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《北京林业大学》 2019年
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净水生态沟渠的构建及对径流污染的控制研究

周欣妍  
【摘要】:面源污染是导致北京沙河水库水质不佳的原因之一。雨水径流汇集并经由沟渠输送入库是沙河水库面源入库的重要途径,因此分析沙河水库周边典型沟渠内径流污染特征,并提出控制技术,实现污染物源头削减,对沙河水库水质提升具有重要的意义。本研究首先针对沙河水库周边两种类型沟渠(道路边沟、村镇边沟)径流开展水质监测与分析,识别径流污染特征。结果表明,村镇边沟径流污染物浓度高于道路边沟径流,超出我国地表水环境质量标准中V类水标准。与天然降雨相比,沟渠径流中颗粒态污染物占比较高,颗粒态COD、颗粒态磷、颗粒态氮分别占总COD、总磷和总氮的50-55%、65%-85%和44-51%。铬、铁、铜等重金属在沟渠径流中未被检出。进一步对沟渠径流中溶解态有机物(DOM)进行分析,1kDa污染物占比最高,主要为类富里酸类物质。在此基础上,在普通植物沟渠中设置强化净水单元进而提高沟渠的净水效能。通过填料、植物的筛选及优化配置试验,确定沟渠植物为美人蕉和菖蒲,种植比例为1:1;强化除磷单元由粒径为10-15mm的炉渣和4-8mm的沸石两种填料构成,比例为2:1;强化除氮单元由粒径为4-8mm的沸石构成,强化单元在沟渠中间隔设置。根据强化单元中的布设形式与位置,设计了表面式强化单元生态沟渠和下沉式强化单元生态沟渠。通过静水和动态试验,进一步对比研究了植物沟渠、表面式强化单元生态沟渠、下沉式强化单元生态沟渠对径流污染物的去除效能。静水试验结果表明,表面式强化单元生态沟渠对污染物的去除效果优于其它类型沟渠。当水力停留时间为96h时,表面式强化单元生态沟渠对总氮和总磷的去除率分别为72.09%和75.83%,其中,对颗粒态污染物的去除效果显著,对颗粒态氮和颗粒态磷的去除率分别为91.77%和78.5%,高于普通植物沟渠12.01%和18.5%。在动态试验条件下,表面式强化单元生态沟渠对TN、TP、SS的去除率分别为11.00%、19.17%、81.35%,高于植物沟渠6.89%、6.87%、28.25%。表面式强化单元的设置提高了径流在沟渠内的停留时间,且填料层强化了污染物的拦截和作用,故净水效果优于植物沟渠和下沉式强化单元生态沟渠。最后提出了沙河水库北岸净水生态沟渠改造方案设计。沟渠选用表面式强化单元生态沟渠形式,每隔25米设置强化单元1处,共计98处,强化单元高0.45 m,厚度0.4 m,强化脱氮、除磷单元交替设置,工程投资共计33.05万元。
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