滇池流域典型城郊降雨徑流CODcr及TSS污染負(fù)荷及貢獻(xiàn)

張德剛,陳永川,湯利

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,云南昆明650201;2.紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,云南蒙自661100;3.云南省熱帶作物科學(xué)研究所,云南景洪666100)

化學(xué)需氧量(CODcr)是評定污、廢水中有機(jī)物污染程度,進(jìn)行污水監(jiān)測分析的重要指標(biāo)。固體懸浮物(TSS)對于污水處理廠來說不僅要控制進(jìn)水和出水的固體懸浮物濃度,而且在處理過程中也需控制固體懸浮物濃度以達(dá)到最高效率[1]。所以定量研究區(qū)域排放污水CODcr和TSS污染負(fù)荷對于了解區(qū)域污水有機(jī)污染狀況,選擇污水治理方案具有指導(dǎo)意義。

暴雨徑流的非點(diǎn)源污染已成為湖泊水體污染的重要來源[2]。目前,國內(nèi)部分城市[3-5]開展了城市降雨徑流污染的監(jiān)測研究,在城市降雨徑流水質(zhì)特性、模型預(yù)測以及管理方面取得了很多成果。在滇池流域,已對滇池東岸暴雨徑流污染負(fù)荷的時(shí)空分布與輸移特性,不同流域類型降雨徑流對河流氮磷入湖總量的影響,合流制排水系統(tǒng)降雨徑流污染物特征及初始沖刷效應(yīng)等方面進(jìn)行了一些研究[2,6-7]。但是對于城郊區(qū)域污水有機(jī)污染狀況、固體懸浮物污染負(fù)荷還未見報(bào)道。因此,在研究了滇池流域典型城郊村鎮(zhèn)排放污水特征的基礎(chǔ)上[8-9],根據(jù)一年的監(jiān)測資料,分析了滇池流域典型城郊降雨徑流CODcr和TSS污染負(fù)荷及由降雨徑流引起的污染負(fù)荷比例,以期為了解滇池流域城郊區(qū)域污水有機(jī)污染狀況及選擇污水治理方案提供資料參考。

1 資料與方法

1.1 采樣與分析方法

在滇池流域大清河下游選取典型城郊為研究對象,根據(jù)研究區(qū)域的特點(diǎn)把研究區(qū)域分為居民生活區(qū)和居民生活—集市混合區(qū)。居民生活區(qū)為北起張家廟村大清河橋頭沿大清河向南160 m,西至盤龍江畔區(qū)域,區(qū)域面積約為43 200 m2,人口約為3 080人,為典型居民生活區(qū)。居民生活—集市混合區(qū)為張家廟村北起第二污水處理廠,沿大清河向南170 m至張家廟村大清河橋頭,東沿第二污水處理廠向西270 m,至盤龍江畔區(qū)域,區(qū)域面積約為45 900 m2,人口約為4 840人。其中張家廟村大清河橋頭有一條主集市貫穿東西,該集市上具有滿足居民日常生活的各種經(jīng)營,其中小餐館、旅店、菜市場是主要的污染來源,為典型居民生活—集市混合區(qū)。該區(qū)域具有昆明市“城中村”的典型特征。住房多為居民自己所建,3～6層不等,絕大多數(shù)住房沿道路四周第一層為鋪面,中間為出租房或旅店,頂樓自家居住。出租房和旅店多是外地務(wù)工或短期勞工及其家屬生活居住。由于缺乏基本的市政設(shè)施,固體廢棄物無序堆放,大量生活污水未經(jīng)處理直接排放到房屋下的溝渠。再由多條溝渠匯向附近明渠或者暗渠,污水由明渠或者暗渠排入大清河。

常規(guī)生活生產(chǎn)排放污水采樣點(diǎn)設(shè)在明渠或者暗渠出口,自2006年10月到2007年09月,按1次/15 d頻率采集,同時(shí)用浮標(biāo)法監(jiān)測污水流量。當(dāng)發(fā)生降雨徑流時(shí),采用自制的采樣工具用聚乙烯瓶在集水口處收集徑流樣品。采樣時(shí)同步用容積法監(jiān)測徑流流量,用雨量計(jì)記錄雨量。一般暴雨事件在降雨產(chǎn)流時(shí)即開始采樣,在初期徑流開始時(shí),間隔5～30 min不等采樣,隨后根據(jù)降雨事件的情況間隔1～2 h不等,一般連續(xù)采樣到雨停為止。水樣24 h內(nèi)送云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。本研究主要集中監(jiān)測了滇池典型流域雨季中的7月和8月份2個(gè)月的10場降雨事件。

樣品分析按國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行,CODcr用重鉻酸鉀法(采用 GB11914-89),TSS用重量法(采用GB11901-89)分析。

1.2 污染負(fù)荷計(jì)算

1.2.1 城郊生活排放污水負(fù)荷計(jì)算方法 由于城郊排放污水排放過程中水量、水質(zhì)在一定的時(shí)間之內(nèi)相對穩(wěn)定,因此利用每月監(jiān)測到的污水通量和水質(zhì)可以計(jì)算該區(qū)域的生活排放污水污染物的月通量[5],各月通量之和即為年負(fù)荷。

污染物月通量根據(jù)文獻(xiàn)[5]計(jì)算方法計(jì)算:

式中:W——污染負(fù)荷(kg/月);Cm——污染物月平均濃度(mg/L);V——該集水區(qū)污水月流量(m3)。本研究中,Cm和V取每個(gè)月2次或者多次采樣監(jiān)測的平均值。

1.2.2 降雨徑流污染負(fù)荷計(jì)算方法 城郊降雨徑流污染負(fù)荷采用城市降雨徑流污染負(fù)荷的計(jì)算方法。由于地表徑流排放污染負(fù)荷的隨機(jī)性使單次降雨徑流污染負(fù)荷的代表性很差,所以通常采用的是年徑流污染負(fù)荷(Ly)。Ly可利用下式計(jì)算[5]:

式中:0.001——單位轉(zhuǎn)換系數(shù);Ri——第i場降雨的徑流系數(shù);Pi——第i場降雨的降雨量(mm);A——集水區(qū)面積(km2);EMC——一場降雨的地表徑流全過程排放的某污染物的平均濃度(mg/L)。在利用上式計(jì)算年降雨徑流污染負(fù)荷時(shí),需要知道一年內(nèi)每場降雨徑流的徑流量與EMC,這是很難做到的,于是在計(jì)算過程中常采用年平均降雨量和多場降雨徑流污染的平均濃度(EMCs)值[5]。因此上式可以簡化為:

式中:R——研究區(qū)域的年徑流系數(shù);P——研究區(qū)域的多年平均降雨量(mm);A——集水區(qū)面積(km2),所以監(jiān)測降雨次數(shù)越多,EMCs的代表性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 滇池流域城郊生活生產(chǎn)排放污水CODcr和TSS特征

根據(jù)全年每月2次(降雨時(shí)多次)采樣分析數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。從表1可以看出滇池流域城郊排放污水CODcr濃度在406.00～2 121.00 mg/L,TSS濃度在80.00～810.50 mg/L之間。排放污水一年中具有很大的變異,根據(jù)各月份數(shù)據(jù)得出,這種變異主要來源于雨季和旱季的變化。研究區(qū)域CODcr及TSS濃度均高于地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),CODcr濃度是國家污水綜合排放二級標(biāo)準(zhǔn)6.26～6.59倍,TSS濃度是國家污水綜合排放二級標(biāo)準(zhǔn)1.70～2.07倍。對于城郊生活生產(chǎn)排放污水,TSS濃度相對較低的原因可能是由于該研究區(qū)域居民用水量相對較小,許多固體顆粒物質(zhì)堆積在街道、路邊或沉積在明渠、暗渠中沒有被雨水沖刷帶走所致。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,CODcr及TSS濃度在所研究的2個(gè)區(qū)域之間差異性不顯著。

2.2 滇池流域城郊次降雨徑流CODcr和TSS特征

根據(jù)集中監(jiān)測10場降雨(居民生活區(qū)—集市混合集水區(qū)監(jiān)測7場)分析數(shù)據(jù),計(jì)算場次降雨徑流CODcr和TSS濃度(EMC)值見表1。由表1可以看出,居民生活區(qū)場次降雨徑流CODcr EMC值在74.07～205.00 mg/L之間,平均為123.65 mg/L;TSS EMC值在36.50～140.14 mg/L之間,平均為83.16 mg/L。居民生活—集市混合區(qū)降雨徑流 CODcr EMC值在 139.45～220.51 mg/L之間,平均為190.94 mg/L;TSSEMC值在125.28～324.70 mg/L之間,平均為 232.44 mg/L。由表1可以看出,場次降雨徑流CODcr和TSS濃度變異較大,但是這正反映了集中監(jiān)測的降雨中,具有不同的降雨強(qiáng)度、地表污染物積累程度及場次降雨時(shí)間間隔等因素差異,所以用其來估算降雨徑流污染負(fù)荷具有一定的代表性。由表2還可看出,次降雨徑流CODcr和TSS濃度居民生活—集市混合區(qū)要高于居民生活區(qū)。說明居民生活—集市混合區(qū)地表污染物積累更嚴(yán)重。

表1 滇池流域城郊排放污水、次降雨徑流CODcr和TSS特征

2.3 城郊CODcr和TSS污染負(fù)荷

根據(jù)生活生產(chǎn)排放污染物通量和降雨徑流污染平均濃度(EMCs)值計(jì)算區(qū)域年污染負(fù)荷結(jié)果見表2。可以看出,2種類型區(qū)域年人均負(fù)荷量較為接近,但是年公頃負(fù)荷居民生活—集市混合區(qū)高于居民生活區(qū),可能原因是由于居民生活—集市混合區(qū)集市的存在,增加了污染物的排放量。由表2還可看出,滇池流域城郊居民生活區(qū)、居民生活-集市混合區(qū)降雨地表徑流 CODcr年負(fù)荷所占總負(fù)荷的比例分別為15.35%和10.96%;TSS年負(fù)荷所占總負(fù)荷的比例分別為25.73%和35.89%。與文獻(xiàn)資料相比,雖然低于武漢市漢陽區(qū)徑流所占比例26.26%和59.37%[5],但是滇池流域城郊降雨地表徑流CODcr和TSS污染仍然是引起入滇池水體污染的原因之一。

表2 滇池流域城郊面源污染年污染負(fù)荷

將研究區(qū)域生活、生產(chǎn)排放污水CODcr和TSS人均年污染負(fù)荷與武漢市城區(qū)十里鋪、七里廟、五里墩等地人均年污染負(fù)荷[5,10]比較表明,滇池流域研究區(qū)域生活、生產(chǎn)排放污水CODcr和TSS人均年污染負(fù)荷遠(yuǎn)低于李立青等研究的武漢城區(qū)人均排污水平[5],僅為武漢城區(qū)人均年污染負(fù)荷的0.14倍和0.16倍。這主要是由于研究區(qū)域污水排放量低,再加之沒有統(tǒng)一的污水收集系統(tǒng),部分污水沒有進(jìn)入溝渠損失所致。但是,滇池流域城郊生活、生產(chǎn)排放污水CODcr和TSS濃度遠(yuǎn)高于李立青等人研究區(qū)域的污水CODcr和TSS濃度,所以從單位面積排污水平上看,2個(gè)區(qū)域相當(dāng)。

將研究區(qū)域降雨地表徑流CODcr和TSS污染公頃負(fù)荷與其它地方研究結(jié)果[11-14]進(jìn)行比較可以看出,研究區(qū)域居民生活—集市混合區(qū)降雨徑流CODcr和TSS污染公頃負(fù)荷稍小于李立青等研究的武漢城市降雨徑流CODcr和TSS污染負(fù)荷[5],與張善發(fā)等研究的上海城市地表徑流污染負(fù)荷[14]接近,說明滇池流域城郊降雨徑流CODcr和TSS污染負(fù)荷與城市降雨徑流CODcr和TSS污染負(fù)荷相當(dāng)。

3 結(jié)論

(1)滇池流域城郊排放污水居民生活區(qū)人均負(fù)荷CODcr為9.58 kg/a,TSS為3.14 kg/a;年公頃負(fù)荷CODcr為6.83 t/(hm2?a),TSS為 2.24 t/(hm2?a)。居民生活—集市混合區(qū)人均負(fù)荷CODcr為10.57 kg/a,TSS為2.88 kg/a;年公頃負(fù)荷CODcr為11.15 t/(hm2?a),TSS為3.04 t/(hm2?a)。

(2)滇池流域城郊降雨地表徑流污染負(fù)荷居民生活區(qū)CODcr為1.166 t/(hm2?a),TSS為 0.729 t/(hm2?a);居民生活—集市混合區(qū)CODcr為 1.458 t/(hm2?a),TSS為1.808 t/(hm2?a)。

(3)滇池流域城郊降雨地表徑流CODcr和TSS污染負(fù)荷分別占總污染負(fù)荷的10.96%～15.35%和25.73%～35.89%。降雨地表徑流CODcr和TSS污染也是引起滇池水體污染的原因之一。

[1] 夏青.流域水污染物總量控制[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1996:109-110.

[2] 黃俊,張旭,彭炯,等.暴雨徑流污染負(fù)荷的時(shí)空分布與輸移特性研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2004,23(2):255-258.[3] 黃金良,杜鵬飛,歐志丹,等.澳門城市小流域地表徑流污染特征分析[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(9):1753-1759.

[4] 邊博,朱偉,黃蜂,等.鎮(zhèn)江城市降雨徑流營養(yǎng)鹽污染特征研究[J].環(huán)境科學(xué),2008,29(1):19-25.

[5] 李立青,尹澄清,何慶慈,等.武漢漢陽地區(qū)城市集水區(qū)尺度徑流污染過程與初期沖刷特征[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(7):1057-1061.

[6] 劉忠翰,賀彬,王宜明,等.不同流域類型降雨徑流對河流氮磷入湖總量的影響[J].地理研究,2004,23(5):593-604.

[7] 楊逢樂,趙磊.合流制排水系統(tǒng)降雨徑流污染物特征及初始沖刷效應(yīng)[J],生態(tài)環(huán)境,2007,16(6):1627-1632.

[8] 張德剛,湯利,陳永川,等.滇池流域典型城郊村鎮(zhèn)排放污水氮磷特征分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(6):2245-2250.

[9] 張德剛,湯利,陳永川,等.滇池流域典型城郊村鎮(zhèn)排放污水CODcrTSS特征分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(4):1446-1449.

[10] 陳能汪,張珞平,洪華生,等.九龍江流域農(nóng)村生活污水污染定量研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004(43):249-253.

[11] 任玉芬,王效科,韓冰,等.城市不同下墊面的降雨徑流污染[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(12):3225-3230.

[12] 卓慕寧,王繼增,吳志峰,等.珠海城區(qū)暴雨徑流污染負(fù)荷估算及其評價(jià)[J].水土保持通報(bào),2003,23(5):35-39.

[13] 張善發(fā),李田,高廷耀.上海市地表徑流污染負(fù)荷研究[J].中國給水排水,2006,22(11):57-61.

[14] 高超,朱繼業(yè),朱建國,等.不同土地利用方式下的地表徑流磷輸出及其季節(jié)性分布特征[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(11):1543-1549.