火山巖填料處理人工降雨實驗效果分析

方思遠

[摘要]研究了在人工模擬不同降雨強度下，火山巖填料對TN、TP、COD、氨氮去除效果，模擬進水濃度為TN：3mg/L、TP：0.3mg/L、氨氮：4.8mg/L、COD：200mg/L，分別模擬5年、10年、50年、100年降雨強度。通過實驗分析出火山巖填料對TP和氨氮去除率可達90%以上，對TN達到70%以上，對COD去除效果不明顯。同時在一小時內去除TN、TP、氨氮去除均可達到穩定狀態。

[關鍵詞]火山巖；人工降雨

[中圖分類號]P481 [文獻標識碼]A

引言

為了更好的完善城市綠地系統對雨水中污染物的凈化效果，構建了以火山巖為填料的模擬綠地系統，在模擬不同雨水徑流強度條件下，檢測污染物的出水濃度并做對比。

近年來，隨著城市雨水徑流給人們生活和城市發展帶來的負面影響，以及徑流中污染物對生態環境帶來的破壞，各國政府都加大了對城市雨水徑流污染物削減方面的投入和研究支出。其中城市綠地系統就是城市生態系統重要的組成部分，其對雨水徑流中污染物去除效果較好。在上個世紀70年代，國外已經重視在新建城區建立綠地生態系統，我國也逐步開展此方面的建設，1999年底，全國已經有667座城市綠化面積達591hm2，但是我國綠地系統仍存在，法規不健全，效益低下，結構布置不合理等諸多問題。

為了更好的探究綠地系統對徑流污染物去除效果，我們選擇火山巖作為填料，模擬不同降雨強度下污染物去除效果，探究火山巖對污染物的去除效率，從而為綠地生態系統提供較全面的技術支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

本實驗采用兩個完全相同的PVC水槽，頂部為340mm×340mm×310mm的正方體結構，底部則為340mm×340mm×160mm的椎體結構，在底部設置出水孔，裝置底部分別填上高度約為160mm的礫石作為承托層，在裝置頂部填上100mm高的火山巖填料。裝置通過計量泵進行供水，轉子流量計控制進水的流量，用9英寸的噴頭噴水使布水均勻。

1.2 實驗用水

本實驗選取測試的指標有：TN、TP、COD、氨氮。分別選取硝酸鉀、磷酸二氫鉀、葡萄糖、氯化銨作為模擬降水投加的藥劑。

1.3 實驗方法

本實驗中，通過投加藥品配置人工雨水的污染物濃度，兩個裝置同時進行布水60分鐘，每隔10分鐘在底部進行取樣。根據暴雨強度公式計算出模擬5年、10年、50年、100年的徑流強度分別為3.4L/h、3.9L/h、5.0L/h、5.6L/h，通過轉子流量計控制不同降雨強度。人工雨水配水濃度范圍分別為氨氮1.67～10.96mg/L、TN為4.7～102.6mg/L、TP為0.166～1.907mg/L、COD為58～500mg/L。

1.4 水質測定方法

參照《水中污染物測定方法》，氨氮為哈希分光光度法、TN為過硫酸鉀氧化紫外分光光度法、TP為鉬銻抗分光光度法、COD為快速密閉催化消解法。

2 結果與分析

通過對裝置一出水進行分析，使用NH4CL配置氨氮為4.8mg/L、KNO3配置總TN為3mg/L、K2HPO4配置TP為0.3mg/L、葡萄糖配置COD為200mg/L，之后在不同時間點在底部取水測定。如圖1可知，火山巖填料對TN、TP、NH3-N均有良好的去除效果，對COD去除效果不明顯。其中，降雨強度改變時對TN、TP、NH3-N去除效果均有不同程度的影響。當模擬降雨達到50年降雨量之后，火山巖對TN 的去除效果基本處于穩定狀態，1小時之后去除率可達到72.9%；模擬降雨在50年和100年時火山巖對TP最后的去除率保持一致，最終保持在92%；火山巖對NH3-N的去除率隨降雨強度增大而升高，當達到50年降雨量之后，去除率維持穩定狀態，去除率在一小時后總體達到98%。

試驗中采用的火山巖填料，孔隙率大，有利于硝化菌的增殖生長，整體系統的硝化能力，使得系統能去除更多的NH3-N。同時好氧缺氧段的建立，使系統的脫氮能力增強，出水中NH3-N、TN 的質量濃度都更低。周光紅等人的研究表明，火山巖粒徑越小，比表面積越大，有利于火山巖對磷的吸附，這與本實驗得出的數據規律相符。污水中COD的去除主要因為微生物的作用，本次實驗中時間較短，故很少有微生物的形成，對COD的去除率不是很明顯。

3 結論

火山巖對TP和氨氮有很好的去除效果，去除率可達到90%以上；對TN去除效果一般，去除率達到70%以上；對COD基本沒有去除。并且在一小時內去除率隨時間增加而增加，分別在一小時內去除率達到穩定狀態。

在不同的徑流強度下，在進水濃度氨氮為4.8mg/L、TN為3mg/L、TP為0.3mg/L、COD為200mg/L條件下對水中污染物去除效果最好為模擬50年降雨強度，達到閾值，模擬100年降雨強度提升效果不明顯。

火山巖主要依靠吸附和過濾作用去除水中污染物，同時由于火山巖孔隙率大，對氨氮去除效果明顯。

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