冬春季生态沟渠对农田径流污染物的净化效果分析

为有效提高冬春季沟渠的净化效率,在原有土质沟渠中增设耐寒植物黑麦草浮毯与填料透水坝构建生态沟渠,分析生态沟渠对农田径流中主要污染物的削减率,对比沿程不同处理段对污染物的净化效果,估算植物吸收对于污染通量降低总量的贡献。结果显示:在冬春季节,生态沟渠对总氮(TN)、硝氮(NO_(3)^(-)-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和悬浮物(SS)的总削减率均值分别为29.06%、54.93%、20.76%、54.08%和49.85%。透水坝段的TN和NO_(3)^(-)-N沿程削减率最高;植物浮毯+透水坝段的TP和COD沿程削减率最高;植物浮毯段的SS沿程削减率最高,其对NO_(3)^(-)-N、TP和COD也有较好的净化效果。在降水量达到10 mm以上的9 d内,TN和TP的污染通量降低总量分别为11.43和0.27 kg;黑麦草吸收的氮、磷量分别约占污染通量降低总量的20.6%和55.6%。大雪融化后气温降至0℃以下,可能引起土壤冻融作用,雪水径流中的氮、磷浓度显著升高,此时生态沟渠对径流中氮、磷的净化效果不明显,可利用周边河塘暂存雪水径流,后续结合生态措施对污染物实施强化处理。

农村汇水河浜生态修复组合工程处理效果分析

为有效削减农村集中居住区汇水河浜的污染物,在常州市武进区前黄镇运村村新运小桥浜东北侧次级支浜构建“前置库-湿地塘-生态沟”的生态修复组合工程,并沿水流方向采集水样(平枯水期7次、丰水期7次),监测主要水质指标,包括水温、pH、溶解氧(DO)、总氮(TN)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、硝氮(NO_(3)^(-)-N)、总磷(TP)、磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)、化学需氧量(COD)和悬浮物(SS),计算各污染物的沿程总削减率,分析各工艺段的污染通量,估算组合工程对于该次级支浜污染负荷的年削减量。结果表明:在平枯水期,组合工程主要依靠物理沉降、透水坝拦截等作用削减颗粒态污染物;在丰水期,组合工程主要依靠植物吸收、微生物降解等作用削减溶解态污染物。生活污水和分散菜地对于TN、TP污染负荷的贡献较大;生活污水对COD污染负荷的贡献最大。次级支浜水体氮素中NO_(3)^(-)-N含量较高,磷素中颗粒态磷(PP)含量较高。组合工程对次级支浜陆源污染中TN、TP和COD污染负荷的年削减量分别为166.23、20.07、502.66 kg·a^(-1)。研究表明,生态修复组合工程能够削减部分污染负荷,今后仍须加强来自生产、生活的陆源污染拦截,以及汇入新运小桥浜之后的水体原位净化。

集水花坛组合工程对农村初期径流的污染物削减效果分析

为有效削减农村集中居住区初期地表径流污染,在常州市前黄镇运村新运小桥浜附近构建了“沉降池-调节池-集水花坛”组合工程,主要收集约6.00 hm^(2)集水区域内的初期径流和周边排水,并分别在工程进水口、沉降池出水口、调节池出水口和集水花坛出水口采集水样,监测主要水质指标,分析各污染物的沿程总削减率,估算组合工程对于初期径流污染的削减量。结果表明:(1)组合工程对TN、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、TP、COD_(Cr)和SS的沿程总削减率均值分别为39.1%、47.7%、29.0%、33.3%、33.4%和43.1%。2020年6月15日的暴雨径流对组合工程的冲刷效应明显,除了COD_(Cr)与NH_(4)^(+)-N以外,其余污染物指标出水口浓度均高于进水口。(2)TN与NH_(4)^(+)-N的沿程总削减率呈极显著相关(P<0.01);进水TP主要以溶解态磷的形式存在;COD_(Cr)与SS的沿程总削减率呈极显著相关(P<0.01)。组合工程中存在淹没区,有助于增加水生植物生物量,提高系统的反硝化能力,进而促进氮磷污染物的削减。(3)按照年降雨量进行估算,组合工程对集水区初期径流或排水中TN、TP和COD_(Cr)的年削减量分别约为2.49、0.29和20.94 kg·a^(-1)。后续需加强集水花坛组合工程小型化、标准化、净化效能及抗冲击负荷能力提升的研究,以便在太湖流域农村集中居住区进一步推广应用。

双氧水协同凤眼莲去除富营养化水体中高浓度蓝藻的效果

为了实现蓝藻治理与富营养化水体氮、磷等污染物高效削减的双重目标,以暴发蓝藻的城市富营养化河道水体为分析对象,通过模拟试验,研究H_(2)O_(2)与凤眼莲协同去除水体中高质量浓度蓝藻的效果。H_(2)O_(2)除藻质量浓度阈值探索试验结果显示,15 mg/L H_(2)O_(2)处理4 h后,蓝藻的光合活性下降了75%,24 h内其活性无明显恢复。H_(2)O_(2)与凤眼莲协同试验结果表明,在处理后的前72 h,单一H_(2)O_(2)处理的除藻效果最好,在处理后72 h至处理后96 h,H_(2)O_(2)+凤眼莲处理的除藻效果最好,单一凤眼莲处理在试验后96 h内无明显除藻效果。研究还发现,单一H_(2)O_(2)处理的水体NO_(2)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N、PO_(4)^(3-)-P质量浓度较对照组显著升高,可能存在藻华再次暴发的风险。试验后96 h,H_(2)O_(2)+凤眼莲处理对藻生物量的去除率为74.58%,对总氮(TN)、总磷(TP)的去除率分别为54%、36%。此外,微生物群落分析结果表明,H_(2)O_(2)+凤眼莲处理对水体中蓝藻的去除效果较显著,微生物群落多样性较对照显著提高,由此可见,H_(2)O_(2)协同凤眼莲处理可有效控制蓝藻水华并改善水质。

透水/不透水格局特征对汇水单元径流污染的影响

深入揭示透水/不透水下垫面格局特征(组成、位置和比例等)对城市地块汇水单元地表径流及污染产生能力的影响,对减轻城市内涝及控制面源污染具有重要意义.利用景观格局指数分析透水/不透水下垫面格局特征与地表径流总量(Q)、溶解态污染物累积负荷(Ld)和颗粒态污染物累积负荷(Lp)之间的关系.结果表明:(1)表征破碎度的斑块密度(PD)与最大斑块指数(LPI)分别与Q和Ld呈正、负相关,PD与Ld呈显著正相关(r=0.59,P<0.05,以COD计),LPI与Ld呈显著负相关(r=-0.60,P<0.05,以COD计);(2)表征复杂度的景观形状指数(LSI)和平均斑块形状(MSI)分别与Q和Lp呈正、负相关性,LSI与Lp呈显著正相关(r=0.61,P<0.05,以TP计),MSI与Lp呈极显著负相关(r=-0.62,P<0.01,以TP计);(3)表征聚散度的内聚力指数(COHESION)和分散指数(SPLIT)分别与Q和Ld呈负、正相关性,COHESION与Ld呈显著负相关(r=-0.59,P<0.05,以COD计),SPLIT与Ld呈显著正相关(r=0.6,P<0.05,以COD计);(4)在城市小尺度透水面格局规划上,适量减少细小规则斑块的散乱分布,增加较大的不规则斑块或斑块群,对有效调控地表径流及污染有积极影响.通过透水/不透水面的破碎度、复杂度和聚散度与汇水区单元径流产生和污染输出的相关性分析,以期从格局特征(面积、距离和形状等)考虑合理配置LID设施调控径流污染提供新思路.

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(>1000μm)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(>1000μm: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.