源污染负荷及其对城市河道的影响,为城市河道水环境治理提供污染负荷来源信息,从而对河道及城市面源污染进行高效而有针对性的治理.     

合流制排水系统降雨径流污染物的特性及来源

在昆明市典型合流制排水小区对降雨径流进出水水量、水质进行了研究,旨在揭示城市区域合流制排水系统中降雨径漉不同来源的污染物特性及各个污染源的比倒.分别监测了合流制排水系统日常污水以及4场降雨期间小区出口断面、街道、屋顶、庭院降雨径流的水量、水质.结果表明,人为干扰是影响城市径流污染物输出强度的主要因素,城市下垫面降雨径流污染物输出浓度顺序为:道路>庭院>屋顶,道路是城市面源污染的关键源区;道路次降雨径流量约25%,却产出了40%～80%的污染物,而屋顶次降雨径流量约50%,却仅有4%～30%的污染物负荷.合流制排水系统中管道沉积物在降雨期间的迁移是重要的污染源,4场降雨中管道沉积物的TN、TP、SS、COD和BOD5的污染贡献率在30%以上.降雨强度是影响管道沉积物输出的重要因素,在高强度降雨下,管道沉积物污染贡献率高50%以上.在不同的降雨特性条件下,合流制排水系统主导污染源有所不同.     

透水路面-生物滞留池组合道路的城市面源污染控制效果评估

不同低影响开发(LID)技术组合对于控制城市面源污染具有重要应用价值,但是其对城市面源污染形成过程(污染物累积-冲刷-输送)的影响及污染负荷削减效果的评估鲜见报道.本研究以深圳市国际低碳城为例,分析了6场降雨事件下透水路面-生物滞留池组合对城市面源晴天污染物累积量、降雨径流冲刷量、不同LID设施的削减量、溢流的负荷量的影响.结果表明,研究区地表颗粒物平均累积量为(15.80±3.79)g·m~(-2),粒径250μm的颗粒物质量占比约为65.14%;6场不同强度降雨对地表颗粒物的平均冲刷率为17.15%,粒径105μm的颗粒物冲刷率为62.71%~74.94%;降雨冲刷地表径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为2.02、0.025、0.001 3 g·m~(-2);透水路面下渗、过滤作用对污染物SS、TN、TP的去除率分别为70.26%、46.29%、19.27%;生物滞留池对径流二次净化去除率分别为85.25%、20.22%、70.27%;入河径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为0.08、0.011、0.000 3 g·m~(-2),是地表冲刷污染负荷的4.05%、43.47%、24.39%.透水路面-生物滞留池组合应用对道路径流中污染物的净化效果显著.通过定量化表征透水路面-生物滞留池组合应用道路的城市面源污染形成过程,以期为城市面源污染形成过程的污染负荷估算及LID工程绩效评估提供科学依据,为LID在国内的推广应用和海绵城市设计提供参考.     

武汉市城区降雨径流污染负荷对受纳水体的贡献

通过连续3年对武汉市汉阳城区降雨径流污染的监测研究,考察了降雨径流污染对受纳水体的贡献.结果表明,城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷占有很大的比例,是引起城市水环境质量恶化的主要原因之一.在城市集水区尺度上,3个没有实施截污工程的雨、污合流制集水区降雨径流输出的TSS、COD、TN和TP分别占集水区总污染负荷的59.4%、26.3%、11.2%和10.1%.采取截流措施,控制初期径流污染是合流制城区降雨径流污染控制的关键.     

城市绿地降雨径流污染特征对比研究：以澳门与厦门为例

在澳门与厦门分别选一分流制管道类型的绿地小流域开展降雨径流监测,以研究城市绿地降雨径流污染特征.结果表明,两城市绿地小流域降雨径流的主要污染物为COD、TP、NO_3~--N,其EMC平均值分别为165.77～60.48 mg/L、 0.96～0.44 mg/L和7.16～1.18 mg/L;两城市绿地的COD、TP、NO_3~--N污染负荷平均值分别为6.53～0.63 kg/hm~2、 0.037 5～0.0047 kg/hm~2 和0.012 2～0.012 8 kg/hm~2;绿地降雨径流污染物浓度峰值出现时间早于径流量峰值;城市绿地降雨径流初始冲刷效应不明显,厦门绿地小流域降雨径流COD、TSS、TP及NO_3~--N的FF_(30)分别为36.26%、 26.13%、 28.13% 和39.03%.基于多元回归分析结果表明,总降雨量和总径流量是影响绿地降雨径流污染初始冲刷效应的主要因素.     

合流制排水系统雨天溢流污染CMB法源解析

对上海市某合流制排水系统服务范围内的地表径流、旱流污水和管道沉积物的污染物特性进行检测分析,通过对比不同污染源的污染特征,确定Zn、NH+4-N、P的含量分别在地表径流、旱流污水和管道沉积物中具有特异性且相对稳定,提出以Zn/P、NH+4-N/Zn、P/K这3个无量纲比值作为上述3个排放源各自的特征参数,据此探讨了CMB法在合流制雨天溢流污染源解析中的应用,结果表明,地表径流、旱流污水和管道沉积物对溢流污染的平均贡献率分别为42.8%、12.2%、23.8%,解析结果可基本反映CSO污染的构成情况.研究方法与结果为合流制系统雨天溢流污染源解析提供了参考.     

城市污水管网中污染物冲刷与沉积规律

为探明城市污水管网中污染物的冲刷与沉积规律,对西安市污水管网进行实际调研,结果表明,污水支管和干管的沉积物厚度时变化较大,变化量分别为0~24 mm和0~12 mm,管道污水中颗粒态污染物发生沉积和冲刷的概率高;而污水主干管的沉积物厚度时变化较小,管道内颗粒物沉积与沉积物冲刷水平维持相对平衡.为进一步明确污水中污染物浓度变化与水流流速的关系,建立了污水管道冲刷与沉积模拟中试装置,研究了不同流速下管道中碳(有机)、氮、磷三类污染物含量和粒径分布的变化规律.结果表明,随着污水流速的增加,冲刷强度增大,管道中污染物浓度急剧升高,通过粒径分布监测结果可知,管道中有机污染物易存在于粒径较大的颗粒物上,氮、磷类污染物易吸附在粒径较小的颗粒物上;当流速小于0.6 m·s~(-1)时,污水中颗粒态污染物的沉积作用大于冲刷作用,发生物理沉积,造成污水中碳源不足,当流速大于0.6 m·s~(-1)时,水流冲刷强度增大,沉积物被水流大量携带,但污水中碳类有机污染物的增加比重大于氮和磷类污染物,使现有污水碳源不足得到改观,利于生物脱氮除磷工艺的碳源需求.     

城市排水管道内污染物迁移转化规律研究进展

城市排水管道内污染物随水流沿程降解转化,是造成管道腐蚀、有毒有害气体产生的重要原因,掌握污染物的迁移转化规律,对于优化排水系统运行、改善管网周边环境具有重要意义.在阐述污水和沉积物两相污染特性的基础上,着重综述了管道内污染物的迁移转化规律:①常量污染物（如氮、磷、硫）在管道内好氧-厌氧交替的条件下沿程降解释放,微量污染物难以完全降解,多发生形态结构变化或由水相向沉积相中迁移.②管道生物膜对污染物的降解转化起主导作用,管道内高基质浓度环境和水流冲刷作用为生物膜稳定状态的维持创造了有利条件.③污染物迁移过程中,气体的产生受有机物浓度、温度、水力停留时间及流速的影响,应结合管道内实际污染物的组成情况采用相应的有害气体控制措施.在污染物迁移转化规律研究中,模型模拟是重要的研究方法,现有模型多从生化反应过程和水力学的角度切入,随着人工智能等新兴技术逐渐应用于管道建模,模型的精确度不断提高.建议今后加强污染物在管道内污水、沉积物、空气三相间迁移转化规律的研究,尤其是针对微量污染物的研究应广泛开展;在实际应用中,应在全面分析管道内污染特性的基础上,实施针对性的污染物抑制策略,建立符合本地特征的污染物迁移转化模型.      

基于污染物受纳量的城镇生活污水处理率指标研究

我国通过污水处理率来评价生活污水处理水平,但污水处理率仅考虑了污水处理设施进水处理的水量,忽略了雨污合流、地下水混入、抽取河水处理等原因导致的污染物收集水平不足.以成都市岷江外江流域为研究区域,开展了城镇生活污水收集和评价指标优化研究,提出了基于污染物受纳量的城镇生活污水污染物处理率概念和核算方法体系,在划分控制单元基础上,核算生活污水污染物的产生量和处理量.研究发现,该流域污水处理厂进水浓度普遍偏低,进水水质存在季节性波动,说明可能存在丰水期雨水、河水或地下水混入稀释的情况,枯水期的进水数据更能反映区域生活污水排放情况;传统污水处理率计算显示该流域污水处理率高于100%,但全流域的COD_Cr、氨氮和总磷污染物处理率分别为37.50%、36.25%和30.14%,与该流域的水环境质量特征和污水管网建设水平相符;在污水管网未完善的地区,采用污染物处理率更能有效评价和反映区域污水收集和处理程度.     

Catchment-wide assessment of the cost-effectiveness of stormwater remediation measures in urban areas

The cost effectiveness of catchment-wide funding for the environmental remediation of urban waterways on the scale of a major metropolitan catchment is examined considering the typical land-use and pollutant-export characteristics of urban catchments. The evaluation is performed by comparing the effectiveness of the major stormwater treatment modes for the pollutants of concern with the proportion of pollutant export to which the measure applies. The heavy metals copper, lead, and zinc in the aqueous phase or bound to fine particulates are identified as representative of the pollutants of concern in drainage from urban catchments. The analysis suggests that these priority pollutants are predominantly (79–87%) derived from runoff from residential property and roads as disseminated urban surfaces. Analysis of a specific case of catchment-wide funding of stormwater remediation in the Sydney Harbour catchment, Australia reveals that the funding allocation cannot be expected to have achieved reductions in the loads of priority pollutants due to the types of treatment measures implemented and the sources addressed. The apportionment of funding in better accordance with the maximum potential effectiveness of stormwater treatment modes and the pollutant-export characteristics of urban catchments could thus be expected to achieve a more cost-effective result from such funding initiatives.     

城市排水系统沉积物特性研究

重点阐述了沉积物的来源和组成,沉积物的颗粒粒径、有机物含量(VSS/SS)、颗粒粘性和颗粒密度等物化性质,以及附着于沉积物上的金属污染物的相关特征。其粒度分布范围是D10为1.89～223.21μm,D50为12.38～437.30μm,D90为39.06～1 572.52μm;VSS/SS的范围是1%～38%;密度范围是1.80～2.47 g/cm3。金属污染物主要的附着对象是沉积物中的细小颗粒如生物膜上。以上沉积物性质对于解决排水系统的泥沙淤积问题以及水体污染的控制都具有重要意义。     

攀钢外排废水质量分析

对攀钢11个废水外排口8种主要污染物5年的监测结果进行统计,分析了攀钢外排废水的污染特征及其随排放口、年度、季节的变化规律,对其污染状况作了初步评价,对污染物质的环境影响进行简单预测并提出了相应的控制措施。