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四川省环境科学学会

四川省环境科学学会. 山丘区村镇径流污染机理与控制技术. 朱 波，汪涛，唐家良，况福虹，徐泰平 ( 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 ). 2011 四川成都. 汇报提纲. 一、研究背景 二、试验观测设计 三、结果与讨论 四、结论. 中国城镇化取得巨大成就. 城镇化的快速发展，全国 2010 年 49.5% ， 2015 年预计达 51.5% 农村城镇化率 39%. 城市. 农村. 由于环境基础设施建设滞后，农村城镇化的环境代价很高. 山丘区降雨径流冲刷严重，携带大量污染物进入水体. 导致水体富营养化突出.

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Presentation Transcript

  1. 四川省环境科学学会 山丘区村镇径流污染机理与控制技术 朱 波，汪涛，唐家良，况福虹，徐泰平 (中国科学院成都山地灾害与环境研究所) 2011 四川成都

  2. 汇报提纲 一、研究背景 二、试验观测设计 三、结果与讨论 四、结论

  3. 中国城镇化取得巨大成就 • 城镇化的快速发展，全国2010年49.5%，2015年预计达51.5% • 农村城镇化率39% 城市 农村

  4. 由于环境基础设施建设滞后，农村城镇化的环境代价很高

  5. 山丘区降雨径流冲刷严重，携带大量污染物进入水体山丘区降雨径流冲刷严重，携带大量污染物进入水体

  6. 导致水体富营养化突出

  7. 可能影响长江三峡水库水环境 侵蚀泥沙下泻入江，影响长江水利工程的长期安全运行 径流污染物汇入长江，加剧三峡库区水环境压力

  8. 村镇径流污染研究中存在的问题? • 来源与迁移特征不清 • 难以计算污染负荷（排污系数）与贡献 • 很难控制，缺乏有效手段 • 降雨、径流如何影响污染物的扩散？ • 村镇径流污染对面源污染负荷的贡献？ • 有效控制村镇径流污染的轻简技术？

  9. 汇报提纲 一、研究背景 二、试验观测设计 三、结果与讨论 四、结论

  10. （一）研究地点 （1）以四川盐亭县林山乡截流村居民点集水区:2.1ha—川中低山丘陵区 （2）以三峡库区忠县石宝镇新政移民新村集水区:2.6ha—三峡库区低山区

  11. （二）观测设计 • 居民点源调查 • 多断面观测 • 出口观测 • 降雨径流观测 • 污染物迁移观测 • 输出通量观测 新政居民点观测堰 截流居民点观测堰 ISCO水沙自动采样仪 全自动无缝观测与采样

  12. （三）分析测定指标与方法 观测指标：降雨量、雨强、水位、泥沙 分析指标：COD、SS、TN、AN、DN、PN、TP、DP、PP 测定方法：国标方法 ISCO:雨强>2mm/h 水位计:实时记录水位变化 紫外分光光度计 流动分析仪

  13. 汇报提纲 一、研究背景 二、试验观测设计 三、结果与讨论 四、结论

  14. （一）村镇降雨产流特征 （二）村镇径流污染的来源与负荷 （三）村镇径流污染的贡献 （四）村镇径流污染的输移特征 （五）村镇径流污染的净化机制

  15. （一）村镇降雨产流特征 统计2007-2010年降雨产流数据，发现 • 最小产流降雨量2mm • 径流量与降雨量呈线性关系 • 快速产流因村镇不透水地面的面积较大 集水区土地利用特征（hm2/%）

  16. （二）村镇径流污染来源与负荷 1. 川中丘陵区面源污染来源与负荷（kg/hm2.a）2002~2010 • 坡耕地和居民点是农村面源负荷的主要贡献者 • 居民点具有最高的C、N、P迁移通量

  17. （二）村镇径流污染来源与负荷 2、三峡库区主要面源污染物来源与负荷（2007-2010） • 居民点具有最高的氮磷迁移通量，其中小城镇污染负荷惊人 • 果园的污染负荷略高于坡耕地 • 居民点、果园和坡耕地是三峡库区面源污染的主要贡献者

  18. （三）村镇径流污染的贡献 • 分散居民点、坡耕地是山丘区面源污染的主要贡献者

  19. 污染负荷的面积贡献率 川中丘陵区 首要污染源的判明 • 利用标准化的污染负荷面积贡献率（贡献率/土地利用比例）作为依据，>1为源 • 居民点、果园和坡耕地是主要源 • 居民点是首要源 三峡库区低山区

  20. （四）村镇径流污染输移特征 1. 污染物含量特征 与一般城市和城镇生活污水相比，呈现出典型的高氮、中磷、低有机物、低碳氮比的特征 COD浓度的变化程度很小 TN浓度整体分布比较均匀 氮比（COD/TN）平均值为3.93,是典型的低碳氮比污水 TP的平均值为4.42mg/L，分布在2.0～7.0mg/L之间，波动大

  21. （四）村镇径流污染输移特征 2. 典型降雨产流过程的污染物峰值变化 • 污染物浓度峰值在径流流量峰值之前（标准化参数分析）

  22. （四）村镇径流污染输移特征 次降雨事件中氮磷迁移特征 3. 初期径流冲刷效应(FF25) SC（居民点）- FF25 TN:0.44 PN:0.55 TP:0.50 PP:0.65 JC（混合小流域）- FF25 TP:0.42 PP:0.43 若FF25>=0.4则表现了显著的初始冲刷效应。

  23. （四）村镇径流污染输移特征 水流方向 4. 污染物的浓度变化 • 村镇径流各断面监测表明，从径流污染汇入口至出口，污染物含量明显下降 • 污染物监测具有尺度效应，污染物的排污系数的获取具有尺度概念 • 污染物在山丘区迁移过程中有显著的自净作用

  24. （五）村镇径流污染净化机制 山区环境自净功能与强化 重要自然或生态净化机制 泥沙吸附→容量→强化介质 泥沙拦截→拦沙率→沉沙池 跌落曝氧→效率→多级曝氧 植物吸收→高富集→植物筛选 技术组装、融合与配套

  25. 1. 泥沙/介质吸附容量 • 研究蒙脱石、高岭石、沟渠泥沙、紫色粗骨土等吸附介质的吸附容量 • 蒙脱石、紫色粗骨土、高岭石具有较高的吸附容量 • 沟渠泥沙可吸持去除氮磷分别为14.11、9.45 g m-2

  26. 2. 泥沙拦截去除率 • SS、TN、PN、TP、PP具有明显的初期冲刷效应 • 沟渠沉降段和沉沙池拦截初期冲刷的泥沙（30-40%），去除村镇降雨径流颗粒态污染物，去除氮、磷平均分别为144.51、65.20 g m-2（平均雨量38.5mm） 次降雨泥沙拦截率及氮磷去除效果

  27. 3. 跌落曝氧去除效率 • 跌落曝氧过程中溶解氧上升，氧化条件 • 中小流量的跌落有利于溶解氧提高 • 多级跌落的溶解氧提高更显著 大流量 中流量 小流量

  28. 3. 跌落曝氧去除效率 • 去除负荷： AN(NH4+-N)―15.05 g m-2，COD--0.84 kg m-2 • AN氧化能力较低，存在事件差异；COD净化较高，事件差异小 • 原因：停留时间愈长，AN与空气接触反应时间长，多级跌落有利

  29. 4. 植物吸收去除养分 • 研究了菖蒲、水蓼和芦苇、美人蕉、茭白、黑麦草等20多种水陆两栖或临水植物地生物量与养分富集率 • 美人蕉、菖蒲氮磷吸收量最高（186、26.3g/m2），水蓼、芦苇(81.6、10.3 g/m2 )氮磷吸收量相当，而茭草(13.11、2.89 g m-2 )与水花生大体相当 • 雨季(4-9月)，植被段植物在雨季共吸收氮磷分别可达82.6、12.5g/m2

  30. 5. 自然沟渠中自然净化机制与容量 净化机制与平均效率 (g/m2) 生态净化机制组合 • 泥沙与介质吸附：蒙脱石、高岭石和紫色粗骨土混合介质 • 跌落曝氧：3-4级多级跌落，跌落高度>10m • 植被搭配：美人蕉、菖蒲、芦苇、水蓼和黑麦草高矮与分段组合 自然沟渠系统对污染物的平均去处率SS89%、COD63%、TN71%、TP90%

  31. 6. 自然与生态净化机制的强化—生态净化技术 自然与生态净化机制在沟渠的强化 专利：一种山区村镇径流污染生态净化系统 跌落曝氧 沉沙池 实际处理效果 • 出水水质达排放标准 • 建设成本90元/m2，户均需生态沟渠3-5m2 • 运行成本0.03元/m3（1/30-1/15） 强化介质 沟渠植被 代表性论文 Eco Eng, 2009 Env Monit Assess 2010 J Soils Sediments 2011

  32. 汇报提纲 一、研究背景 二、试验观测设计 三、结果与讨论 四、结论

  33. 结 论 • 相对于其它面源污染类型，村镇径流污染具有最高的污染负荷，对小流域的污染负荷贡献比高，是面源污染中的首要源 • 山丘区村镇径流污染的初期冲刷效应突出，可利用该特征拦截初期径流或泥沙 • 山丘区的环境自净功能将为村镇径流治理提供高效、经济和便于管理的生态净化技术 • 未来应加强村镇径流污染的排污系数及高强度、集成化、小型化处理技术研究

  34. 感谢国家自然科学基金和国家水专项的支持！ 谢谢！请指正！

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