生物炭改良型生物滞留池对雨水径流中N、P去除效果研究

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不透水地面的大幅增加,导致了一系列的水文、水质方面的城市雨水问题。生物滞留池能够在源头有效削减雨水径流量和径流污染物,但传统生物滞留池普遍存在对径流中N、P污染物去除效果不稳定的问题。为了使生物滞留池能够稳定高效的去除径流雨水中N、P污染物,本研究采用稻壳生物炭改进传统生物滞留池填料,构建生物炭改良填料生物滞留池进行模拟试验。研究中,利用稻壳生物炭、改性稻壳生物炭改良填料,检测其理化性质;利用叶绿素、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量来选择抗旱性强的植物种植;构建5根生物滞留反应器,以不同填料类型(对照填料T1、稻壳炭改良填料T2和改性稻壳炭改良填料T3)在单层或双层结构形式下互相组合,分析了雨前干旱期及淹没区高度对不同反应器去除雨水径流中N、P污染物的影响;探讨了稻壳炭改良生物滞留池对低碳氮比雨水径流中氮磷的去除影响及填料在不同阶段氮磷的释放特性。研究结果如下:(1)改性稻壳炭和稻壳生物炭的灰分含量远低于黄土和砂,表明其含有较高的有机成分;改性稻壳炭和稻壳生物炭的可交换阳离子含量(CEC)远高于黄土和砂,表明其去除径流中的阳离子的性能更优异;生物炭的比表面积高,表明其吸附特性优于黄土和砂,且有利于微生物附着生存。(2)麦冬中叶绿素的含量要高于鸢尾,可溶性蛋白含量相当,游离脯氨酸的含量要远远高于鸢尾。随着干旱期的延长,麦冬中叶绿素和可溶性蛋白的含量变化不显著,而鸢尾在干旱10d后叶绿素含量有降低的趋势,干旱5d后可溶性蛋白含量有降低的趋势,说明其光合作用和渗透性受到影响;随着干旱期的延长,麦冬中游离脯氨酸的含量显著增加,鸢尾在干旱15d前游离脯氨酸含量呈现略有升高随后降低的趋势,表明其抗逆性变差。综上指标,麦冬更适合种植于滞留池中,其抗旱性要远远高于鸢尾,鸢尾在干旱10d左右其生理机能就出现明显的下降趋势。(3)在处理低碳氮比的模拟径流雨水时,H3(改性生物炭改良填料)对N、P的去除率要高于H4(稻壳炭改良填料)高于H5(黄土、砂混合填料),只有H3在300mm淹没区下,未出现总氮的淋出,去除率介于7.32%-28.53%的区间。说明改性的稻壳炭改良填料具有一定的处理低碳氮比径流雨水的性能。(4)0-300mm淹没区高度条件下各反应器都表现出对氨氮的优异的去除性能,去除率都稳定在95%以上,高淹没区(450mm)条件下一定程度影响了H2(85%左右)、H4(91%左右)、H5(81%左右)的去除率,说明改性稻壳炭对氨氮的去除高效且稳定;H1和H2得益于其渗透性不同的双层填料结构,系统内部可以形成一定的缺氧区,其对硝氮的去除受淹没区高度的影响较小,去除率稳定在90%以上;淹没区的增加有利于H4对硝氮的去除,H3和H5对硝氮的去除不理想;H5能够有效地去除总磷和磷酸盐,不受淹没区高度的影响,去除率稳定在90%以上。(5)不同的落干期条件对生物滞留池去除氨氮、磷的效果影响较小,对硝氮的去除效果影响较大,硝态氮出现明显的淋出现象。生物滞留池经过2-4天湿润期能够恢复到干旱期前的去除效果。(6)上层填料氮的淋出量要远远高于下层,磷的淋出量与下层差距不明显;前3次淋出的氮磷的量占8次总淋洗量的60%以上,说明填料经过3次的淋洗,能够淋洗出其吸附的大部分氮磷;反应器运行150d后,改性稻壳炭填料淋洗出的氮的量占吸附试验氨氮吸附量的十分之一,稻壳炭改良填料为四分之一,黄土、砂混合填料淋为三分之一。由此可见,用稻壳生物炭改良生物滞留池填料可增加生物滞留池的使用寿命。
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