城市降雨径流收集及除磷净化研究

摘要

降雨径流引起的非点源污染已经成为城市环境污染的重要来源之一,其中大量营养物质尤其是磷输入湖泊会引起湖泊富营养化,并且易污染饮用水水源。如何控制降雨径流引起的污染问题,已迫在眉睫。本文在对地表径流采样收集分析其污染特性基础上,通过静态吸附试验,筛选出高效除磷填料用于人工模拟渗滤柱净化试验,并对人工渗滤系统展开中试研究。主要结论如下:
　　 1.随着降雨历时的延长,各污染物浓度总体呈下降趋势,但变化过程随着降雨特性的不同而不同。雨强均匀,水质波动较小;雨强较大,除NH4+-N外,其余污染物变化均较大。不同下垫面地表径流污染程度不同,整体水质呈弱碱性,路面TP、COD和SS最高,分别达到0.216 mg/L、170 mg/L和710 mg/L;而草坪中的TN和NH4+-N含量最高达7.5 mg/L、0.5 mg/L左右。同时,不同的污染物在不同季节呈现不同的污染特征。整体污染比较严重。
　　 2.对3种除磷填料活性氧化铝、锰砂和煤进行除磷性能研究。整个吸附周期为17 h;在30℃,pH为2,质量比Wf:Wp为200:1条件下,活性氧化铝、锰砂和煤饱和吸附量分别为4.72 mg/L、2.01 mg/L和1.49 mg/L;温度对填料吸附过程的影响不显著。通过热力学参数方程拟合、电镜扫描,锰砂和煤除磷机理一致,以物理吸附为主,而活性氧化铝则以化学吸附为主。
　　 3.为同时达到降雨径流除磷脱氮效果,选取锰砂、煤和石英砂3种填料置于人工渗滤模拟柱中,以路面降雨径流为原水进行动态吸附实验。污染物的去除是一个快速吸附过滤的过程,约为2 min;煤渗滤柱在滤层深度25 cm处,对TP、COD的去除效果较好,去除率分别为73.89％、51.06％;石英砂柱在滤层深度25 cm处,完成对TN的大部分去除,去除率为60.34％;而锰砂柱在滤层深度25 cm处,对各污染物的净化效果不明显,直至75 cm处达到较理想去除效果。渗滤柱具有一定的抗水力负荷能力,当水力负荷为0.1911-0.3822 m3/(m2·h)时,系统均能有效的去除污染物。
　　 4.在实验室研究基础上,以煤和石英砂为净化介质建立人工渗滤系统进行中试研究。渗滤池对低雨强净化效果好于高雨强,TP、NH4+-N去除率分别为96％-98％、26％-28％,而高雨强仅为77％和23％左右;当干湿交替时间为3 d,吸附官能团便可再生利用;渗滤池在运行3个月后,系统对TP、PP、PO43-的去除率仍能维持在85％以上,并将磷控制在0.02 mg/L以下。从而推断,采用人工渗滤系统控制地表径流中的磷具有长期运行可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 中国的水危机

1.1.2 城市降雨径流应用前景

1.1.3 城市降雨径流污染地位和成因

1.1.4 城市降雨径流污染特点

1.1.5 城市降雨径流污染物的来源和危害

1.1.6 城市降雨径流污染常用净化技术

1.1.7 雨水渗滤系统简介

1.2 本课题的研究目的和研究内容

1.2.1 主要研究目的

1.2.2 主要研究内容

第二章 降雨径流污染特性调查

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验设备

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 降雨径流水质随降雨历时变化

2.3.2 不同下垫面降雨径流水质比较

2.3.3 不同季节与气温对降雨径流污染物的影响

2.4 结论

第三章 填料吸附除磷能力研究

3.1 前言

3.2 材料和方法

3.2.1 吸附填料矿物成分分析

3.2.2 除磷填料吸附特征

3.2.3 条件对磷吸附效果的影响

3.2.4 分析方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 吸附等温线

3.3.2 吸附影响因素研究

3.3.3 3种填料吸附除磷机理分析

3.4 结论

第四章 人工模拟渗滤柱运行条件研究

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.2.1 实验装置

4.2.2 实验方法

4.2.3 主要监测指标和分析方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 不同水力停留时间对渗滤柱去除污染物的影响

4.3.2 滤层深度对渗滤柱去除效果的影响

4.3.3 水力负荷对渗滤柱去除效果的影响

4.4 结论

第五章 人工渗滤系统中试研究

5.1 前言

5.2 材料与方法

5.2.1 实验装置

5.2.2 实验方法

5.2.3 主要监测指标和分析方法

5.3 结果与讨论

5.3.1 不同雨强对处理效果的影响

5.3.2 干湿交替对污染物去除的影响

5.3.3 人工渗滤池利用可行性分析

5.4 结论

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文