装配式滤床对道路径流雨水中产浊物质的控制研究

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随着城镇化道路的不断推进,城市不透水地面比例持续上升,下渗减少形成了更大的洪峰流量、导致面源污染负荷加重等问题。产浊物质不仅是径流雨水中主要污染物之一,也是影响各类海绵体后续净化效果和运行稳定性的关键物质之一。本研究为缓解城市面源污染,围绕径流雨水中的产浊物质去除效果,开发了一种截留效果好,截留物易于清理且清理周期较长的装配式滤床,同时可作为其他海绵体的预处理设施。本研究针对西安市道路径流雨水水质情况,优选出装配式滤床的过滤材料,确定了滤料最佳粒径和最佳厚度,并明确了滤床的水流流向,并预测了滤床的运行周期。主要结论如下:(1)在不同进水负荷下,三种滤料对产浊物质的去除效果优劣顺序为:塑料滤料>瓷砂滤料>石英砂。三种滤料对溶解态污染物(CODCr、TP和TN)的去除效果较差,其主要原因是过滤过程是以物理截留作用为主,水力停留时间短,生物作用弱。综合分析三种滤料的物理性质和对污染物去除效果的差异,推荐塑料滤料作为实际工程中装配式滤床的过滤材料。(2)三种过滤装置(滤料粒径分别为1mm、3mm和5mm)的过流能力均随装置运行时间的延长而逐渐减弱,其中滤料粒径越小,过流能力下降程度越大。粒径为1mm、3mm和5mm的塑料滤料的过流能力(Y)随降雨场次(X)累加变化拟合关系分别为Y=90.8+8.45X-1.14X2(R2=0.98)、Y=103.17+1.11X-0.29X2(R2=0.96)和Y=97.34+3.85X-0.41X2(R2=0.99)。(3)所研究的三种粒径(1mm、3mm和5mm)塑料滤料对产浊物质去除效果优劣顺序为:3mm>5mm>1mm,且粒径为3mm的塑料滤料对颗粒态污染物的粒径控制效果也最佳,故优先推荐3mm的塑料滤料作为实际工程的过滤材料。根据试验对产浊物质的净化效果,推荐工程上若使用粒径为1mm的塑料滤料时,推荐滤层厚度取60cm;使用粒径3mm和5mm的塑料滤料时,推荐滤层厚度取4060cm;且对于道路径流雨水中污染物负荷较重的地区,不建议采用粒径为1mm的塑料滤料。(4)三种不同流态的装配式滤床对污染物的净化效果优劣顺序为:水平流>上向流>下向流。在整个运行周期内,上向流、水平流和下向流滤床孔隙率下降百分比分别为42.2%、38.6%和27.7%。但考虑实际工程中对滤料的清理难易程度,以及对污染物去除的稳定性,推荐实际工程采用水平流和下向流的装配式滤床。(5)根据Kozeny-Gaman方程预测了三种不同流态的装配式滤床(下向流、水平流和上向流)堵塞时间分别为:1.12a、1.27a、1.73a,即三种装配式滤床的运行周期均超过1年,故清理频次也较小。在实际工程中具有可操作性。
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