城市面源污染控制工程技术的应用及进展

Application and P rogress in Engineering T echnologies for Controlling Urban N on point Source P ollution
Z H AO Jian w ei ,
1 , 2
SHAN B ao q ing ,
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来自百度文库
YI N Cheng qing
摘
要:
城市面源污染已成为危害我国城市水体的重要污染源, 而我国对城市面源污染的控
制还处于起步阶段。 详细介绍了国内外城市面源污染控制的工程技术 , 系统阐述了工程性控制技 术的类型、 研究重点、 应用现状等情况 , 指出城市面源污染控制技术应尽量采用组合系统, 充分利用 各种技术的优势 ; 同时在工程设计时 , 可将工程措施景观化、 小型化 , 以达到效益最优化。 关键词 : 面源污染; 城市地区 ; 工程性控制技术 文章编号: 1000- 4602( 2007) 12- 0001- 05 中图分类号 : X703 . 1 文献标识码: B
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(1 . R esearch C enter for E co Environ m ental Sciences, Chinese A cadem y of Sciences , B eijing 100085 , China; 2 . G raduate School, Chinese A cademy of S ciences, B eijing 100049 , China ) Abstract : U rban non po in t source po llu t ion has becom e an i m portant po llu tion source har m ing ur ban w ater body in China. H ow ever , the contro l of urban non po int source po llu t io n is st ill at the starting stage in China . T he dom estic and foreign eng in eering technologies for contro lling urban non po int source po llution were introduced in deta i.l The types , key po in ts of research and app lications of eng in eerin g con tro l techno log ies w ere expatiated. It is po in ted out that the comb in ed contro l techno log ies o f urban non po in t source po llu tion should be used as far as possible , and the dom inance of the various techno lo g ie s shou ld be fu lly used . A t the sa m e ti me , during engineerin g design, the landscaping and m in i m izing o f eng ineering m easures can be accom plished to ach ieve the bene fit opt i m ization . K ey w ords: non po int source pollution ; urban areas ; eng in eering con tro l techno logy
基金项目 : 国家高技术研 究发展计划 ( 863) 项目 ( 2002AA 601022)
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第 23 卷
第 12 期
中国给水排水
www. wa tergasheat . com
一步提高。 1 城市面源污染控制措施 城市面源污染控制措施中以美国的暴雨最佳管 理措施 ( best m anagem ent pract ice , BM P )最为系统和 全面, 应用也最广泛, 许多国家都对其进行了借鉴和 改进。 BM P 是 一种技 术、 方法和 工程 性的控 制措 施 , 主要用于暴雨径流的水质和水量管理。 1999 年美国环保局对 B M P 进 行了如下定义 : 为预防和减少全国水 体污染而采取的行动计划、 [ 1] 预防措施、 维护手段及其 他的管理措施 。 BM P 包括非工程措施和工程措施两类, 其中非工程措施 包括制度、 教育和污染物预防措施, 不包含固定的和 永久性的设施。在许多案例中 , 非工程措施经常从 源头上就减少了污染物的使用、 产生和累积, 因而也 被称为源控制 措施 , 具 体方法有法律制 度、 环保 教育、 无害化农药、 路面清扫、 不透水面分割等。工 程性措施是通过工程设施或工程手段来控制和减少 暴雨径流的排放量, 以及减少污染物在径流中的浓 度和总量, 它主要是在径流的流动过程中采取某种 措施, 故也被称为径流控制措施。 对非工程措施和工程措施的区分视不同情况而 定 , 如用于降低不透水面连接度的植被, 既可认为是 一种控制策略, 也可认为是一种工程控制技术。目 前 , 一些新的控制措施 如较佳场地规 划 ( better site plann ing, BSP ) 和低 影 响发 展 ( low i m pact develop m en, t L ID) , 既包含了 全面的规划又 包括了一些工 程措施 。但这些措施的目的是从整体上进行规 划 , 以减少污染物的产生量 , 其中工程措施只是辅助 手段, 所以通常可认为是一种源控制措施。 2 控制技术类型与应用现状 目前在城市面源污染控制中应用较广泛的工程 措施有植被过滤带、 滞留 /持留系统、 人工湿地、 渗透 系统、 过滤系统等 , 这些工程技术在应用中都取得了 良好的除污效果 , 但还存在许多不足。虽然美国、 英 国等已制定了关于这些工程措施的设计、 监测、 评价 等方面的规范性文件, 但制定依据多 为经验公式。 在污染物迁移转化机制、 影响效率的定量化因子等 方面的认识还存在欠缺, 对新工艺、 新材料等的应用 也需要进行深入研究。 2 1 植被过滤带 植被过滤带主要控制以薄层水流形式存在的地 表径流 , 它既可输送径流, 也可对径流中的污染物进 2
第 23 卷 第 12 期 2007 年 6 月
中 国 给 水排 水
CH I NA W ATER & WA STEWAT ER
V o.l 23 No. 12 Jun. 2007
述评与讨论
城市面源污染控制工程技术的应用及进展
赵建伟 ,
1 , 2
单保庆 ,
100049)
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尹澄清
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(1 . 中国科学院 生态环境研究中心 , 北京 100085 ; 2 . 中国科学院 研究生院 , 北京
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赵建伟 , 等 : 城市面源污染控制工程技术的应用及进展
第 23 卷
第 12 期
对困难 ; 而塘不仅具有控制径流的作用 , 还有娱乐、 景观、 教育、 动物栖息地等多重价值, 因而在土地资 源充足的区域得到较广泛的应用。塘的水文水力学 条件对污染物的去除有重要的影响, 一般采用有效 容积比和离散度作为评价指标
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的 2 . 3 % ~ 10 . 8 % ; 子流域的湿地 面积为总汇水面 积的 0. 2 % ~ 4 . 5 % ; 流域的湿地仅需总汇水面积的 0 . 1 % ~ 2 . 5 %。 由于暴雨径流具有突发性 , 其水质和水量的变 化较剧烈 , 因此采用人工湿地处理暴雨径流时, 必须 针对暴雨径流的特点进行合理设计 。暴雨径 流颗粒物浓度较高 , 在进入湿地前应进行预处理 , 去 除大粒径的颗粒物 , 以避免堵塞湿地基质。在雨季, 湿地最高水位应限制在一个合理的范围内, 避免植 物长时间被淹没; 而在旱季 , 水面则应保持 足够深 度, 以利于水生植物的生存。暴雨湿地选种的植物 应耐冲击 , 且能适应长期干旱或浸泡的环境。 2 4 渗透系统 渗透系统在暴雨期间可存储部分流量的径流, 并在暴雨后使其逐渐渗入地下, 它在径流就地处理 方面具有突出的优势。渗透系统可对径流进行水质 和水量的控制 , 既削减了下游洪峰流量 , 又降低了下 游径流中的污染物含量。另外渗透系统还能对地下 水进行补给, 维持附近河流的基流流量。 渗透系统通常包括渗坑、 渗渠、 多孔路面等, 其 中渗坑在高速公路、 道路和停车场等地表径流污染 严重的地区使用较多, 也可设计成公园或运动场地, 成为居民的休闲娱乐场所, 提高该技术的社会效益 和居民接纳程度 。由于渗坑通 常用于重污染径 流的处理 , 长时间使用后土壤和基质对重金属的吸 附易达到饱和, 需 要对其进行更 换, 以免污 染地下 水。研究发现 P t 、 Pd 和 Rh 等金属在渗坑的低洼处 含量 最 高 , 并 与 公 路 面积 和 交 通 流 量 成 相 关 关 系
[ 1~ 3] [ 1]
行处理。从不透水面 ( 如屋顶、 停车 场、 加油站、 道 路等 ) 产生 的小流量径流流经植被过滤带时 , 经植 被过滤、 颗粒物沉 积、 可溶物 入渗及土壤颗 粒吸附 后, 不仅流量得到大幅削减, 而且径流中的污染物也 得到部分去除。根据过滤带的形状可分为草地过滤 带、 植草洼地两种, 从永久水面的存在与否可分为湿 式过滤带和干式过滤带。 植被过滤带是非常简单、 有效的暴雨径流治理 措施 , 但其对污染物的去除机理却很复杂。对颗粒 物及吸附于其表 面的污染 物 ( 重金属、 磷等 ) 的去 除, 主 要 是通 过 渗透、 过 滤 和沉 积 等物 理 过程 实 现
[ 4、 5]
; 反硝化、 生物累积和土壤交换则是氮去除的
主要途径。污染物在过滤带中的去除过程涉及水力 学、 物理、 化 学、 生物等作 用, 并 与场地 条件 ( 如土 壤、 填料、 入渗率等 )密切相关。目前已经建立了一 些植被过滤带模型 , 这为效率预测和功能评价提供 了良好的依据 。 在植被过滤带中草是最常用的植物 , 与灌木、 树 等植物相比, 它具有较高的除污效率。但草的种类、 密度及叶片的尺寸、 形状、 柔韧性、 结构等都会影响 [ 7] 污染物的去除效果 。 2 2 滞留 /持留系统 滞留和持留系统包括塘、 地下水池、 涵管、 储水 罐等 , 由于这两种系统的功效较接近, 因此在使用中 易发生混淆。但这两种系统存在明显的区别: 滞留 系统只用于径流流量的控制, 而持留系统则对流量 和水质都加以控制。滞留系统在暴雨间歇期进行排 空, 以利于暴雨时最大限度地存储雨水径流 ; 暴雨结 束后 , 将存储的雨水排入下游水体或雨水处理设施。 该系统对颗粒物具有一定的去除效果 , 但大部分沉 积的颗粒物在下次暴雨中会发生再次悬浮, 所以该 系统更适于对径流流量的调控, 以降低河道下游流 量峰值, 起到保护河道的作用。持留系统储存的雨 水径流在暴雨间歇期不加以排空 , 其永久水面的存 在提高了水生植物和微生物的除污效率 , 避免了沉 积颗粒物的再悬浮。另外, 持留系统中植物对重金 属和营养物的吸收、 有机物挥发、 基质入渗都强化了 系统对污染物的去除。 滞留 /持留系统在城市面源污染治理中应用最 广泛的是地下储水设施和塘, 前者一般用在土地紧 张或含重污染径流的区域 ( 如繁华商业区、 加油站、 停车场等 ) , 该设施一般修建费用较高 , 清理维护相
面源污染是指在较大范围内, 溶解性或固体污 染物在雨水径流的作用下进入受纳水体, 从而造成 水体污染。它随降雨而产生, 污染排放具有间歇性 , 污染发生也具有很大的偶然性。城市面源污染对城 市水体具有很大的危害 , 国际上对其已经进行了数
十年的研究, 尤其是欧美国家的环境意识较强, 对城 市面源污染控制的研究比较全面。由于面源污染的 复杂性和随机性, 因此对城市面源污染的控制十分 困难。目前面源污染控制措 施还处于不断 革新之 中, 对控制措施的经济效益及机理的研究还有待进