【摘要】：隨著城市進程的加快和經(jīng)濟的發(fā)展,按照我國水資源現(xiàn)狀,我國面臨的水資源短缺的問題將越來越嚴重,雨水作為一種特殊的可再利用的水資源而受到廣泛的關注。對雨水進行簡單的資源化后就可以達到回用的目的,主要用來景觀、綠化、洗車、沖廁等。目前雨水資源化的工程措施主要有綠色屋頂、滲透性路面和生物滯留池,而這些工程措施對污染物的去除都無一例外的用到了填料的吸附滲濾作用,因此,填料層是工程措施的重要組成部分。因此,分析雨水中的污染物成分和特性,研究填料的吸附性能,考察滲濾系統(tǒng)對雨水的凈化效果成為目前雨水資源化的研究熱點。針對我國面臨的水資源短缺問題,本文在分析雨水徑流污染特征的基礎上,旨在構建一種短流程雨水資源化滲濾系統(tǒng),以期達到對雨水污染進行簡單的處理即可回用的目的。選取重慶市悅來國博中心為研究區(qū)域,分析了雨水徑流污染物成分組成和污染特性。以模擬雨水為處理對象,研究了活性炭、沸石、陶粒和石英砂等填料的吸附性能和影響因素,考察了雨水滲濾系統(tǒng)對不同污染物的去除效果,構建了短流程雨水回用系統(tǒng),用于處理實際雨水污染,并在實驗研究的基礎上,將該系統(tǒng)放大到工程規(guī)模后對其進行了技術經(jīng)濟分析,具體研究內(nèi)容和結論如下:1、重慶市悅來國博中心雨水徑流污染特征分析表明:pH、SS、TN、TP、TFe和COD等污染物濃度隨降雨時間的進行而不斷下降,最終趨于穩(wěn)定。綠地、屋面和道路雨水徑流的污染較為嚴重,各污染物的濃度均超過GB/T 18921-2002《景觀環(huán)境用水水質(zhì)》標準,直接排入受納水環(huán)境會造成污染,需要經(jīng)過處理。初期沖刷效應分析表明,道路、屋面和綠地雨水徑流均存在不同程度的初期沖刷效應,其中道路雨水徑流FF30-FF40攜帶的污染物Fe、TP、TN、SS、COD分別為80%-84%、78%-88%、46%-54%、65%-74%、84%-85%;屋面雨水徑流FF30-FF40攜帶的污染物Fe、TP、TN、SS、COD分別為79%-81%、53%-64%、37%-51%、69%-89%、63%-74%;綠地雨水徑流FF30-FF40攜帶的污染物Fe、TP、TN、SS、COD分別為38%-47%、55%-63%、63%-81%、58%-71%、69%-89%。2、考察了活性炭、沸石、陶粒和石英砂四種填料的吸附性能及其影響因素,采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型、吸附動力學模型和顆粒內(nèi)擴散模型對實驗數(shù)據(jù)進行擬合�；钚蕴俊⒎惺�、陶粒和石英砂對P、Fe的吸附均可用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合。P的吸附量依次為活性炭(0.14 mg/g)沸石(0.09mg/g)陶粒(0.08 mg/g)(0.06 mg/g);Fe的吸附量依次為活性炭(0.79 mg/g)陶粒(0.76 mg/g)沸石(0.51 mg/g)石英砂(0.26 mg/g)�；钚蕴�、沸石、陶粒和石英砂對P和Fe的吸附動力學結果表明:活性炭和沸石對P的吸附更好地遵循準一級動力學模型,即物理吸附為主導,是速率控制步驟;陶粒和石英砂對P的吸附則更好地遵循準二級動力學模型,即化學吸附為主導,是速率控制步驟�；钚蕴繉e的吸附更遵循準二級動力學模型,沸石、陶粒和石英砂對Fe的吸附更遵循準一級動力學模型。此外,各填料對P、Fe的吸附均分為2個階段,且顆粒內(nèi)擴散為主導,是主要的速率控制步驟。各填料對P的吸附能力均隨pH的升高而下降,而對Fe的吸附能力隨pH的增大而增大。酸性條件有利于P的吸附,堿性條件有利于Fe的吸附。結合實際水體的pH情況和實驗結果,確定最佳pH為7.0。隨著填料投加量的增加,去除率是先增大而后趨于穩(wěn)定,但單位吸附量減小。綜合考慮,適宜投加量為100 g/L。3、滲濾系統(tǒng)的優(yōu)化實驗結果表明:水力負荷對SS的去除率影響不大,而TP、TFe和COD的去除率隨水力負荷的增大而下降,最佳水力負荷為0.2747 m~3/m~2·h,此時濾速為1.38 L/h;在較低污染負荷下,4個單填料系統(tǒng)對污染物的去除效果較好,即在污染物濃度為COD(151.79 mg/L)、TFe(0.98 mg/L)、TP(0.64 mg/L)和SS(505.36 mg/L)時,可以實現(xiàn)最佳的去除效果;8個(單填料和復合填料各4個)滲濾系統(tǒng)的累積100%的粒徑明顯小于進水SS的粒徑,說明滲濾系統(tǒng)攔截了大部分粗顆粒,但粒徑≤16.19μm的細顆粒并沒有完全去除。8個快速滲濾系統(tǒng)對模擬雨水中的SS、TFe、TP有較高的去除效果,可以有效的去除COD,但是滲濾系統(tǒng)對TN和NH_4~+-N的去除效果不佳。總體而言,復合填料系統(tǒng)對污染物的去除效果明顯優(yōu)于單填料系統(tǒng)。8個滲濾系統(tǒng)對SS去除效果相差不大,均超過90%;QZSC(滲濾柱組成)系統(tǒng)對COD的去除效果最好,達到58.50%;QZSC系統(tǒng)對TP、TFe的去除效果都是最高的,分別為86.38%和85.96%;QZSC系統(tǒng)對TN的去除率為60.24%,QZSC對NH_4~+-N的去除率為89.78%。綜合而言,選取QZSC填料組合系統(tǒng)最為合適,它對SS、TFe、TP、COD、TN和NH_4~+-N的去除率分別可達到94.64%、85.96%、86.38%、89.03%、60.24%、89.78%。此系統(tǒng)的出水水質(zhì)可達到地表水GB/T 18921-2002《景觀環(huán)境用水水質(zhì)》標準,可以直接回收利用。4、構建了短流程雨水回用滲濾系統(tǒng),并對其進行了實際雨水徑流污染處理的性能評價。短流程雨水回用滲濾系統(tǒng)對SS、TN、TP、COD和TFe的平均去除率分別為≥90%、80%、76%、90%和90%,出水濃度分別介于10~20、1.0~2.5、0.1~0.2、10~20和0.9~1.4 mg/L范圍內(nèi)。達到了地表水GB/T18921-2002《景觀環(huán)境用水水質(zhì)》標準要求,可作為景觀環(huán)境用水加以利用,達到了本文雨水資源化利用的目的。5、對實驗室研究的短流程雨水回用系統(tǒng)進行放大后,按照工程建設項目進行技術經(jīng)濟。設計每天雨水處理規(guī)模約為15 m~3,年處理規(guī)�？偭考s為5475 m~3,將處理雨水的價格轉(zhuǎn)化為自來水的價格,計算分析結果表明:雨水回用成本為2.35元/m~3,雨水回用工程年收入為1.92萬元/m~3,雨水回用的年利潤為0.12萬元/m~3。雨水回用在經(jīng)濟上具有一定的優(yōu)勢,建設雨水回用工程在經(jīng)濟上可行,回收期內(nèi)回報較高。雨水回用除了帶來可觀的經(jīng)濟優(yōu)勢以外,還蘊含著巨大的間接綜合效益,主要是經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。減輕了市政網(wǎng)雨水排放壓力,提升了整體城市水體環(huán)境,緩解了經(jīng)濟負擔和水資源短缺的問題,改善了居住環(huán)境,提高了社會和諧和幸福感。
【圖文】：

技術路線圖

重慶理工大學碩士學位論文出置干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱其重量 B；將濾膜放于和過濾器，用夾子固定好，以蒸餾水濕潤濾膜，并吸00mL 試樣抽吸過濾，使水分全部通過濾膜，再以每停止吸濾后，取出載有懸浮物的濾膜置于稱量瓶中時烘干 1 h 后，若未完全干燥，可酌情延長干燥時至室溫，稱其重量 A。L 經(jīng)過滲濾后的模擬雨水（若雨水非常渾濁，就需要.00mL 堿性過硫酸鉀溶液，，高壓滅菌 40min；滅菌后 1.00mL 鹽酸，用蒸餾水稀釋至 25.00mL；使用紫外275 nm 的雙波長吸光度。TN 的標準曲線如圖 2.1 所
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU992;X703

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本文編號：2701449