面源污染吸附过滤网膜系统的保土抗冲刷性能研究

面源污染吸附过滤网膜系统的保土抗冲刷性能研究

长期以来，在降水和灌溉过程中，污染物通过耕地地表径流、耕地排水和地下渗透进入附近水域，导致水体污染，农业面源污染日益突出。生态护坡是一种兼具水利及生态的水利生态系统1材料和方法1.1系统设计模型面源污染吸附拦截网膜系统构建的主要内容包括:驳岸、河湖底泥清理、底部滤层铺设、拦截格室安装固定、种植基质回填、水生植物种植、滨岸带整理等内容,系统设计模型如下图1所示。试验过程中,采用单个试验范围初定为5m×5m的驳岸。在驳岸清理过程中,分别将驳岸清理成一定坡度(1:1.5、1:2和1:2.5),然后在整理好的驳岸上人工铺设滤层,同时将土工布(200g/m1.2保土抗冲刷性能测定(1)保土防冲性能测试。试验过程采用人工模拟降雨方式,降雨强度为50mm/h。考查系统在不同坡度(1:1.5、1:2和1:2.5)以及不同巢室填料(植被、沙土和骨料)条件下的保土抗冲刷性能。考查指标为试验单元的泥土冲刷量M式中:M——泥沙干质量;m式中:W——单位时间单位面积泥土冲刷量,即泥土侵蚀模数,单位g/(m(2)面源污染净化性能测试。采用人工模拟污水,考查面源污染吸附拦截网膜系统对总磷(TP)、氨氮(NH2结果与讨论2.1不同坡比下侵蚀模量的变化分别考查面源污染吸附拦截网膜系统在不同坡度条件下的侵蚀模量,试验设计坡度为21.8°、26.6°和33.7°,三种设计坡度分别对应水利工程中常见的坡比1:1.5、1:2和1:2.5;在人工降雨强度为50mm/h条件下,历时30min,计算不同坡比条件下的侵蚀模量,结果如图2所示。从图2中可以看出,铺设有格室的坡面对比裸土坡面而言,坡比为1:1.5和1:2的坡面其侵蚀模量的减少程度约为30%;坡比为1:2.5的坡面其侵蚀模量的降低程度达到了45%。说明在不影响施工的情况下,坡比越小,越有利于土工格室的保土抗冲刷性能的发挥。在降雨强度相同的情况下,坡面在同等时间内所接收到的雨量也在减少;然而随着坡比的增大,坡面上的水流以及泥沙受重力的影响越大,其水流加速度将增大,单位流量水流的搬运能力将得到增强。因此,在坡比从1:2减小为1:2.5时,坡面的受雨面积增大,但坡面流速减小,坡面流速减小起主要作用,冲刷量减小;反之,坡比从1:2增大至1:1.5时,冲刷量同样减小。综合考虑,本试验的最佳坡比为1:2.5。2.2不同基质保土抗冲刷性能在最佳抗侵蚀坡比(1:2.5)条件下,分别考查不同种植基质巢室坡面保土防冲刷性能。试验采用人工模拟降雨方式考查不同巢室的保土防冲刷性能。降雨强度为50mm/h,降雨总历时为30min,每5分钟一个时段,测定不同时间段内的泥土冲刷量,试验结果如图3所示。三种种植基质填料巢室的保土抗冲刷性能都优于裸土,说明巢室的设置有助于驳岸的保土抗冲刷性能的提升。同时,在三种填料基质中,植被巢室表现出最优异的保土抗冲刷性能,5min冲刷量仅为裸土的20.99%,30min冲刷量也仅为裸土的47.28%,优于沙土的58.60%和骨料的68.53%。同时,试验过程中同时考查了植被巢室在长时间径流条件下的保土抗冲刷性能,同样采用人工模拟降雨的方式,降雨强度为50mm/h,测试时间为48h,测试结果如图4所示。植被巢室长时间保土抗冲刷性能远优于裸土驳岸,48h内,植被巢室的累积泥土冲刷量为裸土驳岸的42.6%~46.4%。2.3面源污染的去除效果采用表1所示的模拟配水进行面源污染吸附拦截网膜系统的污染净化性能测试。在试验单元坡顶设置布水器,出水口与植被巢室上端平齐,以便出水能均匀布施到系统中,进水流量为0.5t/h。每试验总时长为12h,每隔2h测定一次出水水质,结果如图5所示。经过面源污染吸附拦截网膜系统的净化,污水中的COD、氨氮及总磷具有一定程度的降低,但是去除效果还有待加强。其中COD的去除率由53.71%缓慢升至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的去除率仅从15.38%升至41.49%。究其原因,可能是系统构建时间较短,植被基质中微生物还处于生长过程,而种植的植物根系也有待发展,导致系统对氮、磷以及有机物的去除效果欠佳。另外,工程实验结果表明土工格室护岸的植被生长良好,植被茂密;而裸土的植被生长相对差些,植被生长较为稀松。这是因为有土工格室的坡面保护了坡面草种不被雨水冲走为草种生长提供有利条件;而裸坡在降雨与坡面流的冲刷侵蚀下,坡面遭受破坏,且草种被冲走使得坡面不能形成茂密的植被。3基质巢室保土抗冲刷性能面源污染吸附拦截网膜系统采用新型高分子纳米复合合金PCA拦截格室,构建植被基质巢室