改性沸石填料生物滞留设施径流调控研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cs80085829
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生物滞留池作为低影响开发措施之一,对目前亟须解决的城市内涝和面源污染问题具有一定的缓解作用,对雨水径流污染物去除、径流雨量调控和洪峰流量削减具有很好效果。传统生物滞留池填料(Bioretentio Soil Medial,BSM)对雨水径流污染物去除效率较低,且降雨初期土壤中会出现营养物淋溶现象,填料层作为生物滞留池的重要结构层,对常用填料进行改性有助于提高生物滞留池滞蓄容量和污染物削减能力,从而改善生物滞留池整体的水文水质调控性能。本研究以天然沸石(Natural Zeolite,NZ)为研究主体进行改性,制成EDTA改性沸石(EDTA-Modified Zeolite,EDTAMZ)、Ca(OH)2改性沸石(Ca(OH)2-Modified Zeolite,Ca MZ)、Fe2O3改性沸石(Fe2O3-Modified Zeolite,Fe MZ)、Mn O2改性沸石(Mn O2-Modified Zeolite,Mn MZ)4种改性沸石,并以改性沸石和传统生物滞留池填料配比为研究对象,对改性沸石填料配比的雨水径流滞蓄截污能力运用层次分析法综合评价,采用生物滞留池进行模拟降雨实验综合分析,进而筛选出对雨水径流滞蓄截污能力较强的生物滞留池填料。本文可以为改良填料生物滞留池各部分组成提供更可靠的选择依据,同时为实际工程中相关设计和建设标准提供一定的指导意见。本研究的主要结论如下:(1)对4种改性沸石进行NH4+-N和溶解态活性磷(SRP)的等温吸附实验。结果表明:4种改性沸石对雨水中NH4+-N和SRP吸附效果明显高于NZ,当雨水中NH4+-N和SRP浓度为80 mg/L时,EDTAMZ、Ca M、Fe MZ、Mn MZ对NH4+-N吸附量为2.92 mg/g、2.64 mg/g、2.55 mg/g和2.37 mg/g,对SRP的吸附量为0.76 mg/g、3.01 mg/g、0.81 mg/g和0.80 mg/g,而NZ对NH4+-N和SRP的吸附量仅为1.78 mg/g和0.68 mg/g。由于改性沸石表面负载的金属离子能够与NH4+-N和SRP形成结合能力较强的络合键,增强了改性沸石对NH4+-N和SRP吸附效果,同时改性过程氧化了沸石表面的还原性物质,使沸石表面粗糙多孔,进而提高了改性沸石的污染物吸附容量和效率。(2)对BSM中分别添加5%、10%、15%的4种改性沸石和天然沸石的迷你柱进行动态吸附实验。结果表明:从径流削减率来看,BSM+5%Mn MZ、BSM+5%EDTAMZ的径流削减率分别为15.95%和15.74%,明显优于其它两种配比填料实验柱的径流削减效果;4种改性沸石填料对生物滞留池中出流SS的平均浓度具有很好的控制效果,其中BSM+10%Mn MZ表现出更强的SS的截留能力;对于NH4+-N和SRP调控来说,所有实验柱在产流30~60min内的NH4+-N浓度均高于入流浓度,在后期才表现为NH4+-N的削减效果,随着沸石配比增加,实验柱对NH4+-N的削减效果得到改善,其中BSM+15%Mn MZ动态吸附装置对NH4+-N的去除效率为97.56%。BSM+10%EDTAMZ和BSM+15%Mn MZ在入流60 min后对SRP的去除效率为95.76%和96.86%。综合比较得出,Mn MZ和EDTAMZ能表现出对雨水径流中NH4+-N和SRP显著的去除能力。(3)对6种不同配比填料滞留能力、吸附能力、截污能力、改性成本进行层次分析法加权赋值判断,各备选方案加权排序为:BSM+10%Mn MZ(0.2590)>BSM+10%EDTAMZ(0.2508)>BSM+10%Ca MZ(0.1709)>BSM+10%Fe MZ(0.1317)>BSM+10%NZ(0.1072)>BSM(0.0804),即BSM+10%Mn MZ和BSM+10%EDTAMZ在动态吸附中对雨水径流滞蓄截污调控效果最好。(4)对6种10%沸石配比填料生物滞留池进行模拟降雨实验,结果表明:改良生物滞留池实际运行对雨水径流削减率平均为21.16%~21.63%,传统填料生物滞留池仅为42.76%;改良生物滞留池对雨水中SS浓度调控效果明显优于传统填料生物滞留池,其中BSM+10%Mn MZ填料生物滞留池对SS控制能力最强且最稳定。(5)改性沸石填料生物滞留池对雨水中NH4+-N、NO3--N、TN和TP的平均负荷削减率分别为66.57%~77.88%、54.97%~72.26%、30.48%~71.76%和78.43%~94.99%,其中添加10%EDTAMZ填料生物滞留池对NH4+-N平均削减率为77.88%,添加10%Mn MZ填料生物滞留池对NO3--N的平均负荷为72.26%,这说明Mn MZ和EDTAMZ作为改良剂添加至传统填料中可显著提高生物滞留池对雨水径流滞蓄截污效果。
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