CN111579451A - 一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法 - Google Patents

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张晋华
胡雯娟
张志勇
刘海琴
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    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C2101/00—In situ

Abstract

本发明公开了一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，包括如下步骤：取秸秆生物炭按质量比添加至土壤混合搅拌均匀；将含较高浓度氮磷的初期地表径流以流速淋入含生物炭的土壤，每隔三天重复一次；承接渗出液，计算径流在土壤中的入渗速率。本发明添加20％秸秆生物炭的土壤径流入渗速度达到270mL/min，相较于空白土壤提高22.7％。此方法将用于城市水体污染源头治理，替换原有硬质驳岸带，建立具有高效拦截入渗作用的新河岸带以减少初期地表径流携带氮磷等污染物入河，减少城市水体富营养化和黑臭现象，同时含有生物炭的土壤可为河岸带植物提供充足的营养成分促进植物的生长。

Description

一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法
技术领域
本发明涉及环境技术领域，具体的涉及一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法。
背景技术
城市初期地表径流冲刷携带固体和溶解性污染物汇入受纳水体造成城市非点源污染，同时也是城市水体污染的主要原因。目前，很多城市水体仍采用水泥砌筑的硬质驳岸带，但由此带来的水体环境污染问题不断出现，因其对污染源没有任何的拦截去除作用，导致污染物随部分生活污水、降雨初期地表径流等冲刷携带直接入河。为此我们需要改变原有的硬质驳岸带，寻找对污染物入河前具有拦截净化作用的新岸带来替换旧状。
生物炭，其优点在于来源广泛且多为废弃物再利用，在减少环境污染的同时还可以增加资源的多向利用。尤其是秸秆生物炭，我国是农业大国，每年都有大量作物秸秆被废弃在田间或直接焚烧，将作物秸秆制成生物炭加以利用不但解决了秸秆处理问题，还可在环境治理方面发挥优势作用。有研究发现生物炭可以延缓肥料养分释放，提高肥料利用率，降低土壤养分和肥料的流失，从而减轻农业面源污染。因此，在对城市面源污染控制的办法中，我们希望利用生物炭的吸附性能发挥更好的污染物去除效果。
河岸植被缓冲带被认为是截留转化地表径流污染物，减少受纳水体污染的重要且有效的手段，是结合土壤入渗作用、植被转化吸收作用以及微生物促进作用来对地表径流中氮磷等污染物进行去除。降雨初期地表径流具有流量大、流速快和携带污染物多的特点，而许多城市仍采用分流制排水系统，雨水不经处理直接入河，因此容易造成城市水体污染问题，采用土壤与植被结合的河岸缓冲带，不仅可以起到截留初期地表径流减少污染物入河的作用，也可增加河岸景观效果，美化城市环境。
本发明旨在增加河岸带土壤入渗功能，以增强河岸带对初期地表径流中氮磷等污染物的拦截去除效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可以提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，以此代替城市硬质驳岸带，形成新的具有拦截初期地表径流并减少污染物入河功能的新岸带。
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，包括如下步骤：
步骤1：将土壤干燥并过5mm筛，备用。
步骤2：取秸秆生物炭(含水率6.83％)按一定质量比添加至土壤，混合搅拌均匀后放入实验装置中；
步骤3：将含一定浓度氮磷的初期地表径流以一定的流速和流量淋入含有生物炭的土壤，每隔三天重复一次；
步骤4：计算含有生物炭的土壤入渗能力。
具体地，步骤1中，所述的土壤取自稻田耕种层。
具体地，步骤2中，所述的生物炭质量比为20％。
具体地，步骤3中，所述的地表径流为城镇地表径流，TN浓度为15mg/L,TP浓度为1.5mg/L，径流入渗量为5L(按每平方米河岸带可拦截径流量估算)，径流淋入速率为350mL/min。
具体地，步骤4中，地表径流TN、TP浓度参照滨湖城市居民集中居住区降雨初期地表径流检测数据，实验室模拟配置
本发明相对于现有技术相比，具有显著优点：
(1)本发明中使用的作物秸秆生物炭是一种环保材料，其具有发达的孔隙结构，因此具备较强的对污染物吸附能力。一定比例的生物炭加入土壤后，既可以改善土壤的理化性质，减小土壤容重，增加土壤空隙，也可以提高土壤截氮储磷的作用。
(2)本发明方法添加质量比为20％的生物炭可提高土壤入渗能力，径流在土壤中入渗速率为270mL/min，相较于空白土壤提高22.7％。土壤入渗是河岸缓冲带截留地表径流重要的一部分，此发明方法可以显著增加河岸缓冲带拦截地表径流的能力。
附图说明
图1是本发明方法实验过程中所用装置结构图。
图2是模拟河岸带实验布置图。
图3是不同生物炭比例土壤中径流入渗速率图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明方法所用装置如图1所示，本发明中所用模拟河岸带实验布置如图2所示。
实施例1
一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，生物炭添加质量比为20％，包括如下步骤：
(1)称取10kg干燥土壤和2kg秸秆生物炭，二者混合搅拌均匀后放入实验装置中并适当压实；
(2)将5L含TN浓度15mg/L，TP浓度0.5mg/L的初期地表径流以350mL/min的速度淋入土壤中，每隔三天重复一次；
(3)使用有刻度容器承接土壤渗出液，并计算径流入渗速率，最终入渗速率达270mL/min，如图3所示。
实施例2
一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，生物炭添加质量比为15％，包括如下步骤：
(1)称取10kg干燥土壤和1.5kg秸秆生物炭，二者混合搅拌均匀后放入实验装置中并适当压实；
(2)将5L含TN浓度15mg/L，TP浓度0.5mg/L的初期地表径流以350mL/min的速度淋入土壤中，每隔三天重复一次；
(3)使用有刻度容器承接土壤渗出液，并计算径流入渗速率，最终入渗速率达240mL/min；
实施例3
一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，生物炭添加质量比为10％，包括如下步骤：
(1)称取10kg干燥土壤和1kg秸秆生物炭，二者混合搅拌均匀后放入实验装置中并适当压实；
(2)将5L含TN浓度15mg/L，TP浓度0.5mg/L的初期地表径流以350mL/min的速度淋入土壤中，每隔三天重复一次；
(3)使用有刻度容器承接土壤渗出液，并计算径流入渗速率，最终入渗速率达230mL/min。
实施例4
一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，生物炭添加质量比为5％，包括如下步骤：
(1)称取10kg干燥土壤和0.5kg秸秆生物炭，二者混合搅拌均匀后放入实验装置中并适当压实；
(2)将5L含TN浓度15mg/L，TP浓度0.5mg/L的初期地表径流以350mL/min的速度淋入土壤中，每隔三天重复一次；
(3)使用有刻度容器承接土壤渗出液，并计算径流入渗速率，最终入渗速率达220mL/min。
以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。本发明方法此后将运用于实际工程中，以上内容均来自于模拟实验，实际工程将参照模拟实验数据比例进行一定的调整。

Claims (4)

1.一种提高土壤入渗能力用以截留城市初期地表径流的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将土壤干燥并过5mm筛，备用；
步骤2：取秸秆生物炭按质量比添加至土壤，混合搅拌均匀后放入模拟河岸带实验装置中；
步骤3：将含氮磷浓度较高的初期地表径流以一定流速的淋入含有生物炭的土壤，每隔三天进水一次。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的土壤取自稻田耕种层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述的生物炭添加质量比为20％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述的地表径流为城市初期地表径流，TN浓度为15mg/L,TP浓度为1.5mg/L，每次径流入渗量为5L(按每平方米河岸带可拦截径流量估算)，径流淋入时速率为350mL/min。
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