适合北方地区生物滞留设施填料筛选与组合试验研究
- 格式：pdf
- 大小：1.45 MB
- 文档页数：12
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2018, 8(4), 281-292Published Online August 2018 in Hans. /journal/aephttps:///10.12677/aep.2018.84034Selection and Combination Experiments ofFillers for Biological Retention Facilities inNorth AreasAnna Jiang1, Jun Liu1, Wanli Dong1, Shuang Huang21Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning2China Northeast Architectural Design & Research Institute, Shenyang LiaoningReceived: Jun. 12th, 2018; accepted: Jun. 26th, 2018; published: Jul. 3rd, 2018AbstractThe purpose of this article is to determine the permeability of biological detention facility tests that suit the climatic conditions, soil characteristics, and rainfall characteristics of northern re-gions. Through the determination of the permeabilities of the six fillers of perlite, zeolite, ceram-site, volcanic rock, activated carbon and vermiculite and the removal effect on pollutants, suitable fillers were selected. In combination with the local soil in Shenyang, a combined packing experi-ment was conducted to select the optimal combination, which provides a technical reference for conducting biological retention facility. The results show that perlite, zeolite and volcanic rock have outstanding comprehensive effects and can be used as composite filler components. The composite filler test finds that when the ratio of the four fillers of soil, volcanic rock, zeolite, and perlite is 4:1:2:3, the permeability coefficient of the combined filters and the combined fillers hasa good removal effect on the pollutants. It was selected as a combination filler for biological reten-tion facilities.KeywordsPermeability Coefficient, Pollutants Removal Efficiency, Biological Retention Facility适合北方地区生物滞留设施填料筛选与组合试验研究蒋安娜1，刘军1，董万里1，黄爽21沈阳建筑大学，辽宁沈阳2中国建筑东北设计研究院，辽宁沈阳蒋安娜等收稿日期：2018年6月12日；录用日期：2018年6月26日；发布日期：2018年7月3日摘要本研究为确定适合北方地区的气候条件、土壤特性和降雨特征等条件的生物滞留设施填料，通过测定珍珠岩、沸石、陶粒、火山岩、活性炭和蛭石六种填料的渗透系数及对污染物的去除效果，筛选出适宜填料。
并搭配沈阳本地土壤进行组合填料试验，选出最优组合为开展生物滞留设施试验提供技术参考。
结果显示，单种填料试验中，珍珠岩、沸石和火山岩综合效果突出，可作为组合填料成分。
组合填料试验中发现，当土壤、火山岩、沸石、珍珠岩四种填料的比例为4:1:2:3时，其组合填料的渗透系数和各组合填料对污染物的去除效果较好。
选其做生物滞留设施的组合填料。
关键词渗透系数，污染物去除效果，生物滞留设施Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言生物滞留设施是指在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施[1]。
生物滞留设施是一种比较典型的原位控制措施，在国内，也被称为生物滞留系统、生物滞留槽、植物滞留系统、生物过滤系统等。
根据设施的外观、大小、建造位置和适用范围，生物滞留设施可分为雨水花园、滞留带、滞留花坛和生态树池四种类型[2]。
生物滞留设施包含三个主体部分：植物、填料和微生物。
径流雨水中的污染物质经过渗滤、截留和吸附等作用被削减，净化后的雨水渗透至地下，补充地下水或者通过底部的穿孔收集管输送到后续处理设施，通过增加蒸发和渗透过程模拟雨水自然循环过程，以实现滞留和净化雨水的目的。
该设施主要用于处理高频率的中小型降雨和小概率暴雨事件的初期雨水，超过处理能力的雨水通过溢流系统排放。
生物滞留设施在净化雨水、控制径流总量、削减洪峰、积蓄雨水并补充地下水等方面均有良好的表现，同时其建造和维护费用较低[3]。
本试验结合北方严寒地区的气候特点、降雨特征、土壤和植被生长特性，针对雨水径流削减与控制问题，根据低影响开发雨水系统的构想[4][5]，筛选出2~3种填料并确定最优填料组合，为进一步开展生物滞留设施植草试验及应用研究提供技术参考。
2. 试验装置与检测方法2.1. 试验装置在单种填料筛选试验及组合填料过滤试验阶段，采用高60 cm，外径6 cm，内径5 cm的圆柱形有机玻璃滤柱作为试验装置，见图1。
填料填充高度30 cm，底层铺垫高为5 cm的砾石层，砾石粒径5~10 mm，防止堵塞出口。
采用蠕动泵供水，上方进水，底部出水。
蒋安娜等Figure 1. Experimental device—filtration column图1. 实验装置——滤柱2.2. 检测方法由于雨水收集较困难，且受季节影响大，本试验根据沈阳市道路雨水水质污染情况自行配水，模拟雨水试验。
水样中各指标检测方法分别如下：SS指标采用烘干称重法、NH3-N指标采用纳氏试剂分光光度法、TP指标采用钼酸铵分光光度法、COD指标采用快速消解法、重金属(Cr、Cu、Zn、Cd、Pb)指标利用ICP-MS进行检测。
3. 实验结果与分析3.1. 单种填料筛选试验结合单种填料的渗透系数及对污染物的去除效果，综合考虑确定2~3优质单种填料。
本试验中选取了珍珠岩、沸石、陶粒、火山岩、活性炭、蛭石六种过滤介质进行单种填料过滤筛选试验。
试验开始前对各滤料进行反复冲洗、晾干，然后用筛子筛选出特定粒径大小的填料备用，填料性质如表1所示。
3.1.1. 单种填料的渗透系数测定达西定律揭示了水在多孔介质中渗流的实验规律，故本试验采用达西定律(公式(1))测定渗透系数(K)。
采用常压水头法测定渗透系数时，为确保结果准确性，测定次数至少两次，直至两次出水计算出的渗透系数在允许的差值范围内(<2 × 10−n cm/s) [6]。
hQ KA KAI== (1)L其中：Q——渗透量(出口处流量)；A——过水断面H——水头损失(h = H1−H2，即上下游过水断面的水头差)L——渗透途径(上下游过水断面的距离)I——水利梯度；K——渗透系数渗透系数测定结果：由表2试验结果可知，六种填料渗透系数大小排序为：火山岩> 陶粒> 活性炭> 沸石> 珍珠岩>蛭石。
火山岩和陶粒的平均渗透系数都达到了2 cm/s以上，由于火山岩多孔、多棱角，形状更不规则，因此火山岩的平均渗透系数大于陶粒。
蒋安娜等Table 1. Filler properties表1. 填料性质种类珍珠岩沸石陶粒火山岩活性炭蛭石粒径范围(mm) 2.36~4.75 2.36~4.75 4.75~9.5 4.75~9.5 2.36~4.75 <4.75比表面积(m2/g) 300~360 500~1100 2.3~8 13.6~25.5 590~1500 100~300 Table 2. The permeability coefficient of single filler表2. 单种填料的渗透系数材料第一次渗透系数(cm/s)第二次渗透系数(cm/s)平均渗透系数(cm/s)珍珠岩0.62 0.54 0.58沸石0.76 0.88 0.82陶粒 2.14 2.26 2.2火山岩 2.56 2.48 2.52活性炭 1.12 0.90 1.01蛭石0.44 0.32 0.383.1.2. 单种填料对污染物的去除效果分析分别用六种填料对模拟雨水进行净化试验，分析六种填料对TSS、COD、NH3-N、TP和五种重金属(Cr、Cu、Zn、Cd、Pb)的去除效果。
试验的降雨重现期取10年，模拟降雨的进水污染物平均浓度情况如下：TSS (320.13 mg/L)、COD (138.22 mg/L)、NH3-N (9.55 mg/L)、TP (1.34 mg/L)、Cr (112.16 μg/L)、Cu (153.78 μg/L)、Zn (488.35 μg/L)、Cd (2.34 μg/L)、Pb (104.07 μg/L)，图2和图3代表各填料对污染物的平均去除率。
