城市滨水区水污染特征及控制技术研究——以镇江市内江为例

摘要

城市经济活动的高度集聚，促使大量的物质和能量在城市生态系统中循环和流动，这给城市水环境带来了水体污染、水质恶化、水源短缺等一系列问题，而城市滨水区是污染负荷的汇集区，易于导致城市滨水生态环境系统退化。而随着人们生活水平的提高，对城市水环境的要求更高，因而必须采取有效措施控制城市滨水环境系统的恶化。本课题来源于“十五”国家863城市水环境专项“镇江水环境质量改善与生态修复技术研究及示范项目”，论文在内江水质模糊综合评价、水生态系统多样性灰色关联分析基础上，较系统研究了城市滨水区水环境主要污染特征，基于内江污染负荷削减开发了漩流沉降削减径流污染技术，构建了溢流污染净化技术和生态堤.滨江带-天然湿地水体净化技术。主要研究结论如下：
　　 1)利用构建的模糊综合评价模型对内江水质进行综合评价，评价结果表明：内江水体污染程度相当严重，TP、TN指标偏高，为主要污染物，较大区域的水体为Ⅳ类，部分区域为V类；通过内江浮游生物调查及与水质灰色关联分析，可知：镇江内江水生生态系统现状较好，基本为清洁至轻污染状态，各水质因子与浮游生物关联度大小的排列顺序为：DO>COD>TN>TP>NH3-N>BOD，其中，DO、COD和TN是影响内江浮游生物密度的关键因子，而TP、NH3-N、BOD对内江浮游生物密度的影响较小。
　　 2)选定内江流域内典型下垫面监测地表径流，分别得到水文特征、水质特征和径流平均浓度，结果表明：初期径流中污染浓度高，而且平均浓度均超过地表水V类几倍，而且可生化性差；对江滨泵站溢流口的污染水质和病原微生物调查分析，可知溢流口水质特征接近于城市生活污水，同时溢流污水中含有大量与人体或动物有关的病原微生物，存在生物污染的风险。
　　 3)对镇江内江的底泥分布特征、潜在生态风险评价和相关性分析，结果表明：内江底泥中的重金属污染主要为Hg、Cd、AS；总体重金属的危害程度处在中等危害水平，在3、8、20、21采样点附近生态威胁程度较强，优先在这些区域清理淤泥；通过内江底泥取样，试验检测其氮、磷营养元素释放特征，结果表明，在环境条件的变化可加速底泥氮磷元素的释放；不同取样点底泥氮、磷释放的空间变异性高；底泥氮磷释放对水体营养盐浓度的贡献不容忽视。对底泥污染控制采用水力冲挖清淤吹填技术，将底泥清淤吹填到天然湿地区域地势较低的区域，抬升湿地低洼处的高程，补栽芦苇等湿地植被，实现湿地地理面积的修复。
　　 4)暴雨径流污染物的浓度变化和降雨强度之间有很强的相关性，其中SS、总磷和COD的变化趋势和降雨强度的趋势基本吻合，但TN与降雨强度基本没有相关性；径流污染物中COD和SS具有很好的相关性，与TP具有一定的相关性；漩流沉降池对COD和SS沉降分离效率较高，平均达到40％和50％左右，对TP和TN沉降分离效率降低，TN分离效率平均只有7％左右；对于特定受纳水体，漩流沉降池对径流污染处理不能达到预测目标，需要从径流全过程采用相应的处理措施。
　　 5)针对溢流污染提出了复合生物接触氧化法净化系统，利用生态浮床-弹性填料接触氧化-曝气生物滤池的吸收、吸附、降解、转化等过程，对CSOs中污染物进行净化处理，在HRT为4h，弹性填料填充量43.6％和生物滤层厚度40cm情况下，COD、NH3-N、TN和TP去除率分别为82.1％、56％、57％、22％，总体净化效果较好；COD、NH3-N、TN和TP降解过程遵循一级反应动力学过程。
　　 6)为了增强内江水生态系统自然净化能力，构建了生态堤-滨江带-天然湿地净化系统。生态混凝土护坡对COD、SS相对于TN和TP具有较好的去除效率，7d后去除率分别为57.6％和82.6％；所构建滨江带的浮巢区两周后COD、TP、TN相对于敞水区的净化率分别为51.2％、53.8％、9.62％，相对于湿地区的净化率分别为21.2％、29.4％和-17.5％；生态修复后天然湿地通过植被收割，每年去除TN7.59 t，TP3.09 t。
　　 本研究为城市滨水区水污染控制、水体环境质量改善提供技术参考，以及为城市水环境综合治理提供科学决策依据。

目录

文摘

英文文摘

图目录

表目录

第1章 绪论

1.1 研究问题的提出

1.1.1 城市滨水区水环境问题

1.1.2 城市非点源污染问题

1.1.3 合流制排水系统溢流污染问题

1.1.4 城市滨水区水体内源污染问题

1.2 国内外研究现状

1.2.1 城市非点源污染研究

1.2.2 合流制溢流污染控制技术研究

1.2.3 城市污染水体生物-生态修复技术研究

1.2.4 内源污染控制技术研究

1.3 课题来源及研究区域概况

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究区域概况

1.4 研究的目的和意义

1.5 研究内容与技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

1.6 本章小结

参考文献

第2章 镇江内江水质模糊综合评价及与浮游生物多样性灰色关联分析

2.1 引言

2.2 模糊综合评价模型的建立

2.2.1 评价对象因子集的建立

2.2.2 评价等级集的建立

2.2.3 模糊关系矩阵R的建立

2.2.4 评价因子权向量的确定

2.2.5 模糊综合评价模型的建立

2.3 研究区域水质监测与单因子评价

2.3.1 水质监测布点

2.3.2 分析指标和分析方法

2.3.3 监测结果与单因子评价

2.4 模糊综合评价模型的应用

2.4.1 评价因子集和评价集的建立

2.4.2 模糊关系矩阵的确立

2.4.3 权重值的计算

2.4.4 水质模糊综合评价

2.5 模糊综合评价结果分析

2.6 浮游生物多样性调查与水质灰色关联分析

2.6.1 材料与方法

2.6.2 浮游生物调查结果

2.6.3 灰色关联分析

2.6.4 结论

2.7 本章小结

参考文献

第3章 镇江市径流和合流制管网溢流污染特征分析

3.1 引言

3.2 雨水径流污染特征

3.2.1 材料与方法

3.2.2 结果与讨论

3.2.3 结论

3.3 合流制管网溢流污染特征

3.3.1 研究区域合流制管网概况

3.3.2 江滨泵站溢流污染调查分析

3.3.3 结论

3.4 本章小结

参考文献

第4章 镇江内江底泥重金属分布和氮磷污染释放特征及其清淤吹填

4.1 引言

4.2 底泥重金属分析及生态危害评价

4.2.1 材料与方法

4.2.2 结果与讨论

4.2.3 结论

4.3 底泥氮磷污染释放特征

4.3.1 材料与方法

4.3.2 结果与分析

4.3.3 结论

4.4 底泥清淤吹填

4.5 本章小结

参考文献

第5章 漩流沉降削减径流污染试验研究及效能评估

5.1 引言

5.2 试验材料与方法

5.2.1 试验装置

5.2.2 试验方法

5.3 结果与分析

5.3.1 降雨强度与径流污染物参数间相关性

5.3.2 径流污染中SS和COD、TP相关性分析

5.3.3 漩流沉降池削减径流污染性能

5.3.4 结论

5.4 漩流沉降池削减径流污染效能评估

5.4.1 排水区概况

5.4.2 评估方法

5.4.3 结果分析

5.5 本章小结

参考文献

第6章 复合生物接触氧化法净化CSOs污染技术研究

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.2.1 试验装置与器材

6.2.2 试验方法和水质分析项目

6.3 结果与分析

6.3.1 不同HRT下污染物去除效率

6.3.2 复合生物接触氧化法降解动力学

6.3.3 不同弹性填料填充量下污染物去除效率

6.3.4 不同生物滤层厚度下污染物去除效率

6.4 本章小结

参考文献

第7章 生态堤-滨江带-天然湿地系统水体净化研究

7.1 引言

7.2 生态混凝土护坡水体净化能力研究

7.2.1 材料与方法

7.2.2 结果与讨论

7.2.3 结论

7.3 滨江带水生植物水体净化能力研究

7.3.1 材料与方法

7.3.2 结果与讨论

7.3.3 结论

7.4 天然湿地水体净化能力研究

7.4.1 材料与方法

7.4.2 结果与讨论

7.4.3 结论

7.5 本章小结

参考文献

第8章 结论、创新点与展望

8.1 主要结论

8.2 创新点

8.3 展望

致谢

读博期间科研情况

一、攻读博士学位期间发表的论文

二、攻读博士学位期间申请和授权专利

三、攻读博士学位期间主持或参加的科研项目