生物滞留系统填料改良与调控效果试验研究

发布时间：2020-04-09 22:17

【摘要】：城市化进程的迅猛发展,一方面改变了原有的水文平衡,另一方面面源污染对城市的水环境污染问题日益突出。生物滞留系统作为一种典型的低影响开发(Low Impact Development,LID)技术,在调控水质水量、地下水补给方面效果尤为显著,其被广泛运用于消纳和净化降雨径流。通过水力水质设计和填料的不同混合,从源头上控制降雨径流中各污染物的污染问题。本研究查阅大量文献及借鉴课题组现有研究成果,优选出粉煤灰、给水厂污泥(Water Treatment Residue,WTR)、草炭土、椰糠4种改良剂,以生物滞留填料(Bioretention Soil Media,BSM)为基础介质与4种单一改良剂进行混合,搭建6根生物滤柱小试装置(1#为纯土,2#为BSM,3#为BSM+粉煤灰,4#为BSM+WTR,5#为BSM+草炭土,6#为BSM+椰糠)。通过9场配水试验,探究生物滤柱的水量削减率、各污染物负荷削减率,并对试验结果进行正交试验方差分析和相关性分析。研究取得的主要结论如下:(1)当试验过程中雨峰来临时,3#(BSM+粉煤灰)、4#(BSM+WTR)生物滤柱分别存有10cm左右的积水,其余生物滤柱无明显积水现象,在9场次模拟降雨径流试验中饱和入渗的情况下可发挥出最大的水量滞蓄效果。其中4#(BSM+WTR)平均水量削减率较高但波动稍大,波动范围21.34%～52.36%,且在高中浓低三种不同浓度下水量削减率最优。(2)2#～6#的5根生物滤柱对COD负荷削减率范围均在40%左右,范围波动较大且效果不佳,主要原因是POPs的加入;对TN污染物负荷削减率均表现良好,负荷削减率在54%以上;对TP负荷削减率非常稳定,均在99%以上。3#(BSM+粉煤灰)、4#(BSM+WTR)生物滤柱对一般污染物的负荷削减率表现最优。(3)2#～6#生物滤柱对Cu、Zn、Cd均有极强的吸附能力,对Cu、Zn、Cd污染物平均负荷削减率分别在95%、90%、85%以上,负荷削减率从小到大依次为:CdCuZn。其中,3#(BSM+粉煤灰)和4#(BSM+WTR)对Cu、Zn、Cd去除效果最优,6#(BSM+椰糠)对Cu(95.52%)、Zn(91.94%)、Cd(87.10%)整体去除率波动较大,在各个滤柱中的去除效果相对较差。(4)正交试验方差分析表明2#柱中,水量及COD、TN、TP、Cu、Zn与污染物配水浓度因素呈显著性关系,Cd与三因素均为非显著性关系;3#柱中,水量、TN与三因素均为非显著性因素,COD、TP、重金属与配水浓度因素呈显著性关系;4#和5#柱中,除水量与三因素均无关系之外,COD、TN、TP、重金属均与污染物配水浓度因素呈显著性关系;6#柱中,水量、Cd与三因素均为非显著性因素,COD、TN、TP、Cu、Zn与配水浓度因素呈显著性关系。(5)对9场正交试验结果中的水量、COD、TN、TP、重金属的累积输入量和累积削减量进行模型建立与分析,得知其累积输入量与累积削减量之间存在较强的相关关系。随后利用前7场次水质水量试验结果进行建模,利用剩余2场次水质水量试验结果进行预测,结果发现,可通过水量、COD、TN、TP、重金属的累积输入量有效预测其累积削减量,总体预测结果良好,相对误差在0%～12%之间。但由负荷削减量估算模型对负荷削减量的预测结果得知,随着试验次数的增加,其模型可信度在逐步降低。
【图文】：

海绵,城市建设,主要内容

包括小海绵、中海绵和大海绵，小海绵指的是小区源头控制，“中海绵”指的是大小设施排水系统，大海绵则指的是城市周边的农田、乡村和河湖湿地等。海绵城市建设主要内容如图1.1所示。图1.1 海绵城市建设主要内容Figure1.1 The main contents of the construction of the sponge City海绵城市建设理念的理论基础是最佳管理措施（Best Management Practices，BMPs）、绿色雨水基础设施（Green Stromwater Infrastructure，GSI）和低影响开发（Low ImpactDevelopment，LID）[11]。其中，BMP 是指为预防和减少土地开发利用对环境造成的负面影响而采取的一系列措施和方法，LID 又是在其基础上提出的新概念[12-13]。近年来，LID 作为目前国际上城市水环境保护和可持续发展的雨洪管理新策略，愈来愈被学者广泛使用。低影响开发（LID）于20 世纪90 年代发源于美国马里兰州

（a）雨水花园（b）生物滞留带（c）绿色屋顶（d）可渗透/漏路面铺装图1.2 典型低影响开发（LID）设施Figure 1.2 Typical Low impact development facilities随着国内海绵城市试点的兴起，建设过程中的一些问题也随之出现由于生物滞留系统长期运行效果的监测数据不足，导致其设计和运行过程中的不确定性增强[18-19]，这些都将会对整个生物滞留系统中的运行产生负面影响，，进而缩短系统使用寿命，甚至形成污染源由内而外向外扩散，引起周边土壤、地表地下水环境的污染。尽管现有数据显示生物滞留系统对污染物的去除效果表现良好，但去除机制仍以吸附为主，先前截留于系统中的污染物或许难以降解或并未完全降解，一旦系统中的残留污染物不断累积及富集到一定程度
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X52

【参考文献】