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生物炭改良填料生物滞留池雨水径流营养物净化效果

何一帆  
【摘要】:为了提高生物滞留池对雨水径流中氮(N)、磷(P)等营养物的去除效果,研究了生物炭用于改良生物滞留池填料的可行性。利用稻壳生物炭(SWT)或铁改性生物炭(GXT)改良填料,研究SWT和GXT的理化性质、营养物释放和对填料吸附特性的影响;构建不同填料类型(对照填料T_1、SWT改良填料T_2和GXT改良填料T_3)和不同填料结构(单层和双层)相互组合的5根模拟试验柱,研究了不同试验柱在不同淹没区高度和不同落干期条件下对雨水径流中N、P等营养物的去除效果,分析了不同高度填料的含水率、反硝化酶活性(DEA)以及对P的截留效果。研究结果如下:(1)GXT在理化性质如阳离子交换容量CEC(71.251 cmol·kg~(-1))和比表面积(160±3 m~2·g~(-1))等方面优于SWT(30.505 cmol·kg~(-1)和150±3 m~2·g~(-1));GXT和SWT中的N素释放差异不大,但GXT中TOC(0.473~0.544μmol·g~(-1))、TP(0.632~0948μmol·g~(-1))等营养物淋出较SWT(1.333~1.585和9.406~19.477μmol·g~(-1))更少,且GXT在碳源释放方面更加稳定;等温吸附实验表明GXT对PO_4~(3-)-P的最大吸附量是SWT的2.3倍,GXT改良填料对NH_4~+-N的最大吸附量是SWT的1.4倍。(2)淹没区设置有利于生物滞留池N的去除,SWT/GXT改良均质填料(NO_3~--N、NH_4~+-N和TN平均去除率分别为70~97%、78%~97%和70%~93%)较双层填料(32~85%、80~95%和68~82%)效果更好;设置过高的淹没区会抑制生物滞留池P的去除,且GXT改良填料对P的去除效果(PO_4~(3-)-P和TP平均去除率分别为80~98%和80~98%)远优于SWT改良填料(50~85%和51~70%);过高的淹没区会阻碍生物滞留池对COD的去除,SWT/GXT改良填料(COD平均去除率为70~95%)均较对照组(60~90%)优良,且均质填料(70~95%)性能比分层填料(70~93%)更加优良;在浊度和色度方面,对照组在3种淹没区高度条件下性能均最差,SWT/GXT改良均质填料较分层填料性能更好,且所有试验柱出水色度和浊度随淹没区高度增加而增加;在不同落干期条件下,GXT改良均质填料试验柱抗旱能力更强,较长的落干期条件下(长于6天),GXT改良均质填料试验柱对N、P和COD去除性能最好。(3)SWT和GXT均能提高填料含水率,为反硝化反应提供适宜的氧化还原条件;同时SWT和GXT均能提高填料DEA,从而促进填料中反硝化脱氮反应,然而在分层填料分层处,可能是由于填料混杂的原因双层填料DEA比均质填料更高;所有填料对于P的截流均随填料高度降低而降低,GXT改良填料对P的截流效果最好。总体而言,若受纳水体对于P的去除是限制因素,建议使用不设淹没区的GXT改良填料生物滞留池;若考虑同步脱氮除磷,建议使用设置淹没区高度为300mm的GXT改良均质填料生物滞留池;同时,建议在干旱半干旱气候地区使用生物滞留措施时,GXT改良填料的使用将更有利于对雨水径流的处置。


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