海绵城市透水砖铺装雨水入渗模型及产流分析

透水砖铺装系统的入渗特征是海绵城市建设中产流控制的重要影响因素。以海绵城市试点庄河市为例,通过渗流试验,构建不同土基土壤土水特征曲线,建立适用于透水砖铺装系统各层的入渗模型,揭示系统雨水入渗规律,阐明结构层厚度和土基土壤特性对产流控制的影响。研究表明:土壤粒径对产流控制影响程度最大;特大暴雨时,粗砂土壤作为土基,相比细砂土壤和粉质黏土作为土基,可以延长产流时间,但随着雨强继续增大,产流时间延长作用逐渐减弱;以粉质黏土作为土基,基层与垫层厚度比约为3∶2,以砂质土壤作为土基时,基层与垫层厚度比约为4∶1时,透水砖铺装系统产流控制效果最好。     

多层渗滤介质系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化作用

根据北京市雨水地表径流污染的特点,设计了用于去除屋顶和机动车路面雨水径流污染物的多层渗滤介质系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对屋顶和机动车路面雨水径流中的氮磷污染物有明显的去除效果,NH+4-N、TN、TP的去除率分别达80%、90%、50%以上,出水浓度达到地表水Ⅱ类水质标准;"砂砾料"垫层对TP的去除效果稍好于"无砂混凝土"垫层;雨水径流中氮磷浓度愈高则对氮磷的去除率愈高.雨水径流氮磷浓度变化对氮磷去除效果的影响较小.多层渗滤介质系统通过微生物的硝化和反硝化作用实现生物脱氮是系统去除氮的主要途径;土壤的吸附与沉淀作用是多层渗滤介质系统去除磷的主要途径.系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化能力主要发生在垫层及地基土层0.3m以内.     

多层渗滤介质系统去除城市雨水径流有机污染物

以屋顶和机动车路面雨水径流污染物为研究对象,设计了用于去除雨水径流污染物的多层渗滤介质系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对屋顶和机动车路面雨水径流有机污染物有明显的去除效果,CODMn平均去除率为80%左右,出水浓度小于4mg·L-1,达到了地表水Ⅱ类水质标准;BOD5的去除率达50%以上,出水值达到了地表水Ⅱ类水质标准;同时,系统的净化能力主要发生在垫层及地基土层0.3m以内,污染严重的机动车路面径流在土柱底部也能达到很好的去除效果;"砂砾科"垫层对CODMn和BOD5,的去除效果稍好于"无砂混凝土"垫层.     

城市路面径流重金属排放规律及初期效应研究

在西安市城市主干道南二环太白立交高架段设置路面径流采样点,采用降雨-产流-产污同步观测的试验方法,对2014年7月—2015年8月的6场降雨径流事件进行采样,监测径流过程中Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd的浓度变化,并研究其污染排放规律及初期冲刷效应。结果表明:路面径流污染排放规律与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态重金属浓度均在径流初期达到峰值;颗粒态重金属浓度峰值出现时间略滞后于雨强峰值;重金属总量初期冲刷程度的强弱和溶解态重金属的差异较大,重金属总量初期冲刷程度越强,溶解态重金属反而越弱。     

新型人工湿地对工业区降雨径流的净化研究

根据东莞市同沙水库集水区内工业区降雨径流的水质、水量特征,采用新型折流式人工湿地对其进行模拟及实地降雨径流净化研究.对人工湿地不同运行阶段模拟降雨径流的净化效果进行对比,分析COD、SS、TN、TP、NH4+-N以及重金属Pb、Zn、Cu在湿地系统中的沿程变化,探讨它们的主要去除机制.模拟净化研究中,除TN外,湿地系统出水各污染物均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类质量标准,TN达Ⅳ类标准;且大部分污染物在湿地前端被去除.实地降雨径流净化研究中,COD、SS、TN、TP及NH4+-N的平均去除率分别为90.9%、97.0%、83.4%、92.2%、90.0%;重金属Pb、Zn、Cu的平均去除率分别为98.4%、94.1%、93.6%,出水均能达地表Ⅲ类水标准.研究表明,折流式人工湿地系统对工业区降雨径流的净化效果显著,湿地系统具有较强抗冲击负荷能力.另外,小幅温度变化对湿地系统中污染物的去除影响不大.     

北京市雨水径流中颗粒物沉降特性

选择北京市中心城区某合流制和分流制系统排出口雨水径流为研究对象,采用虹吸式沉降柱静态沉淀试验,分析了典型降雨场次雨水径流中颗粒物的沉淀特征。结果表明:合流制溢流及分流制雨水径流中颗粒物沉速区间均主要集中于0.1～1 mm/s,该沉速区间的颗粒物对于污染物去除效果影响较大。分流制排水系统颗粒物的沉速随产流时间的增加而降低,沉速越大颗粒物去除效率越高,而合流制系统颗粒物沉速随时间波动较大,各沉速区间颗粒物去除率分布较均匀,当控制沉降速率>0.05 mm/s时,合流制颗粒物控制效果优于分流制。     

高速公路雨水径流重金属污染初期效应

通过对8场降雨高速公路路面雨水径流中溶解态和颗粒态Cd、Cu、Pb和Zn 4种重金属进行现场取样检测,在定性分析径流重金属污染初期效应存现的基础上,定量分析了重金属污染初期效应的显著程度,并探讨了降雨特征对径流重金属污染初期效应的影响.无因次累积负荷分数-累积体积分数曲线分析结果表明,大多数降雨事件中总重金属存在较显著的初期效应,除溶解态Pb不具有初期效应外,其余溶解态与颗粒态重金属均存在较显著的初期效应.少数降雨事件的径流在中后期存在二次冲刷效应.初期冲刷比值分析结果表明,拦截并处理径流初期25%流量(径流的体积分数,下同)可去除整个降雨事件中所排放的35%～39%(质量分数,下同)的重金属污染负荷.总重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Cu>Zn>Pb;溶解态重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Zn>Cu>Pb;颗粒态重金属初期效应的显著程度顺序为:Cu>Cd>Pb>Zn.重金属初期冲刷比值与降雨特征相关性分析表明,平均降雨强度对径流重金属污染负荷初期效应的影响显著,降雨历时、降雨量、前期晴天数和产流时间对径流重金属污染负荷初期效应的影响较小.     

重庆市路面降雨径流特征及污染源解析

2010年雨季对重庆市3场降雨时段的地表径流进行采样监测,分析了重庆市路面降雨径流过程特征与降雨强度和降雨间隔时间对不同水质参数初始冲刷的影响,运用多元统计技术区分出路面径流的潜在污染源.结果表明,3场降雨径流的COD、TP和TN的次降雨平均浓度(EMC)分别为60.83～208.03、0.47～1.01和2.07～5.00 mg.L-1,超出了国家地表水环境质量V类标准,是主要污染物;3次降雨事件中,污染物浓度的峰值均提前或同步于径流量的峰值,并且污染物浓度的峰值多数出现在产流10 min内;重金属Zn、Cu、Pb和Cd浓度随降雨径流过程呈锯齿状变化;运用主成分分析区分出路面径流水质的2种潜在污染源:①机动车交通损耗和大气干湿沉降;②城市垃圾.     

降雨特性对路面初期径流污染沉降去除的影响

采用自由沉降试验对2008年2月~2009年3月南京机场高速公路令桥段30场降雨事件的初期路面径流进行监测,考察了污染物去除效果,分析了降雨特征、季节变化、径流初期SS浓度、温度以及pH值与径流沉降去除效果的相关性.结果表明,经过2h自由沉降后,SS去除效果最明显,平均去除率可达33.26%;COD及Cu、Zn、Cd、Pb 4种重金属平均去除率均在20%左右.由聚类分析可知,降雨量、平均雨强对SS、COD沉降2h去除率影响最大.夏季和冬季SS沉降2h平均去除率分别为42.13%和20.76%,而COD和重金属去除率随季节变化不大.径流初期SS浓度值与SS沉降2h去除率相关性较好,相关系数达到0.6864;温度与SS、Pb沉降去除率分别在0.01和0.05水平上显著相关;溶解态含量较高的Zn受pH值的影响较大.     

透水铺装类型对径流重金属去除效能的影响机制

研究了不同类型透水铺装系统对径流重金属的去除效能和机制.在实验室搭建了3种典型透水铺装系统(陶瓷透水砖、透水沥青和透水混凝土),研究了其对5种常见径流重金属(Cu、Zn、Cd、Mn、Ni)的去除效能和机制,并分析了不同降雨重现期(2,3,5年)对透水铺装系统去除径流重金属的影响.结果 表明:3种透水铺装系统对5种径流重...     

广东大宝山多金属污染排土场耐性植物与改良剂稳定修复研究

通过在广东大宝山多金属污染排土场种植重金属耐性作物红麻、苎麻,辅以石灰+有机肥、石灰+生物炭的土壤改良,研究不同植物稳定修复模式下植物的生长状况、土壤pH与重金属含量、径流液产生与理化性质的变化情况.结果表明:改良剂处理有效促进红麻、苎麻生长,提高株高、根长和生物量,有助于排土场土壤的植被恢复.石灰与有机肥、生物炭的施加可以改善土壤酸性环境,将土壤pH由酸性显著提高至中性,降低土壤重金属生物有效性,且生物炭的作用更显著;随着红麻、苎麻稳定修复时间的增加,土壤重金属有效态含量呈一定程度下降趋势.植物的定植和土壤改良还可以减少地表径流的产生;提高径流液pH,但pH会随着修复时间的增加而下降;径流液中溶解态和悬浮态重金属含量均在植物稳定修复过程中得到降低,土壤中重金属污染物的扩散迁移得到有效控制.     

亚氨基二琥珀酸修复重金属污染土壤及环境风险削减评估

以亚氨基二琥珀酸（ISA）为洗脱剂,考察ISA投加量、洗脱液pH值、反应时间和土液比对Cd、Pb和Zn去除率影响,通过Box-Behnken多因素设计法优化最佳洗脱条件,并采用涵盖土壤重金属残留量、浸出浓度和毒性的综合环境风险法评估修复效果.结果表明,ISA对Cd、Pb和Zn去除率随其浓度增加而增加;ISA浓度为50mmol/L时,对矿山污染土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到11.83%、34.26%和20.96%;对污染农田土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到48.89%、57.08%和81.80%.增加反应时间和洗脱液酸性有助于提高ISA对Cd、Pb和Zn去除率.随土液比减低,Cd、Pb和Zn去除率呈上升趋势.ISA去除Cd、Pb和Zn最佳条件为：ISA浓度70mmol/L、洗脱液pH4.0和反应时间120min,预测矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总去除率最大分别为32.58%和93.16%.ISA大幅度降低水溶态、可交换态和碳酸盐结合态Cd、Pb和Zn残留量,从而削减矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总环境风险达50.81%和87.13%.亚氨基二琥珀酸可有效去除污染土壤中重金属并降低残留重金属的环境风险,是一种潜在材料可用于土壤重金属污染修复.     

亚氨基二琥珀酸修复重金属污染土壤及环境风险削减评估

以亚氨基二琥珀酸（ISA）为洗脱剂,考察ISA投加量、洗脱液pH值、反应时间和土液比对Cd、Pb和Zn去除率影响,通过Box-Behnken多因素设计法优化最佳洗脱条件,并采用涵盖土壤重金属残留量、浸出浓度和毒性的综合环境风险法评估修复效果.结果表明,ISA对Cd、Pb和Zn去除率随其浓度增加而增加;ISA浓度为50mmol/L时,对矿山污染土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到11.83%、34.26%和20.96%;对污染农田土壤中Cd、Pb和Zn去除率达到48.89%、57.08%和81.80%.增加反应时间和洗脱液酸性有助于提高ISA对Cd、Pb和Zn去除率.随土液比减低,Cd、Pb和Zn去除率呈上升趋势.ISA去除Cd、Pb和Zn最佳条件为：ISA浓度70mmol/L、洗脱液pH4.0和反应时间120min,预测矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总去除率最大分别为32.58%和93.16%.ISA大幅度降低水溶态、可交换态和碳酸盐结合态Cd、Pb和Zn残留量,从而削减矿山土壤和污染农田土壤中Cd、Pb和Zn总环境风险达50.81%和87.13%.亚氨基二琥珀酸可有效去除污染土壤中重金属并降低残留重金属的环境风险,是一种潜在材料可用于土壤重金属污染修复.     

淋洗剂对多金属污染尾矿土壤的修复效应及技术研究

以我国南方某多金属复合污染尾矿土壤为研究对象,对土壤中重金属全量和各形态含量进行分析.通过系列振荡淋洗试验研究了蒸馏水、草酸、柠檬酸、乙酸、硝酸和EDTA对污染土壤的淋洗效果,筛选合适的淋洗剂及其最佳的液土比、液洗时间、淋洗次数等技术参数,并提出利用综合毒性消减指数来综合评价淋洗剂对污染土壤的修复效果.结果表明,该土壤以Cd和Pb污染最为严重,含量分别达52.2 mg.kg-1和4 836.5 mg.kg-1;淋洗剂对土壤中不同重金属元素的淋洗效果差异明显,其中对Cr的去除率最高仅为2.7%,而最多能去除约60%的Cd和Pb;蒸馏水对重金属几乎没有脱除效果,去除率都在0.1%以下,草酸和乙酸对重金属的去除率也较低,0.1 mol.L-1的EDTA是适合的高效淋洗剂;基于综合毒性消减指数和经济成本,选择在1∶6土水比2次淋洗3 h的技术条件.     

高速公路路面径流沉降过程中重金属去除特性

在对南京机场高速公路令桥段2008年2月~2009年2月15场降雨事件初期路面径流进行自由沉降试验的基础上,考察了自由沉降过程中Cu、Zn、Cd、Pb 4种重金属的去除率随时间的变化特征.同时,重点分析了重金属去除与截留沉速和悬浮固体(SS)去除的关系,并探讨了降雨特征和径流pH值对重金属去除特性的影响.结果表明,沉降开始30min内Cu、Zn、Cd、Pb去除率增长迅速,30min去除率均占2h总去除率的60%以上.Pb的2h平均去除率最高,可达25.62％,Cu、Cd和Zn的2h平均去除率分别为21.20%、19.97%和19.10%.同一重金属的沉降去除率每提高10%,截留沉速范围及上限值减少5倍左右.截留沉速相同时,Pb的去除效果最好,Cd、Cu、Zn的去除效果相差不大.SS与Cu、Zn、Cd、Pb沉降去除率之间的相关性存在差异,Pb多数以颗粒态形式存在,因而SS与Pb沉降去除率相关系数最大,其相关系数为0.8126(p=0.0002）;SS与Cd、Cu、Zn沉降去除率的相关系数分别为0.6871、0.6804、0.7653.路面径流pH值对重金属去除特性的影响显著,与4种重金属沉降去除率均呈正相关,且与Zn、Cd、Pb的相关系数均大于0.5;Zn主要以溶解态形式存在,因而Zn沉降去除率受pH值影响最明显,两者在0.05水平上显著相关(p=0.029).     

极端暴雨条件下北江重金属非点源污染负荷估算

为掌握极端水文气象条件下北江上游地区重金属通量及非点源贡献,以2012年6月25日北江最大暴雨径流过程为研究对象,采用通量计算和基流分割理论,估算了北江上游高桥断面在极端暴雨条件下的溶解态重金属(Pb、Zn、Cu和Cd)通量及基流和非点源负荷,比较分析了暴雨径流前后不同阶段溶解态重金属的输运总量及特点. 结果表明:暴雨径流发生前、后30 d内,溶解态Pb、Zn、Cu和Cd的通量分别达到24.1、91.4、14.6和3.4 t. 暴雨径流前、后的4个典型阶段中,以地表径流为主的全流域产流期(第Ⅱ阶段)污染负荷最重,Pb、Zn、Cu和Cd日均通量较洪水前(第Ⅰ阶段)分别增长了29.6、42.6、11.6和15.4倍. 深层地下水产流期(第Ⅳ阶段)Zn、Cu和Cd的输运强度较洪水前均有所下降,降幅在3.6%～33.6%之间. 基流重金属污染负荷比例仅占1.7%～9.9%,非点源污染负荷在90.1%～98.3%之间,洪峰期间(第Ⅱ阶段)非点源污染负荷所占比例在96.7%以上.      

几种修复措施对Cd淋失及土壤剖面运移影响

采集典型Cd超标稻田土壤开展室外盆栽实验,选取石灰、生物炭、苎麻、苎麻+有机酸EDTA添加强化富集植物等当前具有大田推广潜力的重金属超标土壤修复措施为研究对象,分析降雨、土壤双重酸性环境不同修复措施下土壤剖面有效态Cd含量变化及其径流流失特征.结果表明,生物炭(2%质量分数添加量)相比其他处理可显著提高土壤p H,苎麻添加EDTA则明显降低了土壤p H.同次降雨事件中,苎麻处理所产生的径流水样中水溶态Cd质量浓度显著高于水稻降雨排水,水稻生物炭添加处理径流水Cd质量浓度明显低于石灰添加及其他各处理,苎麻添加EDTA后径流水Cd质量浓度比苎麻显著升高,石灰处理(0.3%质量分数添加量)对土壤p H、径流水Cd质量浓度影响不明显.实验周期内,径流水Cd的质量浓度呈现春季高于夏季的特征.生物炭添加可显著降低0~20 cm土层有效态Cd含量且具一定持续效应,EDTA添加则显著提高了0~20cm土层有效态Cd的含量,而添加一段时间后含量则明显降低,但20~40 cm土层有效态Cd含量则略高于其他处理,具有一定的次表层土壤Cd活化效应.综上,生物炭等碱性固化材料添加修复措施可降低Cd污染土壤对地表受纳水体、土壤剖面下移的污染风险,而有机酸强化植物修复技术对地表水、深层土壤Cd污染风险较大,因此有机酸强化植物修复措施在大田推广时应充分考虑重金属的二次污染风险.     

Fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater management system and its implications for treatment

A stormwater management system utilizing the mechanisms of sedimentation and filtration/infiltration was developed and constructed for the immobilization of suspended solids and heavy metal constituents （Fe, Zn, Pb, Cr, Cu, Cd, Ni） in runoff. Monitoring took place between May 2010 and November 2012 on a total of 24 storm events. This research on the fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater system provided insight on the actual efficiency of the system and determined the implications for treatment of the particulate-bound and dissolved heavy metals in runoff. Results revealed that the partitioning of heavy metal load in runoff in either dissolved or particulate-bound were influenced by flow rate and total suspended solids load, and evident in high-intensity storm （rainfall-runoff event）. On the other hand, the partitioning of heavy metal load discharge from the stormwater system was more apparent during the early period of discharge having higher variability in dissolved than particulate-bound heavy metal. Findings revealed that fractionation of heavy metals played an important role in the performance of the stormwater system; thus, must be considered in designing stormwater systems. For the stormwater system to be effective, it is recommended to design the system treating not only the early period of a storm （first flush criteria） rather until the peak part of the hydrograph （high flow rate where partitioning was greatest） from a load basis.