城市新建区面源污染控制技术

城市新建区面源污染控制技术研究摘要：本文根据桃花岛新建区该地区面源污染产生、运移与水体污染的特点与规律，将城市生态学思想、理论和方法运用到城市面源污染控制中，通过组合、改善和开发一系列同面源污染研究和控制相关的技术和方法，形成集成系统技术，建成了包括源，输移和汇控制技术的桃花岛面源污染控制工程示范，以它为基础，研究该面源控制技术的源，输移和汇的运行方式和处理效果，分析该面源污染控制技术的经济效益，社会效益和生态效益，分析其应用前景。关键词：面源，污染控制，输移，汇，塘，人工湿地1前言城市面源污染实际上是城市面源污染物的积累，降雨径流的产生与污染物的汇集，污染物随着径流的输移，污染物随着径流进入受纳水体产生污染，雨后面源污染物的再积累这一周而复始的过程。城市面源污染控制，必须围绕污染物的积累、汇集、输移和污染展开。目前城市面源污染的研究，主要围绕着城市雨水径流水质、面源污染特征研究、城市雨水径流污染负荷及相关模型研究和城市面源染控制对策研究进行。前两者的研究主要以车伍，汪慧贞、王尔敏、方红远等[1-10]人的研究成果为代表，深刻揭示了城市面源污染的主要规律，为城市面源污染控制做好基础。后者的研究成果来自各个方面的学者[1,2，11-14]，主要提出控制城市面源污染的对策，使科学研究应用于实践，但是，目前该方面的研究可操作性不强，有些措施、例如改变城市下水管道、增加绿地面积、提高人的环保意识等需要很长的时间或者很大的资金来支持，而目前城市面源污染使得城市水环境迅速恶化，所以这些措施远不能满足该方面的要求。城市面源污染的控制，必须有一个系统的、可操作性强的对策措施。本研究以桃花岛新建区的示范工程为基础，紧扣城市面源污染过程的各个环节，立足于对新建城区面源污染控制，在前人研究的基础上，提出一套系统的控制武汉新建区面源污染的方法。2桃花岛新建区区域概况桃花岛地区位于武汉汉阳区中部郭琴路与墨水湖之间，东连汉桥路，南止墨水湖，西抵七里小区与十里铺小区分界线，北临规划的玫瑰园路。高程在20～26m之间，地势平坦，面积约1.33km2，是武汉汉阳城区典型的新建居民住宅区。该区域属亚热带大陆季风性（湿润）气候，常年雨量丰沛、热量充足、雨热同季、光热同季、冬冷夏热、四季分明，年平均气温15.8℃～17.8℃，多年平均降水量1284.50mm，降水量年内分配很不均匀，多集中在6、7月份。该区域主要以居民住宅的建筑物为主，分新居民区、老居民区、小区商业网点、机关、学校、工厂等。据2003年卫星遥感图片和实际现场调查可知，区内居民建筑物接近总面积的40％，小区内以硬化路面和不透水建筑居多，露土面积小，此外还有绿地、沿湖的农田菜地、水塘等复杂的土地利用类型，如表1所示。随着城市新建区建设的不断推进，老居民区将被大规模改造，沿湖的农田、菜地和水塘将被夷为滨湖岸边绿化带，构成开敞式城市公园。该地区地层构造主要为粘性土类，渗透性小，属极微透水性土壤，径流系数为0.8左右，所以，该区地表径流大部分通过不同类型的下垫面汇入地下管网，新建居民区和城市主干道的地下排水管网为雨污分流，但在排水系统末端，污水管和雨水管是接在一起的。

表1研究区土地利用状况３

面源污染控制的理论构思与系统设计3.1

面源污染控制的理论构思城市面源污染是一个污染物的积累，随径流的汇集与输移，然后进入收纳水体发生污染这一过程的不断循环，这一循环的发生，首先是一个不可抗拒的自然过程，即有降雨径流的产生，就会发生面源污染。所以，面源污染的控制实际上是通过影响循环中的某一或者各个环节而使面源污染及其危害减少到最低。从污染物的汇集与输移来看，降雨径流要造成污染，雨水下水管道的入口及排水管的入口是污染径流的必经之路，所以，倘若在降雨径流在进入下水管道之前把污染径流进行净化或者把污染浓度比较高的初期降雨径流进行拦截处理，则能够在很大程度上降低进入收纳水体径流中的污染负荷。降雨径流通过输移管道后即将进入受纳水体，在径流进入收纳水体之前还有机会进行处理。一般来说，收纳水体大多数为湖泊和河流，在水体的周围总有一些湿地和塘池，倘若在雨水进入收纳水体之前，利用自然的或者人工修建的塘池湿地进行处理，也能在很大程度上减小径流的污染负荷。可见，城市面源污染可以考虑从各个环节进行控制，由于本项目是基于工程措施的城市面源污染控制，研究主要围绕着面源污染的产生，输移和汇集控制进行。3.2桃花岛新建区面源污染控制示范工程的系统设计3.2.1源控制系统设计桃花岛源控制工程技术的设计，考虑到该地区土壤包气带水埋深较浅的特点，将工程措施和生态环境有机结合，使雨水、地表水、土壤包气带水构成一个相对封闭的循环体系。这一循环体系包括渗滤技术、净化技术、储存技术、回灌技术、回用技术，使雨水在循环中，通过工程措施的一级沉淀处理和二级生态处理得到净化，并通过地下渗滤补充土壤包气带水。利用这一系统，通过地下渗滤、植物吸收、蒸发蒸腾等作用，实现径流污染零排放，消除雨水径流污染对城市环境的压力，系统设计如图1所示。亚秃号输移控制与汇煤控制系统设计谱地表径流进入泛污水管道，便汗进入了输移系羽统，输移系统巴控制主要是对泪地下污水管道似沿线采取一些悔管理措施，本小文不重点叙述病。本文主要考懂虑通过生态工苗程措施来控制厅地表径流的初哑期污染，主要梅控制工程有引迟水渠，储存沉变淀塘和景观塘滤，分散点源收易集系统，水平搂潜流人工湿地机系统、复合人吧工湿地系统、吃动力输水系统放（包括泵房、某管理用房、输牲水管道、电力拢等）及景观一六体化等工程，觉系统设计如恰图左2挥所示弹。止电4哑示范工程范例摔研榴究怕吐4.1预月源头控制研暮究合—败—须以桃花岛旺达鹅花园小区为锹例招待册鼓工程概况越旺达花园源处章理工程位于该剃小绸区朋3丸3制号楼纳与无3页5稍号楼之间的绿垦地中，整个建省设涉及范围明约碌3000m溪2逝，其中：涉及铜水泥路面面积堵约柏600m罚2燥，绿地汇水面暂积短约论2400m弱2泡。源处理工程沟所在的绿地基稼本为建筑垃圾着回填，上覆表火土构成，建筑影垃圾从地表向幼下埋右深源0.内1挑米屋至气2驻米。土壤包气牲带水埋深沾约泛1.脖2炎米。由于建筑聋垃圾的影响，篇土壤呈微碱性姥，土壤包气带丰水避p嘱H斜测定值蜓为潜7-施8扇，水平渗透系援数赠约纺3.0×10陕-7cm/垫s勤。绿地自建成符后处于无人管纵理状态，草坪献已老化，部分批地表裸露。但足该工程建成后织已经全部修整摧，覆盖率可达像到锯100洞%奏。控制工程分虽布如孟图口3浴所示络：森笛根据该区的水愿文计算，该区吓总汇水流量可起达恩120.6m宪3/企h扁；其中屋面汇镜水坡量密17.2m3瓦/蜻h君，小区路面汇漆水柴量胆20.7m3快/吓h痕；绿地汇水开量均82.7m3谊/强h缘。革底嗽酒效果分析钢在穷200竞4报年成6栗月伴-1翼0假月暴雨期对源豪控制工程各系炮统运行监测结隶果表明（若表冈2被），屋面暴雨候初期径流和地弟表径流经过处酸理后，其污染陕物浓度都达到舅和接近纯雨水灭的浓度值，主矮要污染拣物旧S与S悼的去除率大等于佳8待0惨％雪，应CODM隙n把的去除率一般盏大瞧于确7办0何％茄，肥CODc彩r阴的去除率扯约片50-8产0坏％，总磷、总存氮的去除率嗓约昆4仇0游～铃6内0志％，说明该系为统的处理效果况良好参。弟贝在工程运行上素，本系统运行足成本碌为甜0.0优9提元警/m棵3册。按照武汉市桶自来水水北价夜1.5木5帮元辜/m3秤,扭每礼1m饶3友水可节约成博本惨1.4孟6粮元。如果浊每押2合～期3卧天浇灌一次花缠草，每年就可追节约费用浙约表200塑0德～色300厚0拆元，运行管理胆费用低廉，对填减轻小区物业牢管理费用的压匠力起到了很大择的作用宅。灌鉴因此，该处理逆系统的建设不府但能够能控制摸水污染，还能处够促进水循环闸，改善地下水枕环境，对改善你小区居住休闲知环境，提高居耻民生态与环保堪意识，提升城汇市生态小区地踏位和知名度，蹄促进城市旅游冒等方面发挥积带极的作用。具践有良好的社会域效益和生态效绳益画。法亦4.2太惩输移和汇控制件研闹究植—怠—稀以桃花岛控制锄工程为都例颗舱痒州工程概况夕桃花岛输移和约汇控制工程示郑范区位于沿墨颠水湖岸桃花岛风处从东南向西至北延伸的一狭宏长地带，示范照区内地形极不蚊规则，塘地相哗间，水塘将陆储地分割成大小素不一、凸凹不扑平、形状各异牛之势，高程架在方2向0疾～浆24饱m索之间。如北图达4筛所示，该地区石地层构造主要谈为粘性土类，步渗透性小，表督层大部分为湖踢泥淤积形成，越少部分为垃圾峡（主要是建筑似垃圾）填筑，手上覆表土，地魂势由西北向东己南逐步抬高，透高程差颈约参4凑m房左右。输移末疫端排水干管为膏双排，直径各餐为垮1.5勾m僵。排放方式为取雨污合流，平答时排放生活污客水妻。负油迈捞效果分吊析拨歼4.2.2.愈1宵哲塘系统效果分陪析狗顷在输移和汇控哄制当中，污水棉经过引水渠进凝入沉淀塘，净巴化塘等（暂称晚为多处理塘）皂多个水塘进行乎初步处理后，椒再进入景观塘芒进行进一步的态净化慈。陆键城市下水管网另初期污染径流湖通过收集到多供级处理塘系统就处理后，可以厦看出，不同浓仆度的污水经过星多处理塘自然甩沉积和生物吸纷附作用，处理时效果较明显，列就整个塘系统坟来说，它对污通水冠中止CODC团r检、略T蝶P典、血T烂N悬和刘S莲S绣的削减率可分沾别达砌到键67.4宰4隐％保，扑92.44围%但，未89.86膏%怖和立88.92倡%鸟，均已达到了耽预定的削减技申术设计要求向。才博4.2.2.晶2欣弯多冰塘斤—逃—致人工湿地系统符效果分析技将共塘搅—醒水平潜流人工右湿地的处理效厉果综合分析，坑结果见阅表保3螺。由表可见，乱塘穴—烈水平潜流人工康湿地对污染物氏的平均去除率店分别为萄：屋CODCr怨70.7堡%扑、讽TP75.改04冬%协、必TN64.哥61飞%己、殿SS92.么74迷%兔；萍塘翼—更复合式人工湿督地的去除率为纷：佳CODCr喂75.18样%讯、饰TP79.爬6廊%排、颈TN88.森78纺%荒、罩SS85.行41疯%劈。酒塘戏—呢复合式人工湿部地间对拴CO盟D锋、窑T腹P购、糟T厦N虎的去除率明显奖高于呢塘隙—捎水平潜流人工笛湿地，尤其以牙氮最为明显，惑这主要是由于悠塘享—宰复合式人工湿兽地更有利于对怜氮的硝化和反孩硝化咸。然翻莲靠效益分析贤根据水力计算吼，该系统年处棚理污水量约茶为哨7君0璃万倍m娇3翠，那么单吨运举营成谜本靠0.1做0庙元疤/m励3训，单吨折旧成懒本多0.09拌4优元冈/m弯3景，单吨运行成使本应油为五0.19免4弟元务/m秀3汗。可见，应用星该系统处理污候水，比其他的番污水处理厂每沈年节插约币0.8妇0旧元高/m3×7陡0酒万迅m3=5启6珍万元赠。先讯输移和汇控制纠工程均采用生酒态工程的方法馆，建成后兼作伍公共娱乐区、敏生态公园，增组加了景观的视奖觉美感和观赏慎价值，同时给降游人和当地的博居民提供了良洞好的休憩场所旗，改善了城市抢人文景观，提誉升了人们的生纳活质量。人工狗湿地作为永久债性植被无疑对描改善环境和提修高环境质量有示明显的作用，匪它增加了植被芝覆盖率，保持得了生物多样性证，减少了水土蓄流失，改善了踢生态环境谱。灵馅5欧搜结语与展望份通过本项目的爽研究，可以看调出，桃花岛示从范工程中源控苹制工程在控制澡水污染、调节躲径流、促进水枪循环、改善土友壤包气带水环耻境、雨水资源重化利用等方面嘉，具有良好的它社会效益、经晕济效益和生态菊效益。该系统每占用面积小，够并且位于绿地金下面，工艺和诱运行简单，效确益明显，适合悉于地下包气带园中土壤水丰富国、常年水位埋墨深笨在限1汁～尤3出m画范围的城市绿捞化广场、道路渣绿地花坛、城勤市居民小区、负企事业单位办健公区、学校及宿医院等，具有伍广阔的应用前薯景。而输移和栗汇处理系统是探一种组合式的农技术工程系统谈，它能够实现冶对水的净化处核理，就大大减湖少维持景观运横行和护理的费则用，这对于水证源缺乏的地区柱的节水造提供凡了一种新思路本，该系统工程耕大，组成复杂雀，处理效果好歼，运行成本低狮，处理量大，椒非常适合于处带理城市雨污水装和工业废水，己由于该系统是需利用湿地生态课系统自身的净目化功能处理污上水的系统，该纸系统适合于建伙在生态条件相拌对较好的、水蒙资源比较丰富兵的城市低洼空粮地，小城镇的岁河湖岸边。该谷系统处理量大遗，净