雨水管道沉积物‐水界面污染物的迁移转化

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近年来由雨水管道排水造成的城市河道污染问题逐渐受到关注。目前,国内外相关研究多为雨水管道沉积物污染物赋存特征调研,而对雨水管道沉积物-水界面污染物的迁移转化规律鲜有涉及。本课题在开展雨水管道污染物调研的基础上探究雨水管道沉积物-水界面污染物迁移转化规律。按照出水水质将华北某市中心城区雨水泵站分为高污染与低污染泵站,在其收水沿线典型区域选择11个点位,分别取雨水管道沉积物与其中积水做污染物调研。在调研基础上,采用柱状反应器模拟非雨季雨水管道沉积物-水界面系统,探究非雨季雨水管道污染物迁移转化规律及其影响因素,以及设计雨水管道沉积物冲刷模拟装置,探究雨季不同浓度悬浮物(SS)及不同流量水流进入管道后,水流与沉积物中污染物交互规律。所调研雨水管道各点位沉积物总有机质(TOM)、总氮(TN),总磷(TP)含量平均值分别为5.51%,2.57 mg/g,1.63 mg/g;各点位积水化学需氧量(COD),TN,TP浓度平均值分别为55.16 mg/L,20.00 mg/L,1.60 mg/L;大部分点位积水处于缺氧状态,且TN,TP浓度远远超过地表水质量标准五类水标准,进入河道后会增加河道黑臭与富营养化风险。各点位沉积物中Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes和Acidobacteria相对丰度占比总和均可达到90%以上。雨水进入管道后,沉积物-水界面系统污染物不断进行物理迁移与生化反应,初始阶段营养物以沉降过程为主,沉积物与上覆水中微生物会分别使得污染物向其所在相发生迁移。温度越高,沉积物中污染物越容易向上覆水中迁移,但由于微生物参与反应,20℃组中上覆水TN浓度低于5℃与35℃组上覆水中TN浓度。强碱强酸环境能促进沉积物中污染物向上覆水中迁移,而中性环境不利于污染物向上覆水中迁移。DO对上覆水中COD影响较小,对上覆水中TN影响明显,呈现明显的DO越高TN浓度越小的现象。而DO对TP的影响与TN相反。SS=0 mg/L与SS=500 mg/L水流进入管道后,水流中SS浓度出现上升现象;SS=1000 mg/L水流进入管道后,水流中部分SS会沉降在沉积物上。水流中不可吹扫有机碳(NPOC),TN与TP会吸附在颗粒物上,随SS变化行为发生变化。流量越大,被冲刷悬浮起SS越多,对水流中NPOC,TN与TP吸附能力越强。
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