排水管道作為城市發展中必不可少的基礎設施，承擔著收集和輸送污水、防洪排澇、水污染防治等重要功能。排水管道內賦存的污染物種類繁雜〔主要包括懸浮固體（SS）、有機物、營養物（氮、磷）和重金屬（Cu、Zn等）〕，具體組成因匯水面特性差異而有所不同。近年來，隨著環境分析技術的發展，微量有機污染物（又稱痕量有機污染物，micro-pollutants），如雌激素、農藥、藥品和個人護理品（PPCPs）、非離子表面活性劑等亦被廣泛檢出。


污染物在排水管道污水輸送過程中發生降解轉化，帶來了諸多環境風險，一方面影響排水管道的正常運行，危害管網系統周邊環境。硫循環過程產生的H2S（硫化氫）是造成管道腐蝕的罪魁禍首；厭氧消化過程產生的CH4（甲烷）、N2O（氧化亞氮）是重要的溫室氣體，其中CH4的溫室效應潛能是CO2的21——23倍，而N2O的溫室效應潛能則是CO2的300倍之多。另一方面影響后續污水處理廠的處理效能。污染物沿程降解使污水處理廠進水ρ（CODCr）偏低、處理效率低下。因此，了解排水管道內不同賦存水平污染物的遷變規律，對降低排水系統損耗、提升管網運行效率具有重要意義。


多數研究表明，排水管道內污染物的遷移轉化過程是多種因素綜合作用的結果：①管道污水中基質濃度較高，微生物生長底物充足，存在具有定向降解性能的微生物。②管道上中途設施的設置，制造好氧~厭氧交替的內部環境。③城市排水管道一般規模大、路線長，具備充足的水力停留時間。因此，排水管道內污染物的遷移轉化極易實現。


自20世紀50年代以來，國外學者就開始針對排水管道內污染物的遷移轉化規律展開研究，并已積累了大量研究成果，國內研究雖起步較晚，但相關研究也在不斷推進?，F階段對于懸浮固體、營養物（氮、磷）以及硫化物在管道內遷移轉化規律的研究較多，對微量有機污染物的研究較少。多數研究停留在賦存水平的推斷，鮮有涉及轉化機理的分析，未能全面體現排水管道內部環境的復雜性。


排水管道內污染特性研究


排水管道內污染特性主要體現于污水水質和沉積物性質。污染特性變化受污染物遷移轉化過程影響，其程度與管道內水力條件、微生物作用及匯水面特性等因素有關。


污水水質變化


排水管道內污水輸送過程中，水量水質時刻變化。不同學者通過采樣檢測，均發現了管道沿程污染物濃度降低的現象。污染物沿程降解使污水處理廠進水ρ（CODCr）偏低、處理效率低下，易造成能源資源的浪費。


管道內污染物發生沉積或生物降解，以及管道外部水源的入流入滲共同造成了污水水質的變化。郝曉宇通過模擬管道試驗，發現污水中以溶解態存在的污染物易被生物降解，以顆粒態存在的污染物生物降解困難，多向管道底部沉積。Nielsen等發現，不同溫度下排水管道污水中糖類、乙酸、蛋白質、SCOD及TCOD的轉化均與微生物作用有關，且轉化過程基本遵循高活性的零級反應模式。對于地勢低平、地下水水位較高的地區，管網水質易受外來水入滲的影響。余黎等對上海某污水處理廠外來水進行核算分析，保守估計純污水排放ρ（CODCr）為200 mgL，外來水ρ（CODCr）以河流實測值（13.6 mgL）計，污水廠進水ρ（CODCr）實測值僅為56.2 mgL，水量平衡計算發現，外來水量約占總水量的77.15%.研究表明，雨污混接、地下水入滲及河水倒流均可導致外來水入滲。低濃度的外來水進入排水管道與原污水混合后，大大降低了原污水中污染物濃度，造成污水處理廠進水水質的變化。


沉積物動態變化


管道沉積物主要來源于污水中懸浮物質的沉降。沉積物的累積使城市排水管網中普遍出現了不同程度的淤積和堵塞，進而導致管道過流能力下降。沉積物性質與匯水面特性有關，且很大程度上取決于沉積物的動態變化。

污水中懸浮物沉積以及沉積物隨水流沖刷再次懸浮是沉積物動態變化的主要表現。動態過程決定了管道底部積泥厚度及水流沖刷時污染物的釋放強度。水力條件是影響動態過程的關鍵因素，主要體現為污水流速和水流剪力的變化。Regueiro-picallo等通過動態攝影技術對城市排水管道內沉積物的釋放情況進行檢測發現，由于存在較高的水流剪力，附著于管壁上的沉積物中有25%——50%的污染物會隨污水流動而釋放。盧慧采用不銹鋼管模擬實際排水管道，發現隨著污水流速從0.05 ms升至0.11 ms，水流沖刷強度及擾動性逐漸增強，部分沉積物發生遷移，顆粒沉積量逐漸減少。桑浪濤等在得出類似結論的基礎上，進一步確定了0.6 ms是大顆粒污染物（>40μm）被沖刷的臨界流速。


在管道內特定環境下，微生物作用、pH等也能對沉積物的結構和性質產生影響。微生物代謝活動過程中分泌胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）形成的生物膜，能夠填補顆粒間的空隙，增強顆粒間聯結，降低沉積物顆粒表面粗糙度，從而使近床面的水流剪力減小，沉積物的抗沖蝕能力提高。pH變化能刺激微生物的活性，一方面促進沉積物中氮、磷等污染物的降解和釋放；另一方面也能促使H2S、CH4等氣體生成，氣體的產生和聚集會使沉積物體積變大且內部結構變得松散，從而削弱了沉積物的機械強度和抗水力沖蝕性能。