河水受百年一遇大旱后城市降雨径流的污染与治理
发布时间：2020-04-03
摘要2009年入秋至2010年春，中国西南地区发生了百年一遇的特大旱灾。为探讨河水受百年一遇大旱后降雨径流污染的状况，对昆明典型交通干道路面的降雨径流和河水水质进行了监测，分析了大旱后降雨径流污染的严重性和对河水水质的影响，并考察了曝气塘浮石床水平潜流人工湿地复合系统处理大旱后由城市降雨径流污染导致的重污染河水的效能。结果表明，大旱后的前3场降雨径流污染程度较正常雨季降雨径流污染程度严重，SS、COD、TN及TP浓度平均高出1.3倍。大旱后的前3场降雨径流溢流会对河流造成严重污染。该复合系统在塘调蓄～循环处理运行工况下能有效处理大旱后的重污染河水，对SS、COD、TP、TN和NH4+一N的平均去除率分别为98、90、96、6O和9O，出水均达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2OO2)一级A标准。
关键词河水百年一遇旱灾降雨径流治理
城市降雨冲刷路面等城市下垫面形成降雨径流，其中含有的悬浮物、富营养化物质、有毒物质、油脂类物质等污染物常超标严重并会随径流通过排水管道溢流进入或直接排入河湖，对地表水造成污染_】。]。故了解城市降雨径流污染及其对受纳水体水质的影响，并据此探讨降雨径流污染控制和受污染水体治理，对保护城市水环境及提升水环境质量具重要指导意义。将河道周边闲置地与洼塘改造成人工湿地与氧化塘并引进部分污染河水进行处理，出水再返回下游河道的旁路处理法，是一种低耗、方便、可靠的污染河水处理方法_4]。
2009年入秋至2010年春，我国云南、四川等西南地区发生了百年一遇的秋冬春连旱的特大干旱'。目前国内外有关长时间干旱等异常气候条件下的降雨径流污染的相关研究鲜见报道。为探讨河水受百年一遇大旱后的降雨径流污染的状况及治理，本研究对昆明典型交通干道路面的3次降雨径流和河水水质进行了监测，分析了大旱后降雨径流污染的严重性和对河水水质的影响，并考察了曝气塘～浮石床水平潜流人工湿地复合系统处理大旱后由城市降雨径流污染导致的重污染河水的效能，本系统具有流程简化、占地面积较小、处理效率高的特点，为城市降雨径流污染控制和受污染水体治理提供了有益参考。
1材料与方法
1.1降雨径流采样
于2010年3月27、28日以及4月22日对昆明百年一遇大旱后的前3场城市降雨径流进行了采样，降雨量依次为9.2、l1.6、6.2mm，平均雨强依次为4.8、8.3、4.6mm/h。于2010年8月16、20、25日对正常雨季下的3场降雨径流进行监测，降雨量分别为11.8、8.5、7.8mm，平均雨强分别为5.6、5.7、6.5mm/h。监测点皆位于昆明市主干道学府路(混凝土路面)旁的一个雨水口(汇水面积为5l1.54m。)。采集的水样为降雨全程混合水样，能代表降雨全程污染平均水平。学府路集水区是滇池北岸昆明主城区的一部分，属典型城市混合功能区，人口密度较大，交通繁华，主要有混杂的商居用地，故具一定代表性。
为核实其代表性，于8月16日对昆明城区4个典型路面集水区进行降雨径流污染监测，这4个集水区均位于城市商住混合功能区内。监测结果见表1。从表1可知，学府路集水区路面径流的各污染指标与4个集水区的路面径流各污染物平均浓度的差异均在15%以内，故学府路集水区路面径流污染程度能较好反映整个城区的径流污染状况。
1.2处理工艺设计
新运粮河作为滇池草海入湖河流，是昆明主城区盘龙江以西主要的排洪和排污河道。以新运粮河为例，利用曝气塘一浮石床水平潜流人工湿地复合系统处理受百年一遇大旱后第1场和第3场城市降雨径流污染导致的重污染河水，工艺流程如图1所示。
曝气塘(氧化塘)和水平潜流人工湿地的有效容积分别为3、1m。。湿地所用填料为云南天然浮石(粒径为15～30ram)。塘内种植风车草、芦苇、黄花美人蕉和菖蒲，湿地种植风车草和黄花美人蕉，皆为当地生长的湿地景观植物。塘内水面生长有浮萍，须定期打捞过多的浮萍以确保浮萍能且只能覆盖塘内约8O的水面。塘沿水流方向依次设置等大的曝气区、稳定区及景观区。曝气区内布设曝气管并挂弹性立体填料(装填密度为8O串/m。)，附着其上生长的菌藻共生体既能拦截进水中的部分悬浮物，也能降解和同化部分污染物;稳定区可供曝气区出水中的悬浮颗粒沉降并观察塘底淤积情况，还有利于清淤;景观区内种植挺水景观植物，既能辅助净化污水，又可产生良好的景观美化作用。
系统运行工况为塘调蓄一循环处理工况，即降雨开始后用氧化塘调蓄2.5m。初期重污染河水即直接引水入塘，在150.0L/h的曝气量下让调蓄的重污染河水在塘内循环处理24h(通过安装在塘内的1.5m。/h额定流量的固定化回流泵实现)后再开始进行系统回流处理2d(回流处理时将曝气量下调为37.5L/h进行微曝气，此时气水比(体积比)约为0.8：1.O)，考察回流处理1d后与2d后出水水质的变化。回流到储水池的尾水以45.0L/h的流量人塘，此时塘的水力停留时间(HRT)约为2.7d，湿地的HRT约为1.0d。
1.3分析方法
监测指标有SS、C0D、TN、NH+一N、N0～N、TP，均采用常规标准方法分析[8]。
2结果与讨论
2.1大旱后降雨径流污染的严重性
学府路在大旱后和正常雨季2个时期的降雨径流水质监测结果如表2所示。
从表2可看出，大旱后的前3场降雨形成的降雨径流污染要较正常雨季中的降雨形成的降雨径流污染严重得多，大旱后的前3场降雨径流中SS、COD、TN及TP的平均浓度分别是正常雨季的3场降雨径流中的相应污染物平均浓度的2.6、2.9、1.7、1.8倍，平均为2.3倍。SS是所有城市降雨径流共有的主要污染物。除此之外，对照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)可知，大旱后路面径流COD超出V类水标准13～19倍，TN超出V类水标准5～14倍，TP超出V类水标准0.9～15.6倍;正常雨季路面径流污染要轻得多，但各指标亦均明显超标，COD超出V类水标准3.5～7.3倍，TN超出V类水标准3.0～5.5倍，TP超出V类水标准2.4～5.5倍。
2.2大旱后降雨径流污染对河水水质的影响
本研究以新运粮河为例展开降雨径流污染对河流水质影响的探讨。分别于2010年3—4月、2010年8月及2011年4月对大旱后、正常雨季与旱季3个时期河水水质进行了监测，监测结果如表3所示。
大旱后降雨径流污染导致的河水水质恶化率的计算式为：'7一(—Co)/Co×100(1)
式中：刀为水质恶化率，;与Ci分别为原水与恶化后的水体中污染物质量浓度，mg/L。
由表3并根据式(1)可算出，对于SS、C0D、TN及TP这4种指标，大旱后的前3场降雨径流污染对照正常雨季河水水质造成的水质恶化率分别为24.12%、60.169/6、l8.18和74.579/6，对照正常旱季河水水质造成的水质恶化率分别高达127.78、·70·235.03、52.94%和272.84%。以TP为例，河水水质在正常旱季达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B标准，而正常雨季则降到二级标准，百年一遇大早后甚至降至三级标准。可见，城市降雨径流污染尤其是百年一遇大旱后的前3场降雨径流污染对河水水质产生了重大的负面影响。
2.3受大旱后降雨径流污染的河水的治理
利用曝气塘一浮石床水平潜流人工湿地复合系统处理受百年一遇大旱后第1场和第3场城市降雨径流污染导致的重污染河水，处理效果见图2。
由图2可知，经1d塘内循环处理去除了大部分除NO—N和TN外的其他污染物，经1d系统循环处理后，出水各污染物浓度已达GB18918-2002的一级A标准，而经2d系统循环处理后，出水各污染物得到了深度去除，其中NH+一N浓度达到GB3838-2002中的V类标准，COD达到Ⅳ类标准，TP达到Ⅲ类标准，出水清澈。整个处理工艺对SS与TP平均去除率分别为98和96，去除效果显著且稳定;对COD与NH+-N平均去除率均为90，有机物与NH一N得到很好的去除;对TN平均去除率为6O，从而使TN得到了较好的去除。
经1d塘内循环处理，出水NO—N增加了近2倍，经1d系统循环处理后，出水NO—N减少了19，说明反硝化作用有所增强，而经2d系统循环处理后，出水NO—N又得到微弱去除，去除率仅近4。然而整个工艺出水NO—N平均增加了近1.3倍，说明系统在塘调蓄一循环处理运行工况下硝化作用明显强于反硝化作者，也体现了塘调蓄一循环处理运行工况下的系统具良好氧化环境而对依赖缺氧环境的反硝化菌有较大抑制作用，从而最终影响了系统对TN的去除率。
重污染河水中含有大量悬浮物。经1d的塘内循环处理就可以去除大部分SS、COD与TP,说明系统对河水中悬浮物具有良好的沉降和截留性能，COD与TP主要以颗粒吸附态存在于河水中，因此，会随着悬浮物沉降在塘底累积，进而通过微生物的降解，转化以及湿地植物等的同化而得以去除。
3结论(1)百年一遇大旱后的前3场降雨径流污染程度要较正常雨季降雨径流污染程度严重。城市降雨径流污染尤其是百年一遇大旱后的前3场降雨径流污染会对河水水质产生重大的负面影响。
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