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城市经济活动的高度集聚,促使大量的物质和能量在城市生态系统中循环和流动,这给城市水环境带来了水体污染、水质恶化、水源短缺等一系列问题,而城市滨水区是污染负荷的汇集区,易于导致城市滨水生态环境系统退化。而随着人们生活水平的提高,对城市水环境的要求更高,因而必须采取有效措施控制城市滨水环境系统的恶化。本课题来源于“十五”国家863城市水环境专项“镇江水环境质量改善与生态修复技术研究及示范项目”,论文在内江水质模糊综合评价、水生态系统多样性灰色关联分析基础上,较系统研究了城市滨水区水环境主要污染特征,基于内江污染负荷削减开发了漩流沉降削减径流污染技术,构建了溢流污染净化技术和生态堤.滨江带-天然湿地水体净化技术。主要研究结论如下:
1)利用构建的模糊综合评价模型对内江水质进行综合评价,评价结果表明:内江水体污染程度相当严重,TP、TN指标偏高,为主要污染物,较大区域的水体为Ⅳ类,部分区域为V类;通过内江浮游生物调查及与水质灰色关联分析,可知:镇江内江水生生态系统现状较好,基本为清洁至轻污染状态,各水质因子与浮游生物关联度大小的排列顺序为:DO>COD>TN>TP>NH3-N>BOD,其中,DO、COD和TN是影响内江浮游生物密度的关键因子,而TP、NH3-N、BOD对内江浮游生物密度的影响较小。
2)选定内江流域内典型下垫面监测地表径流,分别得到水文特征、水质特征和径流平均浓度,结果表明:初期径流中污染浓度高,而且平均浓度均超过地表水V类几倍,而且可生化性差;对江滨泵站溢流口的污染水质和病原微生物调查分析,可知溢流口水质特征接近于城市生活污水,同时溢流污水中含有大量与人体或动物有关的病原微生物,存在生物污染的风险。
3)对镇江内江的底泥分布特征、潜在生态风险评价和相关性分析,结果表明:内江底泥中的重金属污染主要为Hg、Cd、AS;总体重金属的危害程度处在中等危害水平,在3、8、20、21采样点附近生态威胁程度较强,优先在这些区域清理淤泥;通过内江底泥取样,试验检测其氮、磷营养元素释放特征,结果表明,在环境条件的变化可加速底泥氮磷元素的释放;不同取样点底泥氮、磷释放的空间变异性高;底泥氮磷释放对水体营养盐浓度的贡献不容忽视。对底泥污染控制采用水力冲挖清淤吹填技术,将底泥清淤吹填到天然湿地区域地势较低的区域,抬升湿地低洼处的高程,补栽芦苇等湿地植被,实现湿地地理面积的修复。
4)暴雨径流污染物的浓度变化和降雨强度之间有很强的相关性,其中SS、总磷和COD的变化趋势和降雨强度的趋势基本吻合,但TN与降雨强度基本没有相关性;径流污染物中COD和SS具有很好的相关性,与TP具有一定的相关性;漩流沉降池对COD和SS沉降分离效率较高,平均达到40%和50%左右,对TP和TN沉降分离效率降低,TN分离效率平均只有7%左右;对于特定受纳水体,漩流沉降池对径流污染处理不能达到预测目标,需要从径流全过程采用相应的处理措施。
5)针对溢流污染提出了复合生物接触氧化法净化系统,利用生态浮床-弹性填料接触氧化-曝气生物滤池的吸收、吸附、降解、转化等过程,对CSOs中污染物进行净化处理,在HRT为4h,弹性填料填充量43.6%和生物滤层厚度40cm情况下,COD、NH3-N、TN和TP去除率分别为82.1%、56%、57%、22%,总体净化效果较好;COD、NH3-N、TN和TP降解过程遵循一级反应动力学过程。
6)为了增强内江水生态系统自然净化能力,构建了生态堤-滨江带-天然湿地净化系统。生态混凝土护坡对COD、SS相对于TN和TP具有较好的去除效率,7d后去除率分别为57.6%和82.6%;所构建滨江带的浮巢区两周后COD、TP、TN相对于敞水区的净化率分别为51.2%、53.8%、9.62%,相对于湿地区的净化率分别为21.2%、29.4%和-17.5%;生态修复后天然湿地通过植被收割,每年去除TN7.59 t,TP3.09 t。
本研究为城市滨水区水污染控制、水体环境质量改善提供技术参考,以及为城市水环境综合治理提供科学决策依据。