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全自动自清洗过滤器应用于海绵城市雨水回收利用有效收集、净化、储存等

来源: 博源金凯过滤设备(北京)有限公司

全自动自清洗过滤器应用于海绵城市雨水回收利用有效收集、净化、储存等
  海绵城市建设的要义是通过人工设施和自然途径的结合,实现雨水自然积存、自然渗透和自然净化,并能够在缺水时“释放”雨水,形成良好的自然循环,促进雨水资源的利用和生态环境保护。城市雨水径流的发生具有随机性和间歇性,污染源具有分布广泛、不集中且污染物浓度变化大等特点。如何有效收集、净化、储存城市径流雨水是解决问题的关键之*。充分利用城市非硬化下垫面,在保持其原有生活和生态功能基础上,通过土壤-植物-微生物系统联合作用促进雨水就地渗透、净化、储存是解决问题的有效途径。
  为此,针对城市雨水径流中的氮、磷和有机污染物,构建4套平行装置,模拟城市径流雨水渗滤过程,评估雨水在装置内的渗透速度、持水量和去污性能,并确定装置的*出水高度,从而优化不同基质填充模式对雨水的作用效果,寻求渗透速度快、持水量高和污染物去除效果好的城市下垫面填充方式,为海绵城市建设提供*支撑。
  1 材料和方法
  1.1 模拟装置构建
  构建4套模拟装置,包括蠕动泵、进水桶、渗滤柱等,其中渗滤柱是主体。渗滤柱尺寸:内径Ф10 cm,高h135 cm;材质为有机玻璃,由上、下两部分组成,中间以法兰连接,上部是渗滤柱主体,包括基质层(高125 cm)和溢流段(高5 cm),柱体顶部设溢水口,溢水口下5 cm处设进水口,从进水口开始每隔30 cm设1个出水口,共计4个;下部为蓄水层,高5 cm,连接出水管,与上部之间用布满0.5 cm小孔的有机玻璃隔开。由于磷在渗滤过程中易被介质的物理化学吸附截留,可以认为磷在土壤中是几乎不移动的,渗滤过程中部分氮可被介质吸附,其余的可以通过硝化、反硝化作用去除。基于上述理论,基质层从上往下依次分为吸附层、渗滤层和集水层,其中吸附层填充基质在课题组前期研究的基础上进行配比,
 1.2 供试雨水
  氮、磷和有机污染物是城市雨水径流中的主要污染指标,其中氮、磷是造成水体富营养化的主要物质。采用人工配制径流雨水,模拟自然径流雨水中的铵态氮(NH4+-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)。
  1.3 装置运行
  装置运行分为3个阶段。
  1)测量渗滤柱的持水量。模拟自然环境,忽略地表蒸发前提下测定装置内基质持水量。装置开始运行后,根据进水实际下渗状况逐渐调节蠕动泵进水流量,保证渗滤柱表层不干涸且溢水口无水溢出。当蠕动泵进水流量为11.2 mL·min−1左右时,装置达到稳定状态,记录自进水到第1次出水渗滤柱所容纳的水量。
  2)测量渗滤柱的渗透速度。采用定水头法测定渗滤柱基质渗透速度。
  3)测定渗滤柱对污染物的削减能力。
  1.4 水质分析方法
  根据海绵城市对城市径流雨水的排放要求和城市径流雨水主要污染特征,进出水水质指标选取及分析方法如下:NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法;TP采用钼酸铵分光光度法;COD采用微回流比色法(美国哈希DR890水质分析仪)。
  2 结果与讨论
  2.1 渗滤柱持水能力和渗透速度
  柱混合基质(沸石+蛭石+陶粒)分层填充持水量*大,即在不渗透或溢出的情况下,3#柱所容纳的水量*大。3#和4#柱填充物质相同,填充方式不同,混合填装时,基质之间相互填充空隙,基质层密度更大,储水及渗透速度小于分层填装。 各渗滤柱平均渗透速度,其中3#和4#柱渗透速度高于1#和2#柱,即沸石+蛭石+陶粒填充方式高于沸石+蛭石+煤渣渗滤柱的渗透速度。
  2.2 渗滤柱对污染物的去除效果
  2.2.1 渗滤柱对NH4+-N的去除效果
 进水初期水流冲刷基质,携带出部分填充物质,所以出水效果差且不稳定,出水在8~12 h之间达到稳定;出水稳定后出水口1、出水口2出水浓度明显大于出水口3、出水口4出水浓度,出水口1出水浓度总体大于出水口2出水浓度,出水口3、出水口4出水NH4+-N浓度相差不大,无明显差距,渗滤柱在出水口3位置即基质层深90 cm时,对NH4+-N的处理已达到*状态。
 2.2.3 渗滤柱对COD的去除效果
  渗滤柱吸附层混合填充与分层填充对COD去除效果无明显区别,选取2#和3#渗滤柱进行分析。如图6所示,开始COD随着SS被表层吸附剂截留,在前3 h中出水COD浓度有所下降,但随着进水量逐渐增多,填料内部分不稳定基质随水流流出,导致出水COD浓度上升;2#柱在12 h左右、3#柱在7 h左右出水中COD浓度再次逐渐下降,此时基质中微生物开始生长,降解进水中COD,30 h左右吸附层基质出现挂膜,微生物对COD降解作用开始稳定,出水中COD也逐渐降低并趋于稳定;50 h以后*终出水中COD浓度降到30 mg·L−1以下,并逐渐稳定;52 h以后2#柱和3#柱出水COD平均浓度分别为25.4 mg·L−1和25.6 mg·L−1,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中**A类标准和《建筑与小区雨水控制及利用工程*规范》(GB 50400-2016)中除娱乐性水景用水标准以外的其他各项用水标准。
 3 结论
  1)通过在吸附层引入沸石、蛭石、煤渣和陶粒4种新基质,比较基质填充方式,改良渗滤层基质配比,有效增强了土壤的渗透速度和持水量,提高了对污染物的降解能力。
  2)沸石+蛭石+陶粒分层填装的3#渗滤柱效果*,持水量为39.73%,平均渗透速度为2 992 mm·d−1均符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质指标》(GB/T 18920-2002)中道路清扫、消防用水标准等各项标准,《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中**A标准和《建筑与小区雨水控制及利用工程*规范》(GB 50400-2016)中除观赏性水景用水标准外其他各项用水标准。
  3)通过对城市非硬化路面下垫面的优化,不仅增大了基质渗透速度和持水量,也提高了氮、磷和COD的去除率。在连续进水的72 h内填充柱表面*大积水高度不超过5 cm,且对NH4+-N、TP和COD去除效果较好。证明该种填充方式可适应模拟条件下大于72 h的连续大暴雨,能够很好地控制径流总量、削减径流峰值和径流污染物,符合海绵城市建设需求。
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