水力条件对雨水生物滤池中重金属去除性能的影响

论文总字数：13828字

目 录

1. 文献综述 1

1.1 城市面源污染及其研究 1

1.1.1 面源污染的定义 1

1.1.2 面源污染的研究 1

1.2城市雨水径流现状 1

1.3城市雨水径流生态处理方法 2

1.4生物渗滤及其影响因素 3

1.5 选题意义和研究内容 4

2. 材料与方法 4

2.1 实验准备 4

2.2 实验运行 5

2.3 数据采集 5

3. 结果与讨论 6

3.1 污染物质总平均流入浓度和来源 6

3.2 三组实验的测量结果与分析： 7

3.2.1 降雨期的表现 9

3.2.2 过渡期的影响 9

3.3不同的过度期后TOC浓度随时间的变化 10

3.4 过滤介质中的金属累积作用 11

3.5 浸没区对于生物滤池的影响 12

4. 结论 12

致谢 14

参考文献 15

水力条件对雨水生物滤池中重金属去除性能的影响

张佳

，China

Abstract：In order to solve the problem of water pollution caused by rainwater runoff in recent years, this experiment has carried out different rainfall treatment on three kinds of biofilters with the same growth condition by simulating the rainfall situation in most areas of our country, and compared the different rainfall conditions. Under the hydraulic conditions, the biological filter for heavy metals and other pollutants to remove the performance changes. The results show that the biofilter has been in the rainfall period, the metal removal rate of more than 95%. The performance of the biofilter in the removal of contaminants is significantly worse after more than 3 weeks of transition (non-rainfall), and the introduction of the immersion zone in the column over a longer transition period may slow the transition period of the negative effects, especially for Cu, in the immersion area of the column, whether it is rainfall or transition period, the removal rate increased by about 8%. After the transition period, the biofilter enters the rainfall phase, and the concentration of TOC in the first 30 minutes after the effluent begins to flow out will increase obviously, then gradually stabilize. Higher metal accumulations appear on the top of the filter, scrapping the top of the filter media on a regular basis, extending the life of the biofilter. This study has made a certain contribution to the wider application of rainwater biofilter in most areas of our country. It provides a theoretical basis for expanding the use period of biofilter and the maintenance of biofilter. For the urban rainwater biological filter The research and implementation of the pool is of great significance.

Key Words : stormwater biofiltration heavy metal wetting and drying submerged zone

1. 文献综述

1.1 城市面源污染及其研究

1.1.1 面源污染的定义

面源污染，也称为非点源污染，指的是溶解性或固体状态的污染物从不定性的地点经过降水和径流的冲刷汇入受纳水体(如：河流、湖泊、水库等)从而造成的水体污染[^[1]]。《美国清洁水法修正方案》将非点源污染定义为污染物以广域、分散、微量的形式进入到地表及地下水体所造成的污染现象[^[2]]。其主要来源主要包括地表水土流失、农牧业化学用品过量的施用、 城市径流、农村垃圾随意堆积等。由于面源污染的来源、种类及数量纷繁复杂, 其地理边界和位置准确识别和定位有很大困难，所以同点源污染相比, 面源污染危害规模较大, 实施防治十分困难。

1.1.2 面源污染的研究

以我国几个大中型城市为基础的研究发现：雨水径流中污染物浓度初期整体水平较后期高。同时城市面源污染的调查研究表明，城市天然雨水径流中污染物SS 、COD_Cr 、BOD₅ 、TP的平均浓度均未超出地表水环境质量V类标准；屋面雨水径流中污染物COD_Cr 、BOD₅ 、TN的平均浓度均超出地表水环境质量V类标准；而道路雨水径流和城市排污口雨水径流中SS 、COD_Cr 、BOD₅ 、TN、TP的平均浓度均超出地表水环境质量V类标准，其中城市排污口五种污染物平均浓度远远超过地表水环境质量V类标准。此外，路面雨水径流的污染物浓度SS、COD、BOD_５、TN、TP均高于屋面的径流，其中SS约为屋面的3.7倍，COD、BOD_５、TN、TP为屋面径流的2.3倍、1.9、1.1、1.9倍，与地表水环境质量标准V类水比较可知，屋面雨水径流污染物除总磷含量略低于V类水标准外，其余污染物含量均高于该标准限值。路面雨水径流污染物含量均高于地表水V类限值[^[3]]。

上述研究结果证实我国城市雨水径流会加大水体中污染物的浓度，并使其超过限值，对居民的生活用水将造成一定程度的影响。初期雨水径流是面源污染最大的始作俑者，因此对于初期雨水径流的研究和处理迫在眉睫。

1.2城市雨水径流现状

作为典型的面源污染，城市雨水径流的现状一直是各界广泛关注的问题。近年来我国城市化不断深入，城市表面不可渗透区域逐渐扩大，导致本因渗透在土壤中的雨水在不可渗透的表面轮番冲刷，雨水在城区道路、桥梁以及建筑物等表面的渗透因为集水处的不通透性逐渐减少，引起大量被污染的雨水径流[^[4]]。雨水携带冲刷的城市表面污染物质进入城市水体，加重污染的同时对当地人民的生产生活带来极大的不利影响。在有关我国重大湖泊和河流的污染调查中，如长江流域、滇池、太湖等，发现面源污染占比较大，其中滇池面源污染占67%[^[5]]。

2016年7月，武汉、南京等城市及其周边地区经受大到暴雨，由于大型城市表面可渗透区域有限，排水系统无法及时处理太大强度及时间跨度的雨水，导致城市大面积雨水滞留，严重影响城市运营。降雨经过淋洗大气层, 冲刷路面、城市建筑物、废弃物，将附着在其表面的污染物质携带着流经城市各个角落，最终渗入地下水，是沉淀、重金属、悬浮物以及营养物质等污染物的主要来源，也是有多种污水管道系统的城市中河道的关键降能器。

传统的城市雨水径流处理方法已经难以满足城市日益发展的要求。为了缓解雨水径流带来的城市水体污染以及其他地表沉降及水土流失等污染问题，我们迫切需要采用生态处理方法来面对城市雨水径流。就目前来看，我们需要考虑借助其他生态化工程的相关措施，结合城市雨水径流现状，尽量从源头上采取措施：就地分散处理、或在途中有效削弱部分径流， 最大限度减少城市降雨导致的雨水滞留造成的的区域性洪涝灾害，减轻后期设施在雨水处理上的重担。

1.3城市雨水径流生态处理方法

区别于传统的处理技术，雨水径流生态处理方法是将滤池与景观建设（如公园、植被带等）、城市建设相结合，对雨水径流进行截流的同时利用覆盖的植被对其中的污染物进行吸收的过程。生态处理措施不仅能够针对面源污染范围大、流动性强的特点进行克制，而且投资较少、处理工艺较为简单、符合城市生态建设的理念，是目前国内外都在研究的方向。

生物滞留系统是众多处理滞留的城市雨水同时控制面源污染的手段之一，设置的主要特点：有一片有植被覆盖的低洼地来接收雨水，洼地的表面为可保护植物根部有机物质，垫层设计巧妙用来提高渗水功能，配备有雨水的进水口、排水口和溢流口。主要构造包括植被、有机质洼地表面覆盖层、植物生长介质层、垫层等[^[6]]。多项研究表明，生物滞留系统主要通过填料对污染物的吸附作用、微生物的降解作用、植物吸收作用、挥发扩散作用等来去除多环芳香烃（PAHs），平均去除率在30%-90%之间[^[7]]；同时，生物滞留系统对城市雨水径流中的TP有很好的去除效果，去除率基本在90%以上，其中未被系统吸收利用的磷为系统中水-土壤-植物根系-磷的动态平衡做出重大贡献[^[8]]。欧美、日本等发达国家已经开展了大规模的研究，各国主要设计推广的生态处理方法有：城市下凹式绿地、雨水花园、植被过滤带及植草沟等[^[9]]。

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