水平潜流型人工湿地处理小区雨水径流的试验研究

论文摘要

随着我国城市化进程的加快,透水性下垫面在城区内的比例越来越小。由暴雨径流导致的突发性、冲击性和随机性的城市面源污染已成为城市受纳水体水环境污染的主要来源之一。面源引起的水环境污染已成为当前城市水环境综合治理中亟待解决的主要问题之一。然而从另一角度讲,雨水径流同时又是一种宝贵的水资源,若加以适当从处理和利用,不仅能在一定程度上缓解城市水资源的供需矛盾,而且还可有效减少城市地面水径流量,延滞汇流时间,减轻雨水排除设施的压力,减少防洪投资和洪灾损失。因而增加城市雨水资源的利用量,将是节水型城市建设的有效措施。论文通过对重庆大学校园内两个监测点的雨水径流水质分析,考察了城市小区雨水水质情况及雨水水质随降雨历时的冲刷规律;根据雨水径流特征设计和构建了水平潜流型人工湿地,并对其进行了流态试验研究,考察了在恒定流和非恒定流情况下,水平潜流型人工湿地的流态特征;同时对该系统雨水径流的处理效果和冲击负荷下的处理效果进行了中试研究,确定出该人工湿地运行的最佳工况参数并对影响处理效果的关键因素进行了分析。部分研究结果在棕榈泉水质保持工程中得到应用和检验。①雨水径流监测结果发现,雨水水径流主要污染物为SS和CODcr,NH3-N和TP平均浓度较低,属于低浓度污水,径流水质与下垫面污染程度、道路交通量、人流量和雨前晴天天数都有一定的关系。屋面雨水和道路雨水水质均具有明显的初始径流冲刷效应,降雨径流污染物冲刷规律基本满足公式C t = C0e-K-t的模型规律。②流态试验结果显示,水平潜流型人工湿地流态属于弥散流模型。试验II（D/UL=0.109）的流态最接近理想的平推流型,其流态与六级串联CSTR模型流态相当,试验II（ID/UL=1.354）最接近非串联CSTR的完全混合型,试验（ID/UL=0.292）介于理想的平推流型和完全混合型中间,更倾向于平推流型。③通过18个正交试验确定了本次试验的最优组合方案为HRT在36小时、水深为400mm以及运行前间隔天数为8天的组合,出水中CODcr、氨氮、TP、TN以及浊度的平均浓度分别为16.25 mg/L、0.87 mg/L、0.040 mg/L、1.15 mg/L和1.51 NTU,水质清亮,感官效果好,达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）和《城市污水再生利用景观用水水质》（GB/T18921—2002）的相关标准要求。同时在正交试验的基础上增加了4个针对各因素影响程度的试验发现,三个因素中HRT为水平潜流型人工湿地处理暴雨径流的限制性因素。④分析了3h和5h两种不同强度的冲击负荷试验,试验证明水平潜流型人工湿地对CODcr及TP的处理具有较强的耐冲击负荷能力,但是氨氮的去除效果并不明显,处理率分别仅为14.78%和6.99%,从而也验证了冲击负荷下人工湿地的非串联CSTR弥散流流态的污水处理效果较差的结论。⑤水平潜流型人工湿地优点突出,不仅具有良好的处理效果、工程基建和运行费用低、操作管理简单、维护方便,而且具有良好的景观效应。目前,该技术逐渐尝试应用到住宅小区和公园等项目的水处理环节,这将是一种充满前景的污水处理技术,是水处理未来的发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概述
• 1.1 人工湿地污水处理系统概述
• 1.1.1 人工湿地的定义
• 1.1.2 人工湿地的分类
• 1.1.3 人工湿地的技术特点
• 1.1.4 人工湿地的去污机理
• 1.2 国内外人工湿地的研究进展
• 1.2.1 国外人工湿地的研究进展
• 1.2.2 国内人工湿地的研究进展
• 1.3 暴雨径流污染控制
• 1.3.1 地表径流的定义
• 1.3.2 地表径流的特点
• 1.3.3 雨水径流控制技术
• 1.4 国内外雨水资源化发展与利用现状
• 1.4.1 国外雨水利用现状
• 1.4.2 国内雨水利用现状
• 1.5 问题的提出、试验的背景以及研究的目的和内容
• 1.5.1 问题的提出
• 1.5.2 试验背景
• 1.5.3 研究的目的和内容
• 2 住宅小区雨水径流水质研究
• 2.1 试验安排
• 2.1.1 采样点布置
• 2.1.2 试验设计
• 2.2 径流水质监测结果及分析
• 2.2.1 监测结果
• 2.2.2 结果分析
• 3 水平潜流型人工湿地设计及流态试验
• 3.1 人工湿地模型
• 3.1.1 水平潜流型人工湿地的设计思路
• 3.1.2 水平潜流型人工湿地试验装置
• 3.2 填料的选择
• 3.2.1 填料的作用
• 3.2.2 填料的截留和吸附机理
• 3.2.3 填料的选择
• 3.3 植物的选择
• 3.3.1 植物在人工湿地的作用
• 3.3.2 植物的选择
• 3.3.3 试验人工湿地植物的种植
• 3.4 流态试验
• 3.4.1 反应器流态模型
• 3.4.2 试验内容和方法
• 3.4.3 试验结果及分析
• 3.4.4 流态模型的建立与求解
• 3.4.5 人工湿地模型水力混合特性分析
• 3.4.6 试验小结
• 4 试验过程与方法
• 4.1 试验流程
• 4.2 试验原水水质与水量
• 4.2.1 试验清水水质
• 4.2.2 试验配水水质
• 4.3 试验方法及内容
• 4.3.1 污染物处理效果影响因素试验方法和内容
• 4.3.2 冲击负荷试验方法和内容
• 4.4 试验分析项目与方法
• 5 试验结果与分析
• 5.1 处理效果影响因素试验
• 5.1.1 试验结果
• 5.1.2 结果分析
• 5.1.3 小结
• 5.2 冲击负荷试验
• 5.2.1 试验结果
• 5.2.2 试验结果分析
• 5.2.3 小结
• 6 潜流型人工湿地的应用前景展望
• 6.1 实际工程应用
• 6.2 重庆市棕榈泉国际花园二三期人工湿地系统
• 6.3 展望
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议与讨论
• 致谢
• 参考文献
• 附录