中国科学院生态环境研究中心魏源送研究组在合流制管网溢流污染防控方面取得新进展。相关成果近期发表在Journal of Environmental Management（2022,303,114268）和Journal of Hazardous Materials（2022, 429, 128277）。
合流制管网溢流污染（CSOs）是影响城市水体水环境质量的重要污染源之一。本研究以北运河上游的沙河水库流域为研究对象，通过70年日降雨数据的统计分析和2017~2019年入库排口溢流过程的连续监测，并率先采用宏基因组学开展合流制管网溢流污染中的抗生素抗性基因组研究，揭示了北运河上游地区的降雨特征，明确了合流制管网溢流污染的水质水量特征。
研究结果表明，降雨主要发生在7月下旬和8月上旬，这段时间的降雨量约占全年降雨量的40-70%。合流制管网溢流污染是降雨驱动管网沉积物污染释放的过程（图2）。典型排口（NP8）主要溢流事件的水质水量过程监测表明，水质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）携带颗粒态污染物，污染物浓度与浊度线性相关，后期5-10小时以雨水为主。
图1合流制管网溢流污染过程示意图
基于宏基因组学的研究方法，本研究分别从reads→contigs→metagenome assembly genomes（MAGs）的水平上系统阐述了合流制管网溢流污染的可移动抗性组及病原微生物毒力因子分布特征，解析了ARGs宿主菌群赋存特性，并基于溢流污染“潮汐式”冲刷特征，明确了管道底泥是溢流污染中ARGs污染的主要来源。
图2 合流制管网溢流污染中抗生素抗性组行为特征示意图
该研究成果揭示了北运河上游合流制管网溢流污染的水质水量特征，为合流制管网溢流污染防控提供了科学依据。
此外，课题组通过现场调查，识别出合流制管网溢流污染防控的降雨阈值（累积降雨量12-21mm），揭示了CSOs污染主要来自管网沉积物中粒径60目颗粒态污染物；通过数值模拟和示范研究，开发了基于天气预报的“截冲掏·调蓄净一体化”合流制管网溢流污染防控关键技术，其中“截冲掏”适用于累积降雨量12-21 mm之间CSOs污染入河前的截留净化，并可根据天气预报做好合流制管网底泥冲洗清掏；“调蓄净”适用于后续溢流污染的水质净化，例如，当累积降雨量>21 mm时，前30分钟初期污染采用排口“调蓄净”技术措施截留60目颗粒态污染物。该成果在北京市沙河水库库区排口进行了工程示范，并获得2020年度北京市水利学会科学技术奖二等奖。
以上研究工作得到了“十三五”国家水体污染控制与治理科技重大专项“北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范（2017ZX07102）”项目资助，以及北京市水务局、北京市水专项办公室和北京市昌平区水务局的支持。
论文第一作者分别为郁达伟副研究员和张俊亚副研究员，通讯作者为魏源送研究员。
论文链接详见：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114268；https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128277
水污染控制实验室
2022年2月7日