方思遠(yuǎn)
[摘要]研究了在人工模擬不同降雨強(qiáng)度下,火山巖填料對(duì)TN、TP、COD、氨氮去除效果,模擬進(jìn)水濃度為TN:3mg/L、TP:0.3mg/L、氨氮:4.8mg/L、COD:200mg/L,分別模擬5年、10年、50年、100年降雨強(qiáng)度。通過實(shí)驗(yàn)分析出火山巖填料對(duì)TP和氨氮去除率可達(dá)90%以上,對(duì)TN達(dá)到70%以上,對(duì)COD去除效果不明顯。同時(shí)在一小時(shí)內(nèi)去除TN、TP、氨氮去除均可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
[關(guān)鍵詞]火山巖;人工降雨
[中圖分類號(hào)]P481 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
引言
為了更好的完善城市綠地系統(tǒng)對(duì)雨水中污染物的凈化效果,構(gòu)建了以火山巖為填料的模擬綠地系統(tǒng),在模擬不同雨水徑流強(qiáng)度條件下,檢測(cè)污染物的出水濃度并做對(duì)比。
近年來,隨著城市雨水徑流給人們生活和城市發(fā)展帶來的負(fù)面影響,以及徑流中污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的破壞,各國政府都加大了對(duì)城市雨水徑流污染物削減方面的投入和研究支出。其中城市綠地系統(tǒng)就是城市生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分,其對(duì)雨水徑流中污染物去除效果較好。在上個(gè)世紀(jì)70年代,國外已經(jīng)重視在新建城區(qū)建立綠地生態(tài)系統(tǒng),我國也逐步開展此方面的建設(shè),1999年底,全國已經(jīng)有667座城市綠化面積達(dá)591hm2,但是我國綠地系統(tǒng)仍存在,法規(guī)不健全,效益低下,結(jié)構(gòu)布置不合理等諸多問題。
為了更好的探究綠地系統(tǒng)對(duì)徑流污染物去除效果,我們選擇火山巖作為填料,模擬不同降雨強(qiáng)度下污染物去除效果,探究火山巖對(duì)污染物的去除效率,從而為綠地生態(tài)系統(tǒng)提供較全面的技術(shù)支撐。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
本實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè)完全相同的PVC水槽,頂部為340mm×340mm×310mm的正方體結(jié)構(gòu),底部則為340mm×340mm×160mm的椎體結(jié)構(gòu),在底部設(shè)置出水孔,裝置底部分別填上高度約為160mm的礫石作為承托層,在裝置頂部填上100mm高的火山巖填料。裝置通過計(jì)量泵進(jìn)行供水,轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制進(jìn)水的流量,用9英寸的噴頭噴水使布水均勻。
1.2 實(shí)驗(yàn)用水
本實(shí)驗(yàn)選取測(cè)試的指標(biāo)有:TN、TP、COD、氨氮。分別選取硝酸鉀、磷酸二氫鉀、葡萄糖、氯化銨作為模擬降水投加的藥劑。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
本實(shí)驗(yàn)中,通過投加藥品配置人工雨水的污染物濃度,兩個(gè)裝置同時(shí)進(jìn)行布水60分鐘,每隔10分鐘在底部進(jìn)行取樣。根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出模擬5年、10年、50年、100年的徑流強(qiáng)度分別為3.4L/h、3.9L/h、5.0L/h、5.6L/h,通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制不同降雨強(qiáng)度。人工雨水配水濃度范圍分別為氨氮1.67~10.96mg/L、TN為4.7~102.6mg/L、TP為0.166~1.907mg/L、COD為58~500mg/L。
1.4 水質(zhì)測(cè)定方法
參照《水中污染物測(cè)定方法》,氨氮為哈希分光光度法、TN為過硫酸鉀氧化紫外分光光度法、TP為鉬銻抗分光光度法、COD為快速密閉催化消解法。
2 結(jié)果與分析
通過對(duì)裝置一出水進(jìn)行分析,使用NH4CL配置氨氮為4.8mg/L、KNO3配置總TN為3mg/L、K2HPO4配置TP為0.3mg/L、葡萄糖配置COD為200mg/L,之后在不同時(shí)間點(diǎn)在底部取水測(cè)定。如圖1可知,火山巖填料對(duì)TN、TP、NH3-N均有良好的去除效果,對(duì)COD去除效果不明顯。其中,降雨強(qiáng)度改變時(shí)對(duì)TN、TP、NH3-N去除效果均有不同程度的影響。當(dāng)模擬降雨達(dá)到50年降雨量之后,火山巖對(duì)TN 的去除效果基本處于穩(wěn)定狀態(tài),1小時(shí)之后去除率可達(dá)到72.9%;模擬降雨在50年和100年時(shí)火山巖對(duì)TP最后的去除率保持一致,最終保持在92%;火山巖對(duì)NH3-N的去除率隨降雨強(qiáng)度增大而升高,當(dāng)達(dá)到50年降雨量之后,去除率維持穩(wěn)定狀態(tài),去除率在一小時(shí)后總體達(dá)到98%。
試驗(yàn)中采用的火山巖填料,孔隙率大,有利于硝化菌的增殖生長,整體系統(tǒng)的硝化能力,使得系統(tǒng)能去除更多的NH3-N。同時(shí)好氧缺氧段的建立,使系統(tǒng)的脫氮能力增強(qiáng),出水中NH3-N、TN 的質(zhì)量濃度都更低。周光紅等人的研究表明,火山巖粒徑越小,比表面積越大,有利于火山巖對(duì)磷的吸附,這與本實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)規(guī)律相符。污水中COD的去除主要因?yàn)槲⑸锏淖饔?,本次?shí)驗(yàn)中時(shí)間較短,故很少有微生物的形成,對(duì)COD的去除率不是很明顯。
3 結(jié)論
火山巖對(duì)TP和氨氮有很好的去除效果,去除率可達(dá)到90%以上;對(duì)TN去除效果一般,去除率達(dá)到70%以上;對(duì)COD基本沒有去除。并且在一小時(shí)內(nèi)去除率隨時(shí)間增加而增加,分別在一小時(shí)內(nèi)去除率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
在不同的徑流強(qiáng)度下,在進(jìn)水濃度氨氮為4.8mg/L、TN為3mg/L、TP為0.3mg/L、COD為200mg/L條件下對(duì)水中污染物去除效果最好為模擬50年降雨強(qiáng)度,達(dá)到閾值,模擬100年降雨強(qiáng)度提升效果不明顯。
火山巖主要依靠吸附和過濾作用去除水中污染物,同時(shí)由于火山巖孔隙率大,對(duì)氨氮去除效果明顯。
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