上海高密度居民区合流制系统雨天溢流水质研究

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-01-21 09:34 热度：

摘 要：摘要：城市面源污染已成为上海城区河道的主要污染源.为此，研究了上海市合流制排水区域SA雨天溢流的水质特性，并探讨了溢流水质的主要影响因素.结果表明，该区域雨天溢流COD、BoD、SS、

　　摘要：城市面源污染已成为上海城区河道的主要污染源.为此，研究了上海市合流制排水区域SA雨天溢流的水质特性，并探讨了溢流水质的主要影响因素.结果表明，该区域雨天溢流COD、BoD、SS、N心一N、TN、TP事件平均浓度的均值分别为614 mg/L、208.5 mg/L、684 mg/L、17.6 mg/L、29.8 mg/L、3.O mg/L，远高于国外的一些研究结果;分析事件平均浓度的对数正态概率分布表明，BOD的对数正态分布性最好;此外，研究还发现COD和sS溢流浓度和前期晴天数与降雨历时的比值呈现出较高的正相关性.

　　关键词：城市面源污染;合流制溢流;事件平均浓度;对数正态分布;相关性分析

　　随着点源污染逐步得到有效控制，面源污染已成为上海市的主要污染源.为了控制城市面源污染，美国环保局(EPA)率先展开了雨水径流污染的调查研究….研究不但给出了雨水径流污染的数值范围，而且还提供了合理的数据分析方法.随后，国外学者对此展开了广泛的研究和探讨旧叫0|，积累了大量实测数据，为应用工程性控制措施提供了依据.而我国在该领域鲜有研究报道.本文通过对代表性排水系统的考察，研究上海市合流制排水系统雨天溢流的水质特性，并分析影响溢流水质的主要因素，以期为我国城市面源污染的研究和控制提供有价值的参考.

　　1材料与方法

　　以上海市杨浦区某截流式合流制排水系统SA 为研究对象.表1列出了该区域的基本情况以及由航拍图统计的该区域下垫面情况.该区域内建筑主要是上世纪80年代建造的多层住宅，属于高密度居民区.区域内约有276座化粪池，其上清液均排入管道系统.由于地面高程低，该区域污水截流输送与雨天溢流都要通过水泵提升.该区域排水系统对上海市同一时代建造的居民区具有广泛的代表性.

　　样品的采集主要由人工在该系统的泵站前池进行.自溢流开始到结束，按一定时间间隔采集水质过程线样品，并放入1L的水样瓶中.采集后的水样瓶储存于4℃的冰柜中待分析.水样检测分析时，化学需氧量采用哈希公司DR/2010型COD测定仪，其它水质指标均按国标方法测定.

　　区域雨量数据以及泵站流量数据由泵站 SCADA系统获得.SCADA系统每5min采集一次信号，经RTU传输到上海市城市排水公司控制室.从累计降雨量和降雨时间可计算得出相应时段的降雨强度;泵站排江泵的启、闭信号也由SCADA系统同步采集，再根据各台水泵的铭牌流量和运行时间计算得到各时段溢流过程的总流量.

　　2结果与讨论

　　2.1泵站运行状况

　　SA系统的截流式合流制泵站运行方式，分为晴天模式和降雨模式2种.根据泵站前池水位的高低来控制截流泵和排江泵的启闭.表2给出了泵站晴天和降雨模式下的运行水位.晴天时启动截流泵，按照晴天模式的水位控制截流泵运行.雨天或预报有雨时，按照降雨模式的水位控制截流泵运行.当雨天达到溢流水位时，为了保证截流总管的输送能力，关闭截流泵，开启排江泵，按照降雨模式的水位来控制排江泵运行.

　　晴天时平均旱流污水量为18 950m3/d.图1给出了实测泵站旱流污水污染物浓度的变化过程.从图1可以看出，泵站旱流污水COD的浓度大致在 250～350 mg/L，SS在150～250 mg凡.SS相对较低与部分污水通过化粪池排放有关.

　　2.2溢流水质的变化过程

　　图2～4给出了SA区域3种典型情况下溢流过程的水质变化.图2是该区域很长时间没有发生溢流事件时的情况.可以看出，整个溢流过程污染物浓度始终非常高，其中COD最高达2 500mg/L，SS 最高接近3 000mg/L.这主要是溢流雨水携带了大量的路面污染物和管道沉积物所致.图3是较为常见的溢流过程中的情况.污染物浓度随着溢流时间的延续逐渐降低直至稳定，稳定后COD在300～ 400 mg/L，BOD在100～200 mg/L，SS在300～400 mg/L.图4给出了台风影响上海市时，SA区域发生溢流的情况.可以看出在溢流达3h后，水质才明显好转.这表明只有在特大暴雨和发生长时间连续溢流的情况下，SA区域的溢流水质才能达到比较低的值，COD、Ss都在100 mg/L以下，低于其旱流污水的浓度.

　　根据公式(1)可以计算出每次溢流事件的各个污染物的EMC.表3给出了SA系统2005年8次溢流事件主要污染物的EMC以及相应的降雨特性.与图1比较可知，除了NH，一N与TP之外，其它溢流污染物的EMC均高于旱流污水的浓度.

　　用对数正态概率分布图能够更直观地表示出污染物EMC的范围、随机性以及正态性….图5为不同污染物质EMC的对数正态概率分布图，该图应用Anderson.Darling统计值(AD值)进行统计.从图 5可以看出，SA区域的雨天溢流事件中，COD和SS 的浓度较高，TP的浓度最低.由统计学可知，AD值越小说明各个点与概率分布直线的拟合程度越好， 即其对数正态分布性越好，从而表明该污染物质越 AD值由小到大排列可得：BOD(0.291)

　　表4给出了表3得出的各污染物EMC的常用统计值.将表4的统计值与国外相应的研究结果进行比较可知，SA区域各主要污染物雨天溢流的 EMC远远高于德国合流制溢流的调查结果旧J： NHl一N为调查结果的6～8倍，COD、SS、BOD、TP 为3～4倍;与韩国的研究结果相比…』，除TP略低于其研究结果外，其它主要污染物均高于其合流制排水区域的溢流浓度.这主要是由于SA区域的人口密度远高于国外的排水区域，频繁的人为活动导致地表污染物数量增加，使得区域污染物溢流浓度增加.另外，SA区域管道坡度较小，旱流污水流速低，加之晴天控制水位较高，这加速了管道沉积物的累积，从而导致雨天溢流浓度的增加.这表明国外相应的研究结果与我国的实际情况有较大的差别，因此，国外现有的控制措施与设计规范不一定适用于我国高人口密度区域.

　　2.4溢流水质影响因素的相关性探讨

　　影响合流制排水区域雨天溢流水质的因素主要包括旱流污水的水量和水质、排水区域的特性(人口密度、用地类型等)、环境特性(区域的气候、季节等)、降雨特性(前期晴天数、降雨强度等).本文对 COD和SS溢流浓度的影响因素进行了相关性分析.相关系数见表5.表5括号内为声值，其值越小说明两者的相关性越稳定.从表5可以看出，COD 和SS溢流浓度与降雨强度、前期晴天数、前期未溢流时间与溢流历时的比值以及前期晴天数与降雨历时的比值都呈现正相关，其相关性依次升高，稳定性也逐渐变高;这与新加坡学者Chui对前期晴天数和降雨强度的影响研究结果一致u21;其中前期晴天数与降雨历时的比值不仅呈现出相当高的相关性，而且稳定性也很高.这表明前期晴天数与降雨历时的比值不仅可以作为具有可比性的溢流事件特征量， [4] 还可以作为影响污染物溢流浓度的一个重要因子.

　　3 结论

　　(1)所研究区域雨天溢流COD、BoD、SS、 NH，一N、TN、TP事件平均浓度的均值分别为614 mg/L、208.5 mg/L、684 mg/L、17.6 mg/L、29.8 mg/L、3.0 mg/L，远远高于国外的一些研究结果.

　　(2)污染物EMC的对数正态分布性按BOD> TP>TN>COD>SS>NH，一N顺序逐渐降低.

　　(3)对溢流水质影响因素的相关性分析表明， COD和SS溢流浓度与前期晴天数与降雨历时的比值不仅呈现出相当高的相关性，而且稳定性也很高.此外，前期晴天数与降雨历时的比值不仅可以作为具有可比性的溢流事件特征量，还可以作为影响污染物溢流浓度的一个重要因子.——论文作者：李贺，李田+

文章名称：上海高密度居民区合流制系统雨天溢流水质研究

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