雨水径流中PAHs的去除和被动监测研究

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目前,城市雨水径流已经成为仅次于工业废水和生活污水的第二大水体污染源,被认为是城市水质不断恶化的主要因素之一。多环芳烃(PAHs)作为城市雨水径流中难降解有机污染物重要成分之一,是具有致癌、致畸、致突变等特性的全球性有机污染物。一些研究采用生物滞留池控制径流中PAHs等微量有机污染物,但是与径流中常规污染指标相比,我国对雨水径流中PAHs污染控制技术研究尚少。目前最佳管理措施(BMPs)的监测主要是通过人工或者结合自动采样器采样,描述瞬间值,而且消耗大量人力物力。由此,如何采用经济有效的监测技术是雨水污染控制研究所急需解决的一个重要科学问题。本研究首先构建了草-土、沙-土、沙-炭3种基质的生物滞留池,综合考虑滞留池对径流量的消减能力,考核生物滞留池对径流PAHs的去除效率;其次评价聚氨酯泡沫(PUF)被动采样器在雨水径流和BMPs中被动监测PAH是的可行性。主要研究结论如下:(1)在4种降雨强度下,3种生物滞留系统对萘、菲、蒽、荧蒽的去除率均达到60%以上,随着降雨强度的增加,3种滞留系统的去除率不同程度降低;在相同浓度下,3种填料对于多环芳烃的净化效果具有一定选择性,去除率从高到低依次为:砂-碳系统>草-土系统>砂-土系统,并且随着PAHs浓度的增大,去除率也增大;3种基质对4种多环芳烃去除率随时间的变化主要分为俩个阶段,接触初期是以分配作用主导的快速吸附,可在几分钟至几小时内完成去除总量的65%以上,后期则以较慢的速度吸附。对粪大肠菌群的去除率为65.3%~95%;对NH4+-N的去除率均高于80%,对NO3--N基本没有去除效果,对TN的去除效率不高,普遍低于35%;对SS均具有很好的净化效果,平均去除率均超过92%。综合考虑控制径流污染物和排泄径流的能力,砂-碳基质生物滞留系统更适合在容易发生内涝的城市应用。(2)t=0~30min,PUF对PAHs达到了快速吸附,PUF对4种PAHs的吸附率均在85.76%以上,CNTs吸附率则在35.82%~62.86%,吸附率远远小于PUF对PAHs的吸附率;PUF对萘、菲、蒽、荧蒽的最大吸附容量依次为:2681、3876、4016μg/g和5000μg/g,CNTs依次为1541、1642、1681μg/g和1712μg/g。相比之下,即使与雨水的接触时间短,PUF也可以快速的吸附萘、菲、蒽及荧蒽,PAHs的累积量与时间呈线性关系,以及高吸附能力使PUF被动采样器能够监测雨水事件数月或数年。在p H、盐度及可溶性有机质3种不同环境因素影响下,所研制的PUF被动采样器都具有良好的采样稳定性。(3)实验室BMPs实验中,采用PUF被动采样对加载合成雨水的BMPs的进出水进行采样,在3种不同降雨强度下,将柱式实验得到的采样速率k0带入公式(5.4)获得4种多环芳烃的时间加权平均浓度与实际浓度相似,比值在0.8~1.2之间;PUF被动采样器预测的BMPs中PAHs的去除效率与对照BMPs获得的实际处理效率进行比较,无显著性差(p>0.05)。表明PUF被动采样器监测雨水径流及BMPs中的PAHs是可行的。
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