混凝法削减城市雨水径流污染物的效果.pdf

第14卷第14期2023年7 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Jul.2023混凝法削减城市雨水径流污染物的效果乐俐（天津水泥工业设计研究院有限公司，天津3 0 0 40 0）摘要：为探究混凝法处理城市降雨地表径流污染物的有效性及可行性，采用混凝烧杯试验，研究径流污染物浓度、混凝剂类型聚合硫酸铝（PAS）、聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铁（PFC）、聚合氯化铝铁（PAFC）、混凝剂投加量（13、17、2 6、3 5、44mg/L对混凝法削减径流污染物的影响。结果表明，混凝法对低、中、高3 种污染物浓度水平的雨水径流污染物削减作用如下：浊度的平均削减率分别为7 7.48%、7 7.8 2%、58.3 8%，C0Der的平均去除率分别为7 7.9 2%、6 5.3 0%、3 2.46%，TN的削减率分别是52.23%、2 3.3 9%、3 8.3 5%，T P的削减率分别是6 0.9 1%、59.6 4%、6 6.0 2%，随着混凝剂投加量的增加混凝法对浊度的削减率逐渐提高，不同混凝剂对CODcr、T N、T P的削减率随投加量的变化差异显著。PFC对浊度、CODcr及TP的综合平均削减率均高于另外4种混凝剂，对于低浓度TN的去除率,PAFC要明显优于其他混凝剂，而PFS受污染物TN浓度的影响较小，削减率稳定，抗负荷冲击能力强。此方法可应用于城市雨水径流面源污染控制。关键词：混凝法；雨水径流：面源污染；削减中图分类号：TU992Reduction Effect of Urban Stormwater Runoff Pollutants with Coagulation Method(Tianjin Cement Industry Design&Research Institute Co.,Ltd,Tianjin 300400,China)Abstract:In order to explore the effectiveness and feasibility of coagulation method on removing urban rainfall-runoffpollutants,the beaker test of coagulation is adopted to study the effects of runoff pollution concentration,coagulant types（p o l y a l u mi r l m s u l f a t e （PA S),p o l y a l u mi n i u m c h l o r i d e （PA C),p o l y me r i c f e r r i c s u l f a t e （PFS),p o l y f e r r i c c h l o r i d e(PFC),poly aluminum ferric chloride(PAFC)J and coagulant dosage(13,17,26,35 and 44 mg/L)on reducingrunoff pollutants by coagulation method.The results indicate that coagulation method has a good ability to reduce threestormwater runoff pollution concentrations:the pollution reduction rates of turbidity,CODer,TN and TP by coagulationmethod reach to 77.48%,77.82%and 58.38%;77.92%,65.30%and 32.46%;52.23%,23.39%and38.35%;60.91%,59.64%and 66.02%respectively.With the increase of coagulant dosage,the turbidity reductionrate of coagulation method shows a gradually increasing trend.The difference in the reduction rate of turbidity,CODeTN and TP by coagulation method is significant with the chang of coagulant dosage.The reduction rate of turbidity,CODer and TP of PFC is greater than that of the other four coagulants.For the removal rate of TN of low pollutionconcentration level,PAFC is superior to other coagulants.The reduction rate of TN of PFS is affected less by thepollution concentration level,which is stable,and has a lot of resistance to the load impact.The coagulation method canbe used to control the non-point source pollution of urban stormwater runoff.Key words:Coagulation method;Stormwater runoff;Non-point source pollution;Reduction0引言城市降雨径流污染是降雨过程中形成的雨水径流流经城市地面排水系统直接排放到水体中且汇聚大量收稿日期:2 0 2 3-0 5-2 2基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2 0 0 9 ZX07314-002-01)作者简介：乐俐（19 8 5）,女，硕士,工程师。研究方向：城市雨水径流污染控制。E-mail:。56文献标志码：A文章编号：16 7 4-8 6 46(2 0 2 3)14-0 0 56-0 5Yue Li的污染物而形成的典型面源污染，是城市水生态环境污染的重要因素，为第二大面源污染，并已成为江河湖泊的第三大污染源 2-3 。目前，美国暴雨最佳管理措施（如生物滞留池 4-6 、植草沟 7-8 、人工湿地 9-10 1等)得到了广泛的应用，可控制城市降雨径流面源污染。我国相关处理设施较少，且上述方法占地面积大，后期维护管理难度高,投入较大 。混凝法是水处理方法中最常用、最经济、最重要的方法之一。混凝是污水处理工艺的核心，关于混凝法对城市雨水径流污染物削减的报道较少。张丹丹等 12 对聚合氯化铝投加量与不同雨水径流水质的不同污染物指标削减之间的影响作用进行了研究。任依丽等 13 探索了聚合氯化铝对不同下垫面的雨水径流浊度、COD、T P的去除效果，但这些研究没有考察不同混凝剂类型对城市雨水径流主要污染物（如浊度、COD、T N、T P）的削减效率。本研究采用混凝烧杯试验，分析混凝法对城市降雨地表径流污染物（浊度、CODcr、T N、T P）削减作用的有效性及可行性，探讨混凝剂投加量、径流污染物浓度、混凝剂类型对污染净化效果的影响，为进一步研究混凝法去除降雨地表径流污染物的机理、提升污染削减效率及其推广应用提供理论依据。1材料与方法1.1主要试剂与仪器聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）、聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）及聚合氯化铝铁（PAFC)均为工业级（巩义市汉邦净水材料厂生产）。氢氧化钠、盐酸（优级纯，天津市天城化工有限公司生产)用超纯水配成0.10 mol/L溶液,用于调节pH。CO D 快速分析试剂（优级纯,Merck），过硫酸钾（优级纯,Fluka），钼酸铵（优级纯，天津市化学试剂四厂生产）。ZR4-6混凝实验搅拌器（深圳市中润水工业技术发展有限公司生产），PhotoLabS12光度计（德国WTW公司生产），CR2200加热消解器（德国WTW公司生产）,HI93414高精度浊度分析仪（北京哈纳沃德水质指标污染物浓度水平低CODcr中高低TN中高低TP中高2结果与讨论混凝法对低、中、高3 种污染物浓度水平的雨水径流污染物削减作用如下：浊度的平均削减率分别是77.48%、7 7.8 2%、58.3 8%，CO D c r 的平均去除率分别为77.92%、6 5.3 0%、3 2.46%T N的削减率分别是52.2 3%、23.39%、3 8.3 5%，T P的削减率分别是6 0.9 1%、59.6 4%、66.02%。仪器有限公司生产），7 52 N紫外可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司生产），电子分析天平（北京赛多利斯仪器有限公司生产）,PB-10台式pH计（北京赛多利斯仪器有限公司生产）。1.2混凝实验实验用水人工调配，水质稳定，控制方便。称取牛肉膏1.2 6 g、蛋白陈1.58 g、磷酸氢钠2.50 g、尿素3.15g、硫酸铵7.50 g、白砂糖7.8 8 g、淀粉15.7 5g、碳酸氢钠3 1.50 g、无水碳酸钠50.50 g，溶于1L蒸馏水中制成原水。根据天津城市雨水径流污染水平 1.141，即低、中、高3 种污染物浓度，分别由原水按照1:2 0 0、1:800、1:2 0 0 0 的比例稀释而成，如表1所示。各取1L稀释水调节pH为7.0 0,分别加人9 0.9 2 mg、3 9 7.3 8 mg、883.33mg高岭土，使3 种污染物浓度水样的浊度分别为6 4、18 1、58 8 NTU。各取低、中、高3 种污染物浓度水样1L,加人一定量的混凝剂，在3 50 r/min搅拌速度下搅拌1min,在6 0 r/min搅拌速度下搅拌15min，静沉3 0 min后在液面下2 cm处取上层清液进行指标测定。1.3分析方法天津城市河流水质主要污染因子，即浊度、CODcr、TN、T P被选作雨水径流污染物分析指标，由HI93414高精度浊度分析仪测定浊度，其余指标均采用文献方法进行分析，具体见表1。表1人工调配城市降雨地表径流污染物浓度及分析方法Tab.1Concentration and analysis method of pollutants in artificially allocated urban rainfall runoff污染物浓度/(mgL-1)681375503.017.5130.060.290.692.73IV类地表水标准/(mgL-l)301.50.32.1混凝剂类型对雨水径流污染物削减率的影响采用PAC、PA S、PFC、PFS、PA FC 等5种常用混凝剂进行混凝法削减城市降雨地表径流污染物实验，去除效果如表2 所示。由表2 可知,对于低污染物浓度，PFC与PAFC对浊度的平均削减率要高于其他3 种混凝剂，分别达到9 0.2 3%、9 0.8 8%。5种混凝剂对CODcr的平均削减率均大于7 0%,其中PFC对CODcr的平均去除率最高，为8 3.0 1%。对于TN的平均削减57分析方法快速消解分光光度法(HJ 399-2007)碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)孔雀绿磷钼杂多酸分光光度法率,PAFC PASPFSPAC PFC,PAFC 为7 6.0 8%，而PFC只有2 4.6 2%，相差51.46%，t检验两者差异显著。PFC对TP的平均削减率要优于其余4种混凝剂,可达到7 8.54%。对于中污染物浓度,PFC与PAFC对浊度的平均削减率要高于其他3 种混凝剂,分别达到8 9.2 8%、9 2.17%。5种混凝剂对CODcr的平均削减率排序为PASPFCPAFCPFSPAC,其中PAS对COD的平均去除率可达到7 6.8 7%,PFCPAFCPASPAC。PFC 与PFS对TP的平均削减率要优于其余3 种混凝剂，分别是7 0.3 6%、7 6.8 9%。对于高污染物浓度,PFC对浊度的平均去除率明显高于其他混凝剂，可达到8 9.2 8%。5种混凝剂对COD。r 的水质指标浊度CODerTNTP2.2混凝剂投加量对雨水径流污染物削减率的影响混凝法削减雨水径流污染物实验研究选取13、17、2 6、3 5、44m g/L 等5种混凝剂投加量，在不同混凝剂投加量条件下，雨水径流污染物去除效果如图1、图2、图3 所示。由图1、图2、图3 可知,对低、中、高污染物浓度水平,随着混凝剂投加量的增加,5种混凝剂对浊度的削减率也随之增加,投加量为44mg/L时达到最大，分别为9 5.0 9%、8 6.3 8%、9 4.45%、9 0.3 9%、9 2.7 7%，93.37%、9 3.59%、9 7.0 1%、8 2.10%、9 7.9 7%,6 4.2 9%、44.39%、9 7.0 1%、51.7 0%、8 9.13%。对于低污染物浓度,PAS、PFC 及PFS对CODcr的削减率随着投加量的增加呈现逐步提高的趋势，当投加量是44mg/L时，分别达到8 1.2 5%、9 6.0 9%、8 2.6 6%，而PAC与PAFC对CODcr的削减率随着投加量的增加变化不显著,随着投加量的增加,PAC对于 TN的削减率先减小后增大，当投加量为2 6 mg/L时，仅有3 1.9 5%，PAS则随着投加量的增多而增高。当PFS投加量为13 mg/L时，对TN的去除率最大，达到6 0.9 6%，之后随着投加量58平均削减率排序为PFCPACPAFCPFSPAS,其中PFC对CODcr的最低去除率达到了7 2.7 1%，而PAS只有12.3 0%，相差6 0.41%，t检验两者差异显著。对于TN 的平均削减率,PASPFSPACPAFCPFC。PA C、PFC及PFS对TP的平均去除率均超过了70%,分别为7 4.53%、7 0.3 6%、7 4.9 6%。对低、中、高污染物浓度水平,PFC对浊度、COD。及TP的综合平均削减率均高于另外4种混凝剂。对于低浓度TN的去除率,PAFC要明显优于其它混凝剂,而PFS受污染物TN浓度的影响较小,削减率稳定，抗负荷冲击能力强。表2 不同混凝剂类型污染物平均削减率Tab.2 Average reduction rate for pollutants of different coagulant types污染物浓度水平低中高低中高低中高低中高不同混凝剂类型的污染物平均削减率/%PACPAS76.2664.0072.8973.1651.8335.2573.4175.8356.7876.8735.0412.3045.0470.2214.6316.3739.6745.9474.7153.5543.3448.3374.5363.06增大逐渐较小。随着投加量的增加,PAC对于TP的削减率先增大后减小，当投加量为2 6 mg/L时,达到88.82%，其余4种混凝剂对TP的去除率总体趋势随着投加量的增加而增大。对于中污染物浓度,PAS与PFC对CODr的削减率随着投加量增大呈现逐步增加的趋势。当投加量为13 mg/L时,PAC 与PFS对CODcr的去除率最大，分别为6 5.2 2%、8 1.8 8%,其后变化不明显，当投加量为13 mg/L时,PAC与PAFC对于TN的削减率最低，分别只有10.8 5%、12.3 1%，对于TP的去除率,5种混凝剂的总体趋势是随着投加量的增加而增大。对于高污染物浓度,PAC与PAFC对CODcr的削减率随着投加量的增大而增加。PAS在投加量为2 6 mg/L时,CODe的去除率最低仅为3.2 7%，当投加量为13 mg/L时,PFC对TN的削减率只有6.8 4%，而其余4种混凝剂随投加量变化幅度较小。对于TP的去除率,PAC、PA S、PFC、PFS随着投加量的增加呈现逐步增大的趋势。PFC90.2389.2889.2883.0172.7172.7124.6223.5523.5578.5470.3670.36PFS66.0161.6246.1379.1259.6217.8745.1741.3643.6152.6376.8974.96PAFC90.8892.1769.3878.2160.5424.3976.0821.0639.0045.1159.2947.1910080%/率源6040200010080%/率源O060402000Fig.1Change rule of the reduction rate for low concentration pollutants of diferent coagulant types with the dosage100+PAC8072PAS%/率卿源O60PEC40PFS20-*PAFC001020304050混凝剂投加量/mgL-15040%/率独源NL30201000Fig.2Change rule of the reduction rate for medium concentration pollutants of different coagulant types with the dosage10080%/率微源604020008064%/率独源NL48321600Fig.3 Change rule of the reduction rate for high concentration pollutants of different coagulant types with the dosage80+PAC64%/率独源NL-PASPECPFS-*PAFC1020304050混凝剂投加量/mgL-l+PAC-PASPECPFS-*PAFC1020304050混凝剂投加量/mgLl图1不同混凝剂类型对低浓度污染物的削减率随投加量的变化规律+PAC304050混凝剂投加量/mgL-1100+PACPAS+PECPFS*PAFC1020304050混凝剂投加量/mgL-l图2不同混凝剂类型对中浓度污染物的削减率随投加量的变化规律PAC-PAS+PEC.PFS-*-PAFC1020304050混凝剂投加量/mgL-1+PAC-PAS+PECPFS-*PAFC102030 4050混凝剂投加量/mgL-1图3不同混凝剂类型对高浓度污染物的削减率随投加量的变化规律PAC-PAS48PEC32PFS16-*PAFC001020304050混凝剂投加量/mgL19072%/率源L5436180010 20304050混凝剂投加量/mgL-1905436180080%/率源L604020001020304050混凝剂投加量/mgL-110080604020001020304050混凝剂投加量/mgL-1100%/率激源dL806040200010 20304050混凝剂投加量/mgL-l-PAC-PAS-PECPFS*PAFC-PASPECPFS-*-PAFC1020-PACPAS-PECPFS*PAFCPAC-PASPECPFS-*-PAFC+PAC-PASPECPFS-*PAFC592.3污染物浓度对雨水径流污染物削减率的影响由表2 和图1、图2、图3 可得,对于浊度的平均削减率,PAC与PFS 随着污染物浓度的升高而减小。污染水平为中浓度时,PAS与PAFC对浊度的平均去除率最高，分别是7 3.16%、9 2.17%。PAC、PFS及PAFC对CODcr的平均削减率随着污染物浓度的增加而降低。污染水平为中浓度时,PAS对CODcr的去除率最高为7 6.8 7%。对于TN的平均削减率，当污染物水平为中浓度时，PAC、PA S、PFS、PA FC 最小，分别为14.63%、16.3 7%、41.3 6%、2 1.0 6%。污染水平为中浓度时,PAC与PAS 对TP的去除率最低,而PFS与PAFC最高。在低污染物浓度情况下,PFC对4种污染物的削减率均为最大，而中浓度与高浓度下的去除率完全相同。混凝法处理进水低污染浓度的雨水径流，其出水CODer、T N、T P平均浓度均高于地表水环境质量标准(GB3838-2002)中IV类地表水标准,分别为14.13 mg/L、1.29 mg/L、0.0 7 m g/L,且 CODer与 TP分别达到了 I类、II类地表水标准,相较城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中一级A标准更优。3结论对于低、中、高污染浓度水平的雨水径流污染物，混凝法具有良好的削减效率，浊度、CODer、T N、T P的综合平均削减率分别为7 1.2 3%、58.56%、3 7.9 9%、62.19%。处理进水低污染浓度的雨水径流，其出水CODcr、T N、T P平均浓度均高于地表水环境质量标准(GB3838-2002)中 IV类地表水标准,分别为14.13 mg/L、1.29mg/L、0.0 7 m g/L,且 CODer与TP分别达到了I类与II类地表水标准，相较城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中一级A标准更优。对于低、中、高污染物浓度水平,PFC对浊度、CODcr、T P的综合平均削减率均高于另外4种混凝剂。对于低浓度TN的去除率,PAFC要明显优于其他混凝剂,而PFS受污染物 TN浓度的影响较小,削减率稳定，抗负荷冲击能力强。随着混凝剂投加量的增加,5种混凝剂对浊度的削减率也随之增大,投加量为44mg/L时达到最大,分别为9 5.0 9%、8 6.3 8%、9 4.45%、9 0.3 9%、9 2.7 7%，93.37%、9 3.59%、9 7.0 1%、8 2.10%、9 7.9 7%,6 4.2 9%、44.39%、9 7.0 1%、51.7 0%、8 9.13%。不同混凝剂类型对CODcr、T N、T P的去除率随投加量的变化差异显著。参考文献：1】杨栩,尤学一，季民.城市绿地对雨水径流污染物的削减作用 J土木建筑与环境工程,2 0 12,3 4（S1）：1-6.2倪艳芳.城市面源污染的特征及其控制的研究进展J.环境科学与管理,2 0 0 8,3 3(0 2):53-57.3杨棚，尤学一，季民.天津城市绿地土壤水分特征曲线模型及参数确定 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