合流制排水系统的集成优化处理

镇江地区的合流制排水系统改造及雨天溢流污染控制已经步入实施阶段,但针对排水系统的雨天雨水径流水质、水量及降雨特征还缺乏系统的研究,对雨天排水系统溢流水质水量与旱流污水及雨水径流水质水量的相关性也缺乏必要的了解。主要对镇江地区旱流污水水质、雨水径流水质和溢流水质特性进行了监测和分析,提出采用溢流污水调蓄与强化快速处理工艺对溢流污水进行末端处理,并进行了中试试验,结果表明,出水基本达到城镇二级污水处理厂排放标准,可有效控制溢流污染负荷。该工艺可为镇江地区的合流制排水系统溢流污水的末端处理提供示范。     

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.     

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.     

雨、污合流制城区降雨径流污染的迁移转化过程与来源研究

2003～2006年通过对武汉市汉阳城区不同尺度降雨径流、市政污水的监测,结合环境地球化学方法,研究雨、污合流制城区降雨径流污染的形成、迁移转化过程及污染来源.结果表明,雨、污合流制城区地表径流汇入排水系统,经排水系统传输,污染程度显著增加.屋面径流中TSS和COD浓度（EMC）的平均值分别为18.7 mg/L和37.0 mg/L,路面径流中TSS、COD浓度（EMC）的平均值分别为225.3 mg/L和176.5 mg/L,而在集水区出口处径流中TSS、COD浓度（EMC）的平均值分别为449.7 mg/L和359.9 mg/L;污染物的组成也发生了明显的改变,颗粒态COD增加了18%,有机污染增强.研究还发现,城市地表、雨水口、生活污水管和合流管道沉积物中P、Fe含量具有明显分异特征,可以利用沉积物中P/Fe识别集水区尺度降雨径流污染成因与来源.据此对集水区出口2次径流污染来源计算,56%±26%的悬浮物来自城市地表与雨水口,44%±26%的悬浮物源于生活污水的沉积物.生活污水中污染物对降雨径流污染的贡献是通过在合流管道中形成沉积发生的.雨、污合流管道在降雨径流污染形成过程中发挥了转化器和加重径流污染的作用.减少合流管道中沉积物的形成是削减径流污染负荷的途径之一.     

北京市新建城区不透水地表径流N、P输出形态特征研究

2010年通过对北京市新建城区典型不透水地表径流水样的采集与分析,研究新建城区地表径流水质特征及其N、P输出形态组成,以期为城市地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,北京市新建区典型不透水地表屋面和道路地表径流污染初期冲刷效应显著,屋面径流污染负荷的输出主要集中在初期10 mm径流,而道路径流污染负荷的输出主要集中在初期15 mm径流.屋面地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为50.2、81.7、6.07、2.94、1.05和0.11 mg·L-1;道路地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为539.0、276.4、7.00、1.71、1.51和0.61 mg·L-1.屋面径流颗粒态COD、TN和TP分别占20.8%、12.3%和49.7%,道路径流颗粒态COD、TN和TP分别占68.6%、20.0%和73.6%.屋面径流溶解性氮素占总氮87.7%,其中NH4+-N和NO3--N分别占57.6%和22.5%,道路径流溶解性氮素占总氮的80.0%,其中NH4+-N和NO3--N分别占42.1%和35.0%.城市地表径流污染控制应加强NH4+-N和NO3--N的去除.     

基于PMF模型的城市黑臭水体污染源解析 ——以武汉市湖溪河为例

城区重度污染湖溪河的污染源解析对城市黑臭水体治理具有基础效应,其源解析的可行方法之一是正定矩阵因子分解法(positive matrix factorization,PMF)。研究基于湖溪河珞喻东路排口的水质监测数据,运用PMF定量解析其主要污染来源。PMF解析结果表明,城区生活污水是监测点水质主源(39.5%),次源为管内沉积物(28.88%)、工业园区废水(16.24%)和地表径流(15.38%)。检测水质中NH_3-N源以城区生活污水为主,COD主要源于管内沉积物和城区污水,TP源以管内沉积物和工业园区废水为主,TN源以城区污水和管内沉积物为主,SS主要源于地表径流。     

上海市合流制管道雨污混合水和典型生活污水水质调查与分析

对上海市合流制管道雨污混合水及典型生活污水水质的调查结果进行了分析.结果表明,合流制管道的雨污混合水尤其是初期雨污水的水质波动大,污染负荷高.随着降雨的持续,雨污混合水的浓度逐渐降低.根据调查,上海市典型居民生活污水设计参考浓度为cODCr300mg/L,BOD51 50mg/L,NH3-N30mg/L;餐饮业污水设计参考浓度为cODCr700mg/L,BOD5200m9/L,NH3-N17mg/L;一般企事业单位生活污染源污水设计参考浓度为c0DCr400mg/L,BOD51 80mg/L,NH3-N30mg/L.     

上海中心城区合流制排水系统调蓄池环境效应研究

于2006~2008年同步监测了上海中心城区成都路合流制排水系统20余次的降雨、径流和径流水质过程,研究了国内首座投入使用的城市大型排水系统调蓄池的环境效应.结果表明,调蓄池有效提高了排水系统排水能力,系统截流倍数可从3.87倍提高到6.90~9.92倍.对暴雨溢流和旱流试车溢流的年际平均削减量分别为9.10×104m3和8.37×104m3,削减率分别达9.00%和100%.对暴雨溢流COD、BOD5、SS、NH4+-N和TP的年际平均削减率分别为13.76%、19.69%、15.29%、18.24%和15.10%,相应削减量分别为41.21、12.37、50.10、2.12和0.29 t.a-1.调蓄池可100%削减旱流试车溢流污染,相应污染物的削减量分别为20.75、4.87、14.90、4.49和0.30 t.a-1.分析显示调蓄池设计标准、运行模式和降雨条件是影响调蓄池环境效应发挥的重要因素.     

不同混接程度分流制雨水系统旱流水量及污染负荷来源研究

对上海市3个典型分流制雨水系统H、G、N的旱流污水水量水质进行了研究.在调查泵站运行情况、服务区域的特点的基础上,得出3个系统单位面积的截流水量分别为3 610、1 550和2 970 m3~/(km~2·d);生活污水混入比例分别为25%、85%、71%;H系统以地下水渗入为主,旱流污染程度最轻,G、N系统都以生活污水混入为主,旱流污染较为严重.对旱流污水可能的混接来源--灰水、黑水、地下水的水质特征进行了初步探索,提出以LAS/NH_4~+-N、NH_4~+-N/K、Mg/K 3个参数作为灰水、黑水和地下水的示踪水质参数,灰水的特点为LAS/NH_4~+-N>0.2、NH_4~+-N/K<1,包含黑水的生活污水的特点为LAS/NH_4~+-N<0.2、NH_4~+-N/K>1.在此基础上初步探讨了流程图法和CMBM法在雨水系统旱流溯源中的应用,得到的结果与水量水质综合分析的结果基本相符.研究结论和方法可为国内类似分流制雨水系统旱流来源的分析诊断以及后续改造工程提供指导.     

重庆市典型城镇区地表径流污染特征

以重庆大渡口区建胜镇为典型区域,选取水泥瓦屋顶、石棉瓦屋顶、水泥平屋顶、居民区水泥路面、餐饮沥青路面、油库沥青路面等不透水下垫面和附近一条合流制溢流渠为采样点,研究了城镇地表径流中营养性污染物和重金属排放特征.结果表明,路面径流中TSS、COD、TN、TP平均质量浓度为(1 681.2±677.2)、(1 154.7±415.5)、(12.07±2.72)、(3.32±1.15)mg·L-1,普遍高于屋面径流污染物平均质量浓度:(13.3±6.5)、(100.4±24.8)、(3.58±0.70)、(0.10±0.02)mg·L-1.不透水地表径流中,TDN、TDP分别占TN、TP的62.60%±34.38%、42.22%±33.94%.与中心城区相比,本城镇地表径流污染物质量浓度一般较高.合流制溢流中,TSS、COD、TDN、TN、TDP、TP为(281.57±308.38)、(231.21±42.95)、(8.16±2.78)、(10.60±3.94)、(0.38±0.23)、(1.51±0.75)mg·L-1,重金属质量浓度均未超过地表水环境质量Ⅴ类标准.合流制溢流中大部分污染物存在初期冲刷效应,而TSS的初期冲刷效应较弱.合流制溢流中,COD、TP与TSS都具有显著正相关关系,NH+4-N和TP、TDP、TN、TDP之间呈显著正相关关系,而NO-3-N和其它指标都呈负相关关系.     

合流制排水管道雨季出流污染负荷研究

针对北京城区合流制排水管道雨季溢流及雨后河道水质恶化等问题,研究了3场降雨期间合流制排水系统不同来源的污染物特性及污染贡献.通过对2012年雨季几场降雨的降雨量数据监测与统计发现,护城河沿岸合流制排水系统累积雨量约10 mm时发生溢流.特大暴雨情况下,溢流水质的污染物平均浓度高于排水系统旱流污水的污染物浓度,溢流水质差,污染物浓度范围为:TN 5.11 ～ 16.36 mg·L-1,TP 4.34 ～10.52 mg·L-1,氨氮1.88～12.73 mg·L-1,COD 134～250 mg·L-1,SS 120 ～155 mg·L-1.管道沉积物在降雨期间对出流水质的污染贡献率分别为:TN 20.9％ ～44.6％,TP 35.76％～47.3％,COD 46.2％ ～48.8％,SS 35.7％ ～79.7％.控制合流制排水管道沉积物的沉积和冲刷对排水系统的正常运行及削减雨季出流污染负荷具有重要意义.     

温州城市不同下垫面径流中无机氮的含量及初期冲刷效应

在温州两个采样区分别监测了4场降雨事件,选取交通干道、停车场、小区屋面、小区路面、城市排水系统汇流口、草地等6种下垫面,测定地表降雨径流中溶解铵态氮（NH＋4-N）、溶解硝态氮（NO-3-N）、溶解亚硝态氮（NO-2-N）的含量及基本理化指标.结果表明,温州城市降雨径流中NH＋4-N、NO-3-N和NO-2-N的降雨事件平均浓度（EMC）值分别介于0.40～5.55、0.01～4.70、0～0.87mg·L-1（以N计）之间,九山外河区域氮污染比山下河区域严重,交通干道、居民生活区是氮污染严重的地方,应加以重视.多数下垫面径流中溶解态无机氮以NH＋4-N为主,比例可达50%以上,九山外河区域各下垫面径流中NH＋4-N普遍超过了地表水环境V类水标准.除小区路面以外,各下垫面径流多次出现NH＋4-N的初期冲刷效应,仅小区屋面和汇流口径流中出现过NO--N初期冲刷效应.     

生物炭配施缓控释肥对稻田田面水氮素动态变化及径流流失的影响

在太湖流域,通过田间试验研究了控释肥(CRF)、生物炭配施控释肥(BC+CRF)、生物炭配施稳定性肥(BC+SF)、生物炭配施控释肥和稳定性肥(BC+CRF+SF)4种施肥处理对稻田田面水p H、氮素动态变化、氮素径流流失的影响.结果表明,田面水平均p H介于5.64~8.15,生物炭配施控释肥和稳定性肥田面水p H降低3.16%~4.48%.田面水平均全氮(TN)质量浓度介于19.05~25.23 mg·L~(-1),生物炭配施控释肥和稳定性肥田面水TN质量浓度显著降低4.75%~6.58%.田面水无机氮素以铵态氮(NH_4~+-N)为主,NH_4~+-N和硝态氮(NO_3~--N)平均质量浓度分别介于0.01~17.26 mg·L~(-1)和0.24~3.11mg·L~(-1).与单施控释肥相比,各处理田面水NH_4~+-N和NO_3~--N质量浓度分别显著降低35.89%~48.78%和20.54%~37.01%.生物炭配施稳定性肥显著降低了田面水NH_4~+-N和NO_3~--N质量浓度,有效减少无机氮素径流流失风险.TN、NH_4~+-N、NO_3~--N径流流失量分别介于16.24~18.09、1.76~2.22、0.76~1.38 kg·hm~(-2).与单施控释肥相比,各处理TN、NH_4~+-N、NO_3~--N径流流失均有不同程度削减.生物炭配施控释肥和稳定性肥显著削减了氮素径流流失,有效降低区域稻田氮素面源污染风险.     

太湖丘陵地区农田氮素迁移的时空分布特征

在太湖丘陵地区选择4种有代表性的土地利用类型进行野外原位试验,研究自然降雨条件下氮素随地表径流迁移的时空分布特征.试验结果表明,随地表径流迁移的农田氮素以氨氮为主,其“次降雨径流平均浓度”中位值占总氮的44.5%,亚硝态氮浓度最小,仅占1.8%.地表径流中的氮素浓度存在显著的季节性差异,其分布主要受降水量、气温等气象条件以及农事活动的影响.总氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的“多场降雨径流平均浓度”的时间变异性依次减小.菜地径流中总氮、氨氮和硝态氮以及竹林亚硝态氮的SMC值最高,不同土地利用下氮素浓度的空间分布主要与施肥条件以及植被覆盖度有关.各氮素形态SMC值的空间变异性小于其时间变异性.旱地和菜地的氮素迁移通量大于板栗林和竹林,径流量是导致迁移通量存在显著差异的主导因素.     

重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.     

绿色屋面降雨径流水质源汇特征及污染源解析

2016年4月—2017年10月对93场降雨事件绿色屋面径流、沥青屋面径流和干湿沉降进行采样分析,运用多元统计方法,基于径流水质浓度和污染负荷两种角度,重点揭示绿色屋面径流水质的源汇特征,识别绿色屋面对降雨径流的滞留能力及影响因素,探讨了绿色屋面径流的污染来源.结果表明：绿色屋面具有很好的径流滞留效果,平均径流滞留率达到53.4%.绿色屋面径流滞留率月变化受到降雨量的显著影响,表现为在丰水期7、8和10月径流滞留率（73.6%、80.9%和93.6%）小于枯水期4、5、11和12月滞留率（100%）.绿色屋面径流滞留率与降雨量和降雨历时表现出显著的负相关关系,与雨前干期相关性较弱.基于径流水质,绿色屋面显著增加了径流中EC、COD、TOC、K⁺、Ca²⁺、Cl^-和SO₄^2-的浓度,是它们的污染源,但显著降低了径流中NH₄⁺-N和Zn的浓度,是它们的汇;基于污染负荷,绿色屋面仅是K⁺、Cl^-和SO₄^2-的污染源,是NH₄⁺-N和Zn的汇.绿色屋面存在4类污染源,即有机物和重金属源（来自于泥炭土和沥青油毡）、离子污染源（来自于泥炭土和蛭石）、物化污染源和营养物质污染源（来自于泥炭土和大气沉降）.研究结果可为绿色屋面的科学设计,管理和控制城市暴雨径流提供科学依据.     

黄土高塬沟壑区典型城郊流域地表水硝酸盐来源示踪

随着工农业的快速发展,地表水硝酸盐污染已成为黄土高原地区严重的环境问题之一.以黄土高塬沟壑区典型城郊流域砚瓦川为研究区,采用水化学分析方法和氮氧双稳定同位素技术,并结合SIAR模型,定量识别旱季和雨季研究区地表水硝酸盐不同污染源的贡献率,阐明不同污染源季节性差异的主要原因.结果表明,流域地表水无机氮主要以NO₃^--N和NO₂^--N形态存在,NO₃^--N和NO₂^--N雨季浓度平均值均高于旱季,而NH₄⁺-N则呈现相反特征;流域内地表水硝酸盐的转化过程主要以硝化作用为主,雨季其主要来源是粪肥污水,而旱季主要为粪肥污水和土壤氮淋溶,铵肥次之;不同污染源对流域地表水硝酸盐的贡献比例具有显著的季节性差异,旱季与雨季城镇污水排放的贡献比例均为最高,分别为31.40%和65.66%,且雨季污水排放对NO₃^-的影响远高于旱季,夏季居民用水增加导致大量污水排放至流域内是引起这一现象的主要原因.     

亚热带农区生态沟渠对农业径流中氮素迁移拦截效应研究

以我国亚热带农业面源污染防控工程——生态沟渠为研究对象,在2013~2014年对其径流量和每月进出口水质中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的质量浓度进行监测,通过分析生态沟渠在不同时间段对不同形态氮素的去除差异,探讨了生态沟渠对面源污染中氮素迁移的拦截效应.结果表明,2 a内生态沟渠对NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的平均去除率分别为77.8%、58.3%和48.7%;拦截量分别为38.4、59.6和171.1 kg·a~(-1);进水中无机态氮NO~-_3-N和NH~+_4-N之和占TN质量分数的平均值为47.5%,出水中平均值为33.6%,比进水显著降低(P0.01).2014年生态沟渠中水生植物全部改种为绿狐尾藻后,对NO~-_3-N和TN的拦截率比2013年分别增加了30.5%和18.2%,表明种植绿狐尾藻进一步提升了生态沟渠对氮素的拦截能力.可见,生态沟渠对农区地表径流中氮素迁移有较好的拦截作用,可作为一项重要的农业面源氮污染防控技术.