改良生物滞留设施对磷素净化性能的试验研究

摘要

生物滞留技术，作为典型的LID(Low impact development)技术，在径流量削减、水质净化等方面效果显著。研究表明，填料是影响生物滞留设施发挥功能最关键的因素。国内大多借鉴国外研究经验对填料进行改良，而且主要停留在实验室阶段，缺乏实际运行效果的检验。现有的填料选择的规范，大多是基于当地水文地质条件获得的，因此借鉴性差。 本研究通过试验（批次实验、迷你柱实验、滤柱试验）和现场监测，对传统生物滞留填料BSM(bioretention soil media)进行改良，研制出具有高效净化能力的混合填料，并确定其性能参数；设定多种生物滞留设施的工艺参数，从对水质水量调控效果等方面，确定典型生物滞留设施的工艺参数；监测生物滞留设施的实际运行效果，评估、优化生物滞留设施设计参数。主要结论如下： (1)通过对单一填料的理化性质、材料便捷性以及价格等因素进行综合评价，最终选取了10种单一生物滞留填料进行等温吸附和解吸附试验，结果发现粉煤灰、WTR、绿沸石和麦饭石对磷素去除效果较好，其中粉煤灰去除率达97%以上，其次是给水厂污泥(Water treatment residue，WTR)，去除率在50%以上，而且粉煤灰和WTR对磷的解吸率均在0.80%以下，所以粉煤灰和WTR都适合作为净化磷污染物的改良填料。 (2)选择批次试验结果中效果较好的单一填料对BSM进行改良，研究混合填料的持久性。由于在迷你柱运行过程中颗粒物会不定期被释放，所以将正磷作为评价填料吸附能力的标准。结果发现，填料对磷的吸附过程呈先快后慢的整体趋势。除土壤、土+沙和BSM+10%WTR的填料外，其余填料均在进水为13L左右时开始达到饱和，进水量大约相当于5年总降雨量下的水量，且吸附曲线相似。土壤、土+沙的填料在进水水量约在28L的时候才开始达到饱和，相当于西安市11年的降雨量。WTR改良的填料在进水水量相当于15年降雨量情况下仍未达到饱和。 (3)小试实验结果发现：添加WTR和绿沸石的改良填料对TP去除效果明显，其中添加WTR的填料对TP去除率在95%以上。添加WTR，麦饭石和蛭石的滤柱对SRP的平均去除率均在97%以上，两期实验中，正磷出水浓度基本上都优于GB地表水环境质量Ⅲ类标准。改良填料的水量削减率是BSM的1.2~2.0倍，添加WTR和椰糠能大大提高水量削减效果。根据Pearson相关性分析，进水浓度是影响生物滞留系统除磷的最大因素。对滤柱的填料进行检测，发现添加了WTR的填料中TP和SRP的含量增加最明显，综合来看，WTR最适合用作生物滞留系统除磷污染物的改良填料。 （4）改良雨水花园与传统雨水花园对比，改良雨水花园的水量削减率是传统BSM雨水花园水量削减率的1.03~1.59倍，WTR改良的花园对中小雨（＜25mm）水量削减率基本可达53%以上，对10mm以下的降雨水量削减基本可达90%以上。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 生物滞留技术对径流水量调控的研究进展

1.2.2 生物滞留对磷素污染物净化效果的研究进展

1.2.3 生物滞留填料的研究进展

1.3 存在问题与不足

1.4 研究内容及研究路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.5 实验试剂与实验仪器

1.6 常规水质及土壤检测方法

2.1 初选单一生物滞留填料

2.2 实验方案

2.3 结果与分析

2.3.1等温吸附试验结果分析

2.3.1等温解吸附试验结果分析

2.4 本章小结

3.1实验装置

3.2实验方案

3.3数据分析方法

3.4 动态吸附试验结果分析

3.5本章小结

4 生物滞留系统对磷素去除效果和影响因素的小试与分析

4.1 实验装置

4.2 实验方案

4.3 数据分析评价方法

4.4 结果与分析

4.4.1生物滞留设施对磷素污染物的净化结果

4.4.2生物滞留设施对水量调控的试验结果

4.4.3生物滞留设施出水中磷素浓度与外部因素的Pearson相关性

4.4.4生物滞留填料中磷污染物的累积情况

4.5 本章小结

5 生物滞留设施调控效果现场监测

5.1校内雨水花园概况

5.2 实验分析方法

5.3 结果分析

5.3.1 雨水花园的水量调控效果

5.3.2 雨水花园的水质调控效果

5.3.3 雨水花园填料中磷素污染物的累积情况

5.4 本章小结

6.1结论

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果