火山岩填料处理人工降雨实验效果分析

方思远

[摘要]研究了在人工模拟不同降雨强度下，火山岩填料对TN、TP、COD、氨氮去除效果，模拟进水浓度为TN：3mg/L、TP：0.3mg/L、氨氮：4.8mg/L、COD：200mg/L，分别模拟5年、10年、50年、100年降雨强度。通过实验分析出火山岩填料对TP和氨氮去除率可达90%以上，对TN达到70%以上，对COD去除效果不明显。同时在一小时内去除TN、TP、氨氮去除均可达到稳定状态。

[关键词]火山岩；人工降雨

[中图分类号]P481 [文献标识码]A

引言

为了更好的完善城市绿地系统对雨水中污染物的净化效果，构建了以火山岩为填料的模拟绿地系统，在模拟不同雨水径流强度条件下，检测污染物的出水浓度并做对比。

近年来，随着城市雨水径流给人们生活和城市发展带来的负面影响，以及径流中污染物对生态环境带来的破坏，各国政府都加大了对城市雨水径流污染物削减方面的投入和研究支出。其中城市绿地系统就是城市生态系统重要的组成部分，其对雨水径流中污染物去除效果较好。在上个世纪70年代，国外已经重视在新建城区建立绿地生态系统，我国也逐步开展此方面的建设，1999年底，全国已经有667座城市绿化面积达591hm2，但是我国绿地系统仍存在，法规不健全，效益低下，结构布置不合理等诸多问题。

为了更好的探究绿地系统对径流污染物去除效果，我们选择火山岩作为填料，模拟不同降雨强度下污染物去除效果，探究火山岩对污染物的去除效率，从而为绿地生态系统提供较全面的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 实验装置

本实验采用两个完全相同的PVC水槽，顶部为340mm×340mm×310mm的正方体结构，底部则为340mm×340mm×160mm的椎体结构，在底部设置出水孔，装置底部分别填上高度约为160mm的砾石作为承托层，在装置顶部填上100mm高的火山岩填料。装置通过计量泵进行供水，转子流量计控制进水的流量，用9英寸的喷头喷水使布水均匀。

1.2 实验用水

本实验选取测试的指标有：TN、TP、COD、氨氮。分别选取硝酸钾、磷酸二氢钾、葡萄糖、氯化铵作为模拟降水投加的药剂。

1.3 实验方法

本实验中，通过投加药品配置人工雨水的污染物浓度，两个装置同时进行布水60分钟，每隔10分钟在底部进行取样。根据暴雨强度公式计算出模拟5年、10年、50年、100年的径流强度分别为3.4L/h、3.9L/h、5.0L/h、5.6L/h，通过转子流量计控制不同降雨强度。人工雨水配水浓度范围分别为氨氮1.67～10.96mg/L、TN为4.7～102.6mg/L、TP为0.166～1.907mg/L、COD为58～500mg/L。

1.4 水质测定方法

参照《水中污染物测定方法》，氨氮为哈希分光光度法、TN为过硫酸钾氧化紫外分光光度法、TP为钼锑抗分光光度法、COD为快速密闭催化消解法。

2 结果与分析

通过对装置一出水进行分析，使用NH4CL配置氨氮为4.8mg/L、KNO3配置总TN为3mg/L、K2HPO4配置TP为0.3mg/L、葡萄糖配置COD为200mg/L，之后在不同时间点在底部取水测定。如图1可知，火山岩填料对TN、TP、NH3-N均有良好的去除效果，对COD去除效果不明显。其中，降雨强度改变时对TN、TP、NH3-N去除效果均有不同程度的影响。当模拟降雨达到50年降雨量之后，火山岩对TN 的去除效果基本处于稳定状态，1小时之后去除率可达到72.9%；模拟降雨在50年和100年时火山岩对TP最后的去除率保持一致，最终保持在92%；火山岩对NH3-N的去除率随降雨强度增大而升高，当达到50年降雨量之后，去除率维持稳定状态，去除率在一小时后总体达到98%。

试验中采用的火山岩填料，孔隙率大，有利于硝化菌的增殖生长，整体系统的硝化能力，使得系统能去除更多的NH3-N。同时好氧缺氧段的建立，使系统的脱氮能力增强，出水中NH3-N、TN 的质量浓度都更低。周光红等人的研究表明，火山岩粒径越小，比表面积越大，有利于火山巖对磷的吸附，这与本实验得出的数据规律相符。污水中COD的去除主要因为微生物的作用，本次实验中时间较短，故很少有微生物的形成，对COD的去除率不是很明显。

3 结论

火山岩对TP和氨氮有很好的去除效果，去除率可达到90%以上；对TN去除效果一般，去除率达到70%以上；对COD基本没有去除。并且在一小时内去除率随时间增加而增加，分别在一小时内去除率达到稳定状态。

在不同的径流强度下，在进水浓度氨氮为4.8mg/L、TN为3mg/L、TP为0.3mg/L、COD为200mg/L条件下对水中污染物去除效果最好为模拟50年降雨强度，达到阈值，模拟100年降雨强度提升效果不明显。

火山岩主要依靠吸附和过滤作用去除水中污染物，同时由于火山岩孔隙率大，对氨氮去除效果明显。

[参考文献]

[1] 李素英，王计平，任慧君.城市绿地系统结构与功能研究综述[J].地理科学进展，2010，29（3）：377-384.

[2] 毛齐正，罗上华，马克明，等.城市绿地生态评价研究进展[J].生态学报，2012，32（17）：5589-5600.

[3] 赵彩君，刘晓明.城市绿地系统对于低碳城市的作用[J].中国园林，2010，26（6）：26.

[4] 苏泳娴，黄光庆，陈修治，等.城市绿地的生态环境效应研究进展[J].生态学报，2011，31（23）：7287-7300.

[5] 曹鉴燎，苏启林，刘一明.城市绿色规划分析与评述[J].中国人口资源与环境，2001，11（1）：97-100.

[6] 冯彩云.我国城市绿化的现状与发展方向[J].科技建议，2002（2）：15-18.

[7] 千庆兰.城市生态绿地系统规划研究初探[J].吉林师范大学学报：自然科学版，2001（4）：45-49.

[8] 黄肇义，杨东援.国内外生态城市理论研究综述[J].城市规划，2001，25（1）：59-66.

[9] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境出版社，2002.

[10] 周光红，项学敏，周集体.火山岩对废水中磷的吸附性能及机理研究[J]. 辽宁化工，2011（8）：805-808+812.