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土壤渗滤系统改良及对降雨径流污染物的去除研究

崔蒙蒙  
【摘要】:雨水径流是地表水体污染物的一个重要来源,径流中含有的众多污染物质可能造成城市水体富营养化,重金属超标,有机污染等一系列环境问题,采用经济有效的方法去除径流污染物的研究对于雨水污染的管理和控制具有重要意义。 土壤渗滤系统是一种传统的污水土地处理方式,污染物经过土壤层通过截留、沉淀、吸附、络合、微生物降解等物理、生化作用得到净化。然而传统土壤渗滤系统在处理污水的过程中极易发生堵塞,主要原因是处理用的土壤多为黏土,对污染物吸附作用强烈,但土壤渗透性较差,随着运行时间的延长,污染物质及微生物分解产物极易堵塞土壤孔隙。 本研究采用聚氨酯泡沫、人工草皮及枯枝落叶等简单易得的材料对传统土壤渗滤系统进行改良,基于对合肥地区雨水径流污染的检测数据,通过室内配水模拟研究改良土壤渗滤系统对地表径流污染物的去除效果。试验旨在通过改善黏土层理化环境从而达到土壤渗滤系统的高效运行及有效去除城市地表径流污染物的目的。研究一方面可以为城市径流污染的治理提供一种处理思路,另一方面对三种改良渗滤系统去除径流污染物的研究可以为工程应用提供理论依据,并进一步完善土壤渗滤系统这一污水处理工艺在城市地表径流污染治理过程中的有效运行。 试验主要由两部分组成,第一部分主要为室外监测,在已有对雨水地表径流污染研究基础之上,对安徽大学磬苑校区路面地表径流污染状况进行监测。研究方法主要通过布点采样,对理工楼(工作区),研究生食堂(餐饮区)及教师中转房(生活区)三处采样点的三场有效降雨过程中路面地表径流污染状况进行监测,所得数据也为进一步开展的研究工作提供背景资料。第二部分为室内模拟,研究方法为在实验室内采用人工配水并控制配水浓度及流速大小,分别构建聚氨酯泡沫土壤柱,人工草皮土壤柱及枯枝落叶土壤柱模拟改良渗滤系统对污水的净化过程,收集不同条件下的出水并对出水污染物浓度进行检测,以去除率衡量系统对污染物的去除效果。 室外监测结果表明,路面地表径流中氮污染物主要为NH4+-N及TN,NO3--N及NO2--N含量相对较低,且NH4+-N及TN浓度均为地表水V类标准,污染较严重。地表NH4+-N及TN主要来源于生活及餐饮中的蛋白质、糖类、脂肪等造成的有机污染,因而教师中转房及食堂的NH4+-N和TN浓度高于理工楼工作区。降雨特征参数对初期地表径流污染影响较为明显,雨前干期长,雨量大,初期地表径流污染越严重。 聚氨酯系统及草皮系统对NH4+-N均具有较好的净化效果,平均去除率在98%以上。不同污染负荷下,两种改良渗滤系统对NO3-N的去除效果表现为低、中污染浓度下出水NO3--N浓度均高于进水,表明系统内一部分NH4+-N通过生物转化作用变成了NO3--N。高浓度下聚氨酯系统对NO3-N有一定的去除率,但去除率较低,为17.52%。聚氨酯系统对NO2--N的平均去除率为87.29%,高于草皮系统53.77%的平均去除率。聚氨酯系统和草皮系统对TN的平均去除率分别为72.65%和71.07%。两种渗滤系统基本上可以全部去除进水中的Cu、Pb,出水低于系统检测限,去除效果较好。草皮系统对Zn的去除率高于聚氨酯系统,草皮系统平均去除率为90.04%,聚氨酯系统平均去除率为80.3%。不同进水流速下,聚氨酯系统,草皮系统及枯叶系统对TP、SS的去除效果较好,对COD的去除效果相对较差。聚氨酯系统对TP和SS的平均去除率分别为87.04%和94.32%,草皮系统为89.07%和82.78%,枯叶系统为91.31%和87.71%。对于COD的去除,三种改良渗滤系统表现出聚氨酯系统草皮系统枯叶系统的规律,平均去除率分别为74.36%,66.83%和56.40%。进水流速增大导致系统水力停留时间缩短,系统对污染物的去除率相对降低。 研究结果表明,枯枝落叶含有的丰富养料为微生物生长提供适宜环境,有利于污染物的降解,其所具有的涵水性可以缓冲水流对系统的冲击,确保污染物具有一定的去除率。草皮根系对于土壤理化及生物环境的改善具有一定的效果,并对氮磷及重金属具有吸收去除作用。聚氨酯泡沫材料可以改善土壤的渗透性,增大系统氧气含量,但试验运行后期系统出现一定程度的堵塞,主要原因可能是聚氨酯泡沫含量较少,且与土壤混合不均匀,只在局部增大了土壤孔隙率。因而需在增加改良层聚氨酯填料的量及提高聚氨酯与土壤混合的均匀度方面做进一步研究。


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