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2.2.2 渗滤柱对TP的去除效果
4根渗滤柱中TP浓度随时间变化如图4所示,除2#柱在6 h左右有较大波动外,各渗滤柱出水中TP浓度稳定。由出水口1可看出渗滤柱上层吸附层对TP有明显作用,相同填充基质中分层填充的吸附效果好于混合填充,不同填充基质中沸石+蛭石+陶粒的组合略好于沸石+蛭石+煤渣组合;从上到下各出水口TP逐渐降低,各渗滤柱在出水口3的平均浓度均小于1 mg˙L−1,到最终出水口4即基质层深120 cm处达到最佳去除效果。出水口4在各个时间出水如图5所示,除第1次出水时4#渗滤柱磷浓度较高,其余时间各渗滤柱出水均小于0.3 mg˙L−1,各渗滤柱出水平均浓度均小于0.2 mg˙L−1,符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A类标准。对比进水与出水浓度,得出各渗滤柱对TP的平均去除率,如表3所示,均在95%以上;其中4#渗滤柱去除率最低,为95.63%,其余3个渗滤柱对TP的去除率相差不大,均大于98%;2#渗滤柱去除率最高,为98.59%。各渗滤柱TP的平均出水浓度及去除率如表3所示。
图4 各渗滤柱不同出水口TP浓度随时间的变化
图5 各渗滤柱最终出水TP浓度
表3 各渗滤柱出水TP平均浓度及去除率
2.2.3 渗滤柱对COD的去除效果
渗滤柱吸附层混合填充与分层填充对COD去除效果无明显区别,选取2#和3#渗滤柱进行分析。如图6所示,开始COD随着SS被表层吸附剂截留,在前3 h中出水COD浓度有所下降,但随着进水量逐渐增多,填料内部分不稳定基质随水流流出,导致出水COD浓度上升;2#柱在12 h左右、3#柱在7 h左右出水中COD浓度再次逐渐下降,此时基质中微生物开始生长,降解进水中COD,30 h左右吸附层基质出现挂膜,微生物对COD降解作用开始稳定,出水中COD也逐渐降低并趋于稳定;50 h以后最终出水中COD浓度降到30 mg˙L−1以下,并逐渐稳定;52 h以后2#柱和3#柱出水COD平均浓度分别为25.4 mg˙L−1和25.6 mg˙L−1,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A类标准和《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400-2016)中除娱乐性水景用水标准以外的其他各项用水标准。
由图6可看出,前期出水口2出水效果稳定且COD浓度相对较低,但因为渗滤层基质有机物含量高、颗粒小,前期出水中携带出填充基质中有机物,导致出水口3和出水口4出水浓度较高;后期随着微生物的生长,渗滤层基质稳定性增加,对COD处理效果逐渐提高,出水口3和出水口4出水COD浓度逐渐降低且趋于平稳。
对装置运行的72 h中进水及最终出水口4水质COD浓度取平均值,以此计算各渗滤柱对进水中COD的平均去除率,结果如图7所示,均在50%以上,其中3#柱去除率最高可达88.75%。
图6 2#和3#渗滤柱各出水口COD浓度随时间的变化
图7 各渗滤柱对COD的去除率
3 结论
1)通过在吸附层引入沸石、蛭石、煤渣和陶粒4种新基质,比较基质填充方式,改良渗滤层基质配比,有效增强了土壤的渗透速度和持水量,提高了对污染物的降解能力。
2)沸石+蛭石+陶粒分层填装的3#渗滤柱效果最好,持水量为39.73%,平均渗透速度为2 992 mm˙d−1,理论上在大暴雨天气下最大能承担自身面积11~29倍区域的雨水渗透,出水中NH4+-N浓度小于5 mg˙L−1,TP浓度小于0.2 mg˙L−1,50 h后COD浓度小于30 mg˙L−1,均符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质指标》(GB/T 18920-2002)中道路清扫、消防用水标准等各项标准,《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A标准和《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400-2016)中除观赏性水景用水标准外其他各项用水标准。
3)通过对城市非硬化路面下垫面的优化,不仅增大了基质渗透速度和持水量,也提高了氮、磷和COD的去除率。在连续进水的72 h内填充柱表面最大积水高度不超过5 cm,且对NH4+-N、TP和COD去除效果较好。证明该种填充方式可适应模拟条件下大于72 h的连续大暴雨,能够很好地控制径流总量、削减径流峰值和径流污染物,符合海绵城市建设需求。
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