城市校园区面源污染的监测试验研究.pdf
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1、第 8卷第 2 期 2 0 1 0年 4月 南水北调与水利科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r Tr a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e T e c h n o l o g y Vo1 8 No 2 Ap r 2 0 1 0 d o i : 1 0 3 9 6 0 i i s s n 1 6 7 21 6 8 3 2 0 1 0 0 2 0 2 5 城市校 园 区面源污染 的监测试验研究 赵树旗 , 周 玉文 , 郝瑞 霞 ( 北京工业大学建筑工程学 院 , 北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要: 选择
2、城市校园区作为研究对象, 自制了降雨径流水质监测取样装置, 在 2 0 0 2年一2 0 0 4年雨季 , 对研究区的天然 降雨及不同下垫面的 9 个观测点 1 8场降雨进行了监测取样 , 获取有效水样 4 2 3 个, 检测得到 5 0 0 0 余个水质数据。通 过研究分析, 对城市校园区降雨过程中不同下垫面的污染情况和各项水质指标变化规律有了初步了解 , 研究结果表 明: 城市校园区雨水径流的主要污染物质为 C OD、 S S 、 TN等, 而重金属和无机盐类浓度则较低。据此, 提出了城市校 园区雨水利用和面源污染防控的具体建议措施 。 关键词: 面源污染; 取样装置; 降雨径流; 雨水水
3、质; 下垫面; 城市雨水利用 中图分类号 : X5 O 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 9 1 0 4 Exp e r i me nt Re s e a r c h o n t h e M o ni t o r i n g of No n - Po i nt S o u r c e Po l l u t i o n o n U r b a n C a mp u s and t h e R u n o f f Qu a l i t y A p p r a i s a l ZHAO S hu q i , ZHOU Yu
4、we n HAO Ru i x i a ( C o l l e g e o f Ar c h i t e c t u r e a n d Ci v i l En g i n e e r i n g, Be ri n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,B e Oi n g 1 0 0 1 2 4 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :S e l e c t i n g o n e u r b a n c a mp u s a s t h e r e s e a r c h a r e a a n d s a mp l
5、ing wi t h t h e s e l f - d e s i g n e d s a mp l i n g a p p a r a t u s ,t h e a u t h o r s o b t a i n e d 4 2 3 s a m p i e s f r o m 9 di f f e r e n t u n d e r l y i n g s u r f a c e s a n d 1 na t ur a l r a i n f a l l d u r i n g 1 8 r a i n wa t e r r u n o f f p r o c e s s e s f t o
6、 m J u l y,2 0 0 2 t o Se p t e mbe r 。2 0 0 4 Th e p r o g r a m h a s o bt a i n e d mo r e t h a n 5 0 0 0 c h e m i c a l t e s t d a t a Th e r e s e a r c h r e s u l t i n dic a t e s t h a t :t h e ma i n p o l l u t a n t s i n t h e c a mp u s a r e CODs u s p e n d e d s o l i d s a n d T
7、N e t c ,wh i l e t h e e o n c e n t r a t ion s o f h e a v y me t a l s a n d i n o r g a n i c s u bs t a n c e s a r e r e l a t i v e l y v e r y l o wAc c o r d i n g t o a b ov e r e s u l t s s o me d e t a i l me a s u r e s a r e s u gg e s t e d f o r t h e u r b a n c a mp u s a r e a s
8、 o n r a i n wa t e r ut i l iz a t i o n a n d r u n o f f p o l l u t i o n c o n t r o l l ing Ke y w o I d s :n o n - p o i n t s o u r c e p o l l u t i o n ;s a mp l i n g a p p a r a t u s ;p r e c i p i t a t io n r u n o f fi r a i n wa t e r q u a l it y ;u n d e r l y i ng s u r f a c e ;
9、u r b a n r ai n w a t e r u t i li z a t i o n 传统的城市降雨径流水质监测一般只是在雨水排除系统 的出口处布点监测, 通过监测可以了解城市总体的面源污染 情况, 这对于分析降雨径流对区域水系的污染是实用和有效 的 】 一 。但是, 随着城市雨水利用理念的普及, 人们需要了解城 市各种功能区的径流水质特 征 , 城 区校 园是 一种特 殊的功 能 分区, 其降雨径流的污染特征不同于其他功能区, 对其径流水 质进行监测并研究其变化 规律 , 可 为进 一步 选择 和确定雨 水 的利用途径和工程方式提供 依据 , 为研 究城 市不 同功能 区面 源污染
10、的机理模型提供基础数据 。 1 水质监测方案 城市区域按其功能分区可以分为商业 区、 住宅区、 工业 区、 文化区( 城区校园) 等, 各种功能分区其下垫面及大气污染 情况有所不同, 因而其降雨径流的污染情况也有很大差异, 因 此 , 应该按功能分区分别研究各种分区的面源污染特性。笔 者选择城区校园作为研究对象, 根据研究区的下垫面特征, 选 取 9 个取样点( 另外还有 1 个 自然降雨水样) , 取样地点选在 北京工业大学西校区以及相邻的西大望路 。 屋面取样点选在建工学院楼 , 分玻璃屋面、 铺砌屋面和沥 青屋面三种研究, 可代表城市校园区一般污染情况下的屋面 状况; 路面选在作为北京工
11、业大学东西校区分界线的西大望 路, 分汽车道、 自行车道和人行道三种路面研究, 可代表城市 校园 区附近交通流 量较小情 况下 的道路 污染情况 。另外 , 还 在西区校门口、 教工住宅区及校园绿地设了三个取样点, 代表 一 般城区 内校 园、 校园 内居 民小 区及绿地 的状况 。雨水取 样 点的布置见 图 1 。 取样采用 自制的降雨径流取样装置_ 2 , 该装置由室外取 样头、 雨水采集引入导管、 室内雨水收集瓶、 真空缓冲瓶、 真空 泵、 取样台及控制面板等几部分组成, 室内部分安装在水质实 验室内, 室外取样头放置在各个取样点。雨洪径流水质监测 收稿 日期 : 2 0 0 9 1 0
12、 2 3 修 回日期 : 2 0 1 0 0 3 0 5 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 0 6 7 8 0 0 9 ) 作者简介 : 赵树旗 ( 1 9 6 3 一 ) , 男 , 河北 元氏人 , 副教授 , 主要从事水环境工程与 系统优化方面 的研究工作 。 墨1 l 蹿 9 1 第8卷 总第 4 7期 南水北调与水利科技 2 0 1 0年第2期 取样装置室内操作台示意图见图 2 。 困 厂 玻璃屋顶 铺砌屋顶 沥青屋顶 汽车道 自行车道 人行道 学校门 口 白行车道 住宅小区 图 1 雨水取样点的布点示意图 Fi g 1 Lo c a t i o n o f t h e
13、s a mp l i n g s i t e s 在降雨开始前, 即开启真空泵, 由真空泵通过真空缓冲瓶 对室内各雨水收集瓶抽真空, 雨水则由放置在各取样点的室 外雨水采样瓶通过雨水导管流入室内雨水收集瓶, 同时开启 雨水收集瓶的通气阀和放水阀即可将雨水收集瓶的雨水放入 雨水样品瓶 , 以备各项水质参数的测定。根据导管铺设情况, 选用 2 X - 0 5旋片式真空泵一台, 极限真空 5 1 0 4 To r r , 转速 5 0 0 r rai n , 抽速 0 5 L s , 功率 1 8 0 W。经现场测试满足使用 要求。 1 室内取样平台后 面板 ; 2 室外雨水引人导管 ;3 阀门 4
14、 室内雨水收集瓶 ; 5 连接雨水样品瓶 导管 ;6 脚门 ; 7 雨水样品瓶 ; 8 室内雨水收集瓶抽真空 导管 ; 9真空缓冲瓶 ;1 0 连接真空泵 导管 ;1 1 真 泵 图 2 雨洪径流水质监测取样装置室内操作台示意图 Fi g 2 I n - d o o r s a mp l i n g p l a t f or m o f t h e i n s t a l l a t io n 2 0 0 2 年一2 0 0 4年雨季, 用该装置观测降雨 1 8场, 采集水 样 4 2 3 个, 由此获得有效分析与监测数据 5 0 0 0 余个。 另外, 在北京工业大学东校区还安装了 D S
15、J 2型虹吸式 雨量计, 与水质观测同期进行 2 水质评价标 准 监测指 标 包 括水 温 、 浊 度 、 S S 、 电 导率 、 p H 值 、 溶 解 氧 ( D 0) 、 氨氮、 总硬度、 C a “ 、 Mg 、 硫酸根 、 高锰 酸盐指数 9 2 麓 ( C OD M n ) 、 碱度、 总氮 ( T N) 、 总有机碳( T OC) 、 铁、 锰、 铜、 锌 等, 采用 水和废水监测分析方法 ( 第四版) 3 3 进行分析检测, 并对检测结果用国家地质实验测试中心模拟天然水基体系列 盲样进行质量考评, 并对测得的数据进行统计分析。 建设部于 2 0 0 6年颁布的 建筑与小区雨水
16、利用工程技术 规范b ( GB 5 0 4 0 0 2 0 0 6 ) 提出了有关雨水水质的条文 3 2 5 , 对 不同的雨水用途 , 处理后雨水 应达到 的水质限制标 准也有差 异, 但只是提出了C O D和 s S两项指标。对于循环冷却系统 补水、 观赏性水景、 绿化、 车辆冲洗、 道路浇洒、 冲厕等用途 , C O D c 的限制值是 3 0 mg L , 而对娱乐性水景用水, C O D c r 的 限制值是 2 0 mg L ; 对于 S S的限制, 观赏性水景、 绿化、 道路 浇洒 、 冲厕等用途限制值为 1 0 mg L, 而对循环冷却系统补 水、 观赏性水景、 车辆冲洗等用途
17、, S S的限制值为 5 mg L 。 本研究参照生活饮用水卫生标准( G B 5 7 4 9 - 2 0 0 6 ) 、 地表水环 境质量标准( G B 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) 和城市污水再生利用城市杂用水水质 标准( G B T1 8 9 2 0 - 2 0 0 2 ) -个标准进行雨水径流水质评价。 3 雨水径流水质状况总体评价 通过对所检测的 1 8场降雨 4 2 3 个水样的水质分析化验 , 发现城区雨水的主要污染物质为C OD、 S S 、 T N等, 而重金属 以及无机盐类等污染物浓度则较低。以下对主要污染物的雨 水径流水质状况作总体评价。 3 1 总 氮和氨 氮
18、 自然降雨水样氨氮和总氮的数值较高, 监测期内最高值 发生在 2 0 0 3年 7 月 2 0日, 氨氮为 9 9 3 mg L , 总氮为 1 2 3 2 mg L。自然降雨中的氨氮和总氮中值分别为 2 3 3 mg L和 1 7 9 m g L , 超过和接近 V类地表水水质标准( 2 0 mg L, 2 0 mg L ) 。考虑各种下垫面, 氨氮含量最大值为 1 5 5 2 mg L , 发生在玻璃屋面 , 总氮含量最大值 为 1 1 1 7 9 mg L , 发生在汽 车道, 其他下垫面的氨氮含量和总氮含量也基本都超过 V类 地表水水质标准。氨氮和总氮是降雨径流中的主要污染物之 一 。
19、图 3为各种下垫面降雨径流的氨氮中值统计图, 图 4为 各种下垫面降雨径流的总氮中值统计图。 4 3 5 一 、 3 2 5 g 2 遥 岳1 5 蛊 1 0 5 0 下垫 面类型 l 一 沥青屋面;2 一铺砌屋面 ;3 一 玻璃 屋面;4 汽车道 ; 5 - 自行车道 ;6 一人行道;7 一 校门口;8 一绿地 ;9 一 自然降雨 图 3 各种下垫面 NH3 - N的中值统计值 Fi g 3 Me d i a n s o f NH3 一 N o f d i f f e r e n t u n d e r l y i n g s ur f a c e s 大气中氨态物质的主要来源分为四类, 即
20、畜禽源、 化肥施 用源、 化肥和合成氨生产 以及人类粪便源, 据文献介绍E 4 3 , 1 9 9 1 年我 国大 陆 NHs 的排放量 为 8 9 1 8万 t , 其 中畜禽 、 氨 肥施用、 人类粪便 、 氨肥与合成氨生产分别占6 4 、 1 8 、 第 8卷 总第 4 7期 南水北调与水利科技 2 0 1 0年第2期 生活饮用水的规定, 水质 类。详见表 1 各种下垫面降雨径流部分水质监测指标变化范围和中值总表。 表 1 各种下垫面降雨径流部分水质监测指标变化范围和中值总表 ( 2 O O 2 年 7 月-2 0 0 4年 9 月) Ta b l e l Ra n g e a n d
21、me d i a n o f s o me wa t e r q u a l i t y p a r a me t e r s me a s u r e d f r o m d i f f e r e nt u r b a n s u r f a c e s f r o m J u l y,2 0 02 t o S e p t e mb e r ,2 0 0 4 监测 指标 屋面径 流 道路径流 玻璃屋面 铺砌屋面 沥青屋面 汽车道 自行 车道 人行道 校门口 住宅小区 绿地 自然降雨 2 5 O 7 6 O 5 5 7 9 0 4 6 5 3 8 3 6 5 - 8 7 8 9 O 7 O7
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