雨水径流污染物在生物滞留池中运移规律研究

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1、分类号:TU998.410710-2015129006硕士学位论文雨水径流污染物在生物滞留池中运移规律研究杨周导师姓名职称杨利伟博士申请学位类别工学硕士学科专业名称市政工程论文提交日期2018年5月3日论文答辩日期2018年6月6日学位授予单位长安大学StudyontheRegularityofMigrationofStormwaterRunoffPollutantsinBioretentionCellAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:YangZhouSupervisor:Dr.YangLiweiCha

2、ng’anUniversity,Xi’an,China摘要城市雨水径流通常携带一定量的污染物，直接排放至受纳水体会造成水环境的污染。实践证明，设计合理的生物滞留池能够有效的控制雨水径流污染量。本论文通过生物滞留池的柱状渗透实验和静态吸附实验，结合建立的数学模型，研究雨水径流主要污染物（COD、氨氮、硝态氮、磷）在生物滞留池中的迁移转化规律。并以硝态氮为主要污染物研究对象，通过Hydrus-1D软件建立降雨条件下径流污染物在生物滞留池中的运移模型，模拟不同场景下的生物滞留池的运行情况。最后对水力参数和溶质运移参数进行了敏感性分析。本次研究的雨水径流主要污染物包括

3、COD、氨氮、硝态氮、总磷。实验中生物滞留池填料层沙土比例为4:6，通过静态吸附实验和污染物穿透实验研究径流污染物在生物滞留池中的运移规律。结果显示：通过静态吸附实验获得COD、氨氮、硝态氮、总磷的线性等温方程的吸附系数Kd分别为3.11L/kg、2.11L/kg、0.04L/kg、1.64L/kg，反映出生物滞留池填料对于COD、氨氮、磷的吸附性能较强，对于硝态氮几乎不发生吸附。COD穿透曲线前20h符合穿透曲线的一般规律，20h后由于微生物作用出水浓度一直保持在150mg/L左右，微生物对于COD的削减率为65%，反映出生物滞留池COD削减过程中微生物的降

4、解作用占主导地位。氨氮、硝态氮、磷在生物滞留池中的穿透时长分别为8d、1d和7d，主要是因为土壤颗粒对氨氮、磷的吸附能力较强，延长了其在生物滞留池中的穿透时间；而硝态氮穿透时间较短的原因是硝态氮自身带有负电荷与土壤颗粒相互排斥，土壤无法有效的对其吸附、截留，但反硝化作用强度随着时间延长而增强。为了进一步研究污染物在生物滞留池的运移规律，通过RETC和CXTFIT软件拟合出雨水径流污染物在生物滞留池中的运移模型参数，并建立Hydrus-1D渗透实验模型验证参数的可靠性。结果显示除COD之外，模拟结果与实测结果具有较好的一致性，拟合度R2均大于0.8，说明该模型参

5、数可信程度较高。COD模型拟合程度低是因为微生物活动造成了模拟结果与实测结果的误差较大。通过Hydrus-1D软件建立生物滞留池在降雨过程中径流污染物的运移模型，以硝态氮作为主要污染物研究对象，研究含水率、降雨强度、填料层厚度对于生物滞留池对雨水径流水量和水质控制效果的影响。结果表明：当生物滞留池初始含水率从15%提高到30%时，雨水径流水量和污染负荷的削减率分别从33.78%和60.52%变为17.97%和71.57%，随着初始含水率变高污染负荷削减率也变高，但是雨水径流的削减率反而降低；i当填料层厚度从50cm增加到90cm时，雨水径流水量和污染负荷的削减

6、率分别从30.51%和58.90%变为52.76%和92.13%，生物滞留池对雨水径流水量削减效果和污染物负荷削减效果都得到了提高；当降雨强度从2.19cm/h增加到2.79cm/h，雨水径流水量和污染负荷的削减率分别从32.30%和62.78%变为28.50%和53.41%。通过建立Hydrus-1D模型研究污染物在土壤中运移的规律，可以分析预测不同工况条件下生物滞留池对径流水质水量的处理效果。通过对土壤水力特征参数、溶质扩散系数、纵向弥散度、溶质分配系数进行敏感性分析，结果表明：Ks、α、n、θr、θs这5个土壤水力特征参数与水分累积流量的变化量建立的回归

7、方程的斜率分别是1.108、-1.6216、-6.4017、0.5765、-4.4189。溶质扩散系数、纵向弥散度、溶质分配系数与污染负荷去除率建立回归方程的斜率分别是-0.0023、-0.0145、1.2009。反映出土壤水力特征参数和溶质分配系数是模型的敏感性参数。敏感性参数的确定为模型的调试和参数的率定减少了工作量。关键词：生物滞留池，径流污染物，迁移转化规律，CXTFIT，Hydrus-1D模拟iiAbstractUrbanstormwaterrunoffusuallycarriesacertainamountofpollutants,anddirec

8、tdischargetoreceivi