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重庆三峡库区城镇合流污水水质水量时空分布研究

徐志恒  
【摘要】:论文在全面综述了国内外城镇水质水量变化特征、水质模型研究的现状的基础上,针对三峡库区排水体制特征以及近年大量新建的污水厂由于缺乏污水水质资料、参考的设计参数和实际情况差异较大、导致三峡库区部分中小城市污水厂不能稳定运行的具体情况,提出对库区中小城镇污水的水质水量进行调研获取实际水质资料,在现状数据的基础上利用数学统计分析库区城镇污水水质水量特点及变化规律,进一步用时间序列分析法ARIMA模型对库区城镇污水水质进行建模预测,期望其成果可以作为库区新建污水厂的设计参考及库区污水厂的优化运行调控提供依据。论文在研究过程中还对三峡库区特有的特细砂的性质及其分布进行了研究。研究主要内容和结果包括: ①通过对重庆三峡库区的10个典型区县城镇污水水质的现状调研,发现其城镇污水水质属于中高氮、中碳、中磷的中浓度生活污水;大部分城镇的城镇污水BOD5/CODcr的比值大于0.45,污水可生化性较好;而BOD5/TN的比值通常在3~5之间,碳氮比偏低,生物脱氮碳源紧张。 ②重庆三峡库区城镇污水水量变化规律为:1、2月份污水排放量较小、而在6~9月份污水排放量明显偏大。水质的月变化规律为各污染物浓度在1、2月份较高,在6~9月份偏低。时变化规律明显,通常在中午11时左右、下午17时左右、晚上21时左右出现浓度峰值。利用Kolmogorov- Smirnov(K-S)检验对各城镇污水水质进行了对数正态分布检验,发现库区城镇污水各污染物指标基本服从对数正态分布。对库区旱季及雨季的水质水量对数样本的均值差异进行配对样本的T检验,发现库区大部分城镇污水水质水量存在季节性差异。 ③运用SAS统计分析软件建立了重庆三峡库区典型城镇污水水质时间序列分析ARIMA(p,d,q)模型,利用模型对污水水质进行预测,结果表明除TP外的其他指标预测结果的平均百分比误差均小于20%。 ④通过对涪陵地区不同功能区晴天污水及雨天初期污水水样分析发现,不同功能区晴天污水水质具有较大差异,商业区污水污染物浓度明显偏高,交通区污水中污染物浓度则相对较低。雨天初期污水污染物时间变化规律与降雨强度有关,小时降雨强度大于2mm的降雨中污染物变化多呈单峰型,峰值出现后污染物浓度呈现明显的指数衰减规律;在小时降雨强度小于2mm且降雨历时长的降雨过程中污染物变化呈双峰型,污染物浓度没有明显的指数衰减规律存在。研究还表明不同功能区雨天初期污水污染负荷也存在一定差异。比较晴天污水与雨天初期污水中污染物的形态,雨天初期污水中颗粒型污染物所占比例明显高于晴天污水,雨天初期污水中主要以颗粒型污染物为主。 ⑤论文通过计算初期合流溢流污水的次降雨时间平均浓度EMC值,对城市初期溢流污水污染负荷进行了定量分析。结果表明,涪陵地区初期溢流污水的EMC值分别为TSS=477mg/L、TCODcr=530mg/L、TP=3.11mg/L、TN=26.2mg/L。利用M(V)曲线及b参数法对涪陵地区初期合流制溢流污水的初期冲刷效应进行分析,发现降雨强度较大时,初期合流溢流污水中TCOD、TSS、含沙量均有较明显的初期冲刷效应。 ⑥论文对涪陵地区细砂分布特征进行研究,发现涪陵地区特细砂时间变化规律与污水中其他主要污染物类似。雨天初期污水中的含沙量明显高于晴天污水;晴天污水细砂空间分布为交通区居民区(江东)居民区(江南)商业区;雨天初期污水细砂空间分布为居民区(江南)居民区(江东)交通区≈商业区污水管商业区雨水管。利用激光粒度仪测定了污水中的特细砂的粒度分布特征,发现晴天污水的平均粒径多小于200μm,而雨天污水中的砂粒平均粒径稍大也多小于250μm。采用标准SY/T 5163~2010《沉积岩黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法》对污水中分离出来的砂样及涪陵周边环境中的典型样品进行了物相定量分析。结果表明涪陵地区细砂矿物主要以石英、斜长石、微斜长石、方解石为主。


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