中國科學院生態環境研究中心魏源送研究組在合流制管網溢流污染防控方面取得新進展。相關成果近期發表在Journal of Environmental Management(2022303114268)和Journal of Hazardous Materials(2022,429,128277)。
合流制管網溢流污染(CSOs)是影響都市水體水環境質量的重要污染源之一。本研究以北運河上游的沙河水庫流域為研究對象,通過70年日降雨數據的統計分析和2017~2019年入庫排口溢流過程的連續監測,並率先採用宏基因組學開展合流制管網溢流污染中的抗生素抗性基因組研究,揭示了北運河上游地區的降雨特徵,明確了合流制管網溢流污染的水質水量特徵。
研究結果表明,降雨主要發生在7月下旬和8月上旬,這段時間的降雨量約占全年降雨量的40-70%。合流制管網溢流污染是降雨驅動管網沉積物污染釋放的過程(圖2)。典型排口(NP8)主要溢流事件的水質水量過程監測表明,水質最差的是年度首次大雨(CODCr峰值1190mg/L)、汛期首次大雨(CODCr峰值1487mg/L);溢流初期(30-60 min)攜帶顆粒態污染物,污染物濃度與濁度線性相關,後期5-10小時以雨水為主。
圖1合流制管網溢流污染過程示意圖
基於宏基因組學的研究方法,本研究分別從reads→contigs→metagenome assembly genomes(MAGs)的水准上系統闡述了合流制管網溢流污染的可移動抗性組及病原微生物毒力因數分佈特徵,解析了ARGs宿主菌群賦存特性,並基於溢流污染“潮汐式”沖刷特徵,明確了筦道底泥是溢流污染中ARGs污染的主要來源。
圖2合流制管網溢流污染中抗生素抗性組行為特徵示意圖
該研究成果揭示了北運河上游合流制管網溢流污染的水質水量特徵,為合流制管網溢流污染防控提供了科學依據。
此外,課題組通過現場調查,識別出合流制管網溢流污染防控的降雨閾值(累積降雨量12-21mm),揭示了CSOs污染主要來自管網沉積物中粒徑60目顆粒態污染物;通過數值模擬和示範研究,開發了基於天氣預報的“截沖掏·調蓄淨一體化”合流制管網溢流污染防控關鍵技術,其中“截沖掏”適用於累積降雨量12-21 mm之間CSOs污染入河前的截留淨化,並可根據天氣預報做好合流制管網底泥沖洗清掏;“調蓄淨”適用於後續溢流污染的水質淨化,例如,當累積降雨量>21 mm時,前30分鐘初期污染採用排口“調蓄淨”科技措施截留60目顆粒態污染物。該成果在北京市沙河水庫庫區排口進行了工程示範,並獲得2020年度北京市水利學會科學技術獎二等獎。
以上研究工作得到了“十三五”國家水體污染控制與治理科技重大專項“北運河上游水環境治理與水生態修復綜合示範(2017ZX07102)”專案資助,以及北京市水務局、北京市水專項辦公室和北京市昌平區水務局的支持。
論文第一作者分別為鬱達偉副研究員和張俊亞副研究員,通訊作者為魏源送研究員。
論文連結詳見:
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114268;https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128277