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水资源日益缺乏的今天,雨水资源越来越受到关注,雨水利用得到迅速发展。在这个大背景下,对屋面雨水颗粒污染物特征及其高速在线过滤技术进行了研究。对国内外学者关于雨水颗粒污染物的研究,以及雨水过滤技术进行了综述。以过滤效果显著、技术经济可行、简单实用等为目标,创新设计出模拟降雨器、环形过滤装置和竖直过滤装置,并进行模拟降雨和天然降雨试验。通过监测常规指标(浊度、TN、TP等)和颗粒污染物粒度分布,得出屋面雨水径流颗粒污染物特征规律及其它污染物关系,并且得到了两种过滤装置的过滤性能,对进一步的装置优化改进打好基础。通过模拟降雨和天然降雨的对比研究得出两者的不同之处,为深入的模拟降雨试验提供数据支持。通过数据分析和实验观察,首次初步建立了雨水高速在线过滤理论,并且还对高速在线过滤技术的计算方法进行了优化,并编制了其实际应用时的计算步骤。
得出主要结论如下:
(1)屋面径流雨水颗粒粒径范围在0.1~330μm之间。降雨初期屋面径流传输的主要颗粒污染物粒径<60μm,起主导作用的颗粒粒径为20~25μm;降雨后期径流传输的主要颗粒污染物粒径在100~250μm之间,其中起主导作用的颗粒粒径为160~195μm。
(2)单场天然降雨与模拟降雨径流颗粒粒度分布相似,当降雨强度变化不大时,屋面径流过程中D10、D50、D90随着时间的变化呈增长、波动、稳定三阶段变化规律。
(3)单场降雨屋面后期径流稳定阶段,颗粒污染物基本呈正态性分布,各场雨之间正态分布的特征趋于一致;在雨强和降雨历时足够大时,趋于稳态的正态分布主要与屋面性质有关;暴雨强度是影响颗粒分布正态性的关键因素,一般降雨强度越大颗粒正态性越明显。
(4)屋面径流雨水CODCr、TN、TP浓度与颗粒吸附性之间的相关性不同,所吸附的颗粒粒径范围分别为0.1~85μm、0.1~310μm、0.1~130μm。过滤后颗粒污染物CODCr和含N污染物主要附着在100~300μm粒径的颗粒上,过滤后颗粒态P污染物主要在粒径145~300μm之间。
(5)在设计雨水系统时,汇水面为水泥屋面,重现期≤0.5a时,径流系数取0.75左右,而不是常用的0.85~0.9。环形过滤器设计过滤流速在30~90m/h,竖直过滤器流速在20~60m/h。过滤器直径宜在200~1000mm之间。
(6)过滤器过滤性能。pH值、CODMn、TDS、TN、TP、BOD5、色度、总硬度均能达到相关评价标准;CODCr、浊度不能稳定达到标准值30mg/L(建筑小区与雨水利用技术规范)和10NTU(城市杂用水标准),CODCr稳定在20~40 mg/L,浊度稳定在10NTU左右。
(7)间歇式迁移转化机理包括间歇式迁移机理和颗粒转化机理。间歇式迁移可分为三个阶段(针对人部分颗粒而言):低速截留阶段,高速迁移阶段,低速截留或迁移阶段;颗粒转化机理主要有:颗粒吸附絮集,颗粒分解,颗粒脱落迁移等过程。