透水砖铺装雨水净化效果的系统性研究 ——以道路雨水径流为例.pdfVIP

透水砖铺装雨水净化效果的系统性研究 ——以道路雨水径流为例.pdf

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摘 要 作为典型的低影响开发(LID)技术,透水砖铺装系统在调节径流和削减污染两个方面 均起到了重要作用,得到了较为广泛的应用。但相对于生物滞留池和植草沟等其他低影响 开发技术,由于缺少植物协同作用,透水砖铺装去污性能相对较差,使得系统实用性有所 降低。鉴于此,为进一步提高透水砖铺装去污效果,提高透水砖铺装的其实用性,开展透 水砖铺装系统对雨水径流净化效果的系统性研究很有必要。 首先,进行三种透水砖材料的静态吸附实验,考察砖体颗粒材料对污染物的吸附效果, 而后进行透水砖动态污染物消减效果实验,研究透水砖对污染物的过滤效果,并结合砖体 颗粒材料的静态吸附效果,探究透水砖的去污机理。结果表明:透水砖颗粒材料对 TP、 Cu、Zn 、Pb 均有不同程度的吸附作用;透水砖材料均会出现不同程度的 NH4+-N 、TN 与 COD (钢渣透水砖除外)释放现象。透水砖的物理截留在SS 过滤过程中起着关键作用, TP、重金属容易吸附在悬浮颗粒上,伴随着 SS 的过滤而去除。透水砖对溶解性污染物如 COD、NH4+-N 和 TN 的过滤去除性能不及 SS,TP 和重金属,这主要是由于两个原因: ①可溶性物质难被砖体吸附截留;②砖体材料本身也存在污染物释放。 其次,考察透水砖铺装去污效果的外在影响因素,进一步探讨透水砖的去污禀赋和清 洗特点。结果表明:污染物浓度对 SS、TP、COD、Cu、Zn 、Pb 的去除效果影响不大; 而对去除率较低的污染物 NH4+-N 、TN 影响较大。降雨强度对 SS、TP、Cu、Zn 、Pb 的 去除率影响不大,而 NH4+-N 、TN 和 COD 的去除率随降雨强度的增加而显著降低。对于 透水砖容易去除的污染物(SS、TP、Cu、Zn 、Pb )在清洗过程中不易被冲刷出,难去除 的污染物(COD、TN 、NH4+-N )在清洗过程容易被冲刷出。 再次,针对透水砖铺装基层去污效果相对较差的问题,引进了一种新型框架基层透水 砖铺装,并评估框架基层作为透水砖铺装基层可行性。结果表明:3-5mm 碎石框架基层 去除污染物较水泥混凝土块状基层透水砖铺装稍差,但出水 pH 值较低,可以满足地表水 环境质量标准要求;框架基层中碎石粒径越小,系统对大多数常规污染物的去除效果越好, 3-15mm 级配碎石与 3-5mm 颗粒的小碎石净化效果基本一致;更换沸石、火山岩与铁屑 具有进一步提高出水水质的潜质。框架基层具有施工方便、减少出水碱性环境优点,通过 减小填料粒径或者更换功能性填料,可进一步提高出水水质,因此,“井”字型框架结构作 为透水砖铺装基层具有可行性。 从次,通过改变框架基层中填料类型,揭示不同填料在污染物去除中的作用及机理, 确定填料的去污增效,进一步明确框架基层可行性。结果表明:不同填料框架基层透水砖 铺装对 SS 和 TP 的去除率较高,富含 Ca2+ 、Mg2+ 、Al3+ 、Fe2+ 、Fe3+填充物的化学吸附也 是有效的除磷方式,沸石对 NH4+-N 有较强的吸附作用,铁屑能有效地降低 NO3--N ,富 含 Fe O 的火山岩与煤渣对 COD 有较好的吸附作用,不同填料基层透水砖铺装对径流中 2 3 重金属 Cu、Zn 、Pb 有较好的去除效果,但总体去除效果较好。系统在 120min 模拟初期 雨水过滤过程中,系统降解溶解性污染潜能略有下降,填料层运行总体稳定且控污增效明 显,后期可以通过更换内部填充物进行维护与管养。 最后,针对透水砖铺装表层透水砖容易堵塞,以及恢复措施缺少针对性的问题,以陶 瓷透水砖为考察对象,研究透水砖在雨水渗透过程中的堵塞规律与机理,并探讨不同恢复 i 方式对其透水性能的影响。结果表明:透水砖的渗透系数随堵塞溶液体积增长呈现指数衰 减趋势;堵塞主要发生在透水砖的上层(1.0cm)内,其中 0.5-1.0mm 的孔径受堵塞过程 的影响最大;透水砖对大、小直径的颗粒均有一定的截留。以高压水洗为主体的一种或组 合清洗工艺恢复效果较好;高压水洗的操作条件表明,湿润状态下或雨后清洗恢复效果更 好;在堵塞不严重情况下,增加清洗频率,合理的增加清洗时长能够达到较好的恢复效果。 本研究能为透水砖铺装的推广应用、维护管养提供有效的技术支持。 关键字:透水砖铺装;径流污染物;框架基层;堵塞规律;恢复措施 ii

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