面源污染吸附過濾網(wǎng)膜系統(tǒng)的保土抗沖刷性能研究

面源污染吸附過濾網(wǎng)膜系統(tǒng)的保土抗沖刷性能研究

長期以來，在降水和灌溉過程中，污染物通過耕地地表徑流、耕地排水和地下滲透進(jìn)入附近水域，導(dǎo)致水體污染，農(nóng)業(yè)面源污染日益突出。生態(tài)護(hù)坡是一種兼具水利及生態(tài)的水利生態(tài)系統(tǒng)1材料和方法1.1系統(tǒng)設(shè)計模型面源污染吸附攔截網(wǎng)膜系統(tǒng)構(gòu)建的主要內(nèi)容包括:駁岸、河湖底泥清理、底部濾層鋪設(shè)、攔截格室安裝固定、種植基質(zhì)回填、水生植物種植、濱岸帶整理等內(nèi)容,系統(tǒng)設(shè)計模型如下圖1所示。試驗過程中,采用單個試驗范圍初定為5m×5m的駁岸。在駁岸清理過程中,分別將駁岸清理成一定坡度(1:1.5、1:2和1:2.5),然后在整理好的駁岸上人工鋪設(shè)濾層,同時將土工布(200g/m1.2保土抗沖刷性能測定(1)保土防沖性能測試。試驗過程采用人工模擬降雨方式,降雨強(qiáng)度為50mm/h。考查系統(tǒng)在不同坡度(1:1.5、1:2和1:2.5)以及不同巢室填料(植被、沙土和骨料)條件下的保土抗沖刷性能。考查指標(biāo)為試驗單元的泥土沖刷量M式中:M——泥沙干質(zhì)量;m式中:W——單位時間單位面積泥土沖刷量,即泥土侵蝕模數(shù),單位g/(m(2)面源污染凈化性能測試。采用人工模擬污水,考查面源污染吸附攔截網(wǎng)膜系統(tǒng)對總磷(TP)、氨氮(NH2結(jié)果與討論2.1不同坡比下侵蝕模量的變化分別考查面源污染吸附攔截網(wǎng)膜系統(tǒng)在不同坡度條件下的侵蝕模量,試驗設(shè)計坡度為21.8°、26.6°和33.7°,三種設(shè)計坡度分別對應(yīng)水利工程中常見的坡比1:1.5、1:2和1:2.5;在人工降雨強(qiáng)度為50mm/h條件下,歷時30min,計算不同坡比條件下的侵蝕模量,結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出,鋪設(shè)有格室的坡面對比裸土坡面而言,坡比為1:1.5和1:2的坡面其侵蝕模量的減少程度約為30%;坡比為1:2.5的坡面其侵蝕模量的降低程度達(dá)到了45%。說明在不影響施工的情況下,坡比越小,越有利于土工格室的保土抗沖刷性能的發(fā)揮。在降雨強(qiáng)度相同的情況下,坡面在同等時間內(nèi)所接收到的雨量也在減少;然而隨著坡比的增大,坡面上的水流以及泥沙受重力的影響越大,其水流加速度將增大,單位流量水流的搬運能力將得到增強(qiáng)。因此,在坡比從1:2減小為1:2.5時,坡面的受雨面積增大,但坡面流速減小,坡面流速減小起主要作用,沖刷量減小;反之,坡比從1:2增大至1:1.5時,沖刷量同樣減小。綜合考慮,本試驗的最佳坡比為1:2.5。2.2不同基質(zhì)保土抗沖刷性能在最佳抗侵蝕坡比(1:2.5)條件下,分別考查不同種植基質(zhì)巢室坡面保土防沖刷性能。試驗采用人工模擬降雨方式考查不同巢室的保土防沖刷性能。降雨強(qiáng)度為50mm/h,降雨總歷時為30min,每5分鐘一個時段,測定不同時間段內(nèi)的泥土沖刷量,試驗結(jié)果如圖3所示。三種種植基質(zhì)填料巢室的保土抗沖刷性能都優(yōu)于裸土,說明巢室的設(shè)置有助于駁岸的保土抗沖刷性能的提升。同時,在三種填料基質(zhì)中,植被巢室表現(xiàn)出最優(yōu)異的保土抗沖刷性能,5min沖刷量僅為裸土的20.99%,30min沖刷量也僅為裸土的47.28%,優(yōu)于沙土的58.60%和骨料的68.53%。同時,試驗過程中同時考查了植被巢室在長時間徑流條件下的保土抗沖刷性能,同樣采用人工模擬降雨的方式,降雨強(qiáng)度為50mm/h,測試時間為48h,測試結(jié)果如圖4所示。植被巢室長時間保土抗沖刷性能遠(yuǎn)優(yōu)于裸土駁岸,48h內(nèi),植被巢室的累積泥土沖刷量為裸土駁岸的42.6%~46.4%。2.3面源污染的去除效果采用表1所示的模擬配水進(jìn)行面源污染吸附攔截網(wǎng)膜系統(tǒng)的污染凈化性能測試。在試驗單元坡頂設(shè)置布水器,出水口與植被巢室上端平齊,以便出水能均勻布施到系統(tǒng)中,進(jìn)水流量為0.5t/h。每試驗總時長為12h,每隔2h測定一次出水水質(zhì),結(jié)果如圖5所示。經(jīng)過面源污染吸附攔截網(wǎng)膜系統(tǒng)的凈化,污水中的COD、氨氮及總磷具有一定程度的降低,但是去除效果還有待加強(qiáng)。其中COD的去除率由53.71%緩慢升至63.22%,而氮磷的去除效果有所不足,氨氮的去除率由15.39%升至52.02%,而TP的去除率僅從15.38%升至41.49%。究其原因,可能是系統(tǒng)構(gòu)建時間較短,植被基質(zhì)中微生物還處于生長過程,而種植的植物根系也有待發(fā)展,導(dǎo)致系統(tǒng)對氮、磷以及有機(jī)物的去除效果欠佳。另外,工程實驗結(jié)果表明土工格室護(hù)岸的植被生長良好,植被茂密;而裸土的植被生長相對差些,植被生長較為稀松。這是因為有土工格室的坡面保護(hù)了坡面草種不被雨水沖走為草種生長提供有利條件;而裸坡在降雨與坡面流的沖刷侵蝕下,坡面遭受破壞,且草種被沖走使得坡面不能形成茂密的植被。3基質(zhì)巢室保土抗沖刷性能面源污染吸附攔截網(wǎng)膜系統(tǒng)采用新型高分子納米復(fù)合合金PCA攔截格室,構(gòu)建植被基質(zhì)巢室