火山巖填料處理人工降雨實(shí)驗(yàn)效果分析

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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