建筑垃圾用于雨水渗滤设施的控污效能与机制研究

发布时间：2020-04-02 23:52

【摘要】：随着城市化进程的不断加快,不透水区域的增加给城市排水系统带来比较大的压力,建筑垃圾作为城市拆卸建筑的主要产物,不但占据了大量的土地资源,同时对城市的生态环境带来较大的污染风险。目前,一些研究发现建筑垃圾对某些污染物具有一定的去除效果,表明建筑垃圾在水处理领域具有一定的应用潜力。海绵城市中的渗滤设施是比较常用的一种雨水处理与收集的手段,渗滤设施填料一般为土、砾石、砂子等组合而成,将建筑垃圾用于渗滤设施中具有一定的可行性。对于建筑垃圾去除污染物的主要机理及其应用的可行性研究仍处于探索过程。本研究通过动态柱实验模拟建筑垃圾用于雨水渗滤设施中对重金属以及常规污染物的去除效果及机制研究,旨在考察建筑垃圾用于雨水渗滤设施中的水力条件以及用于雨水渗滤设施中的可行性,为建筑垃圾的资源化提供方向及降低渗滤设施的建设成本。通过建筑垃圾对污染物的去除效果研究,结果表明:(1)通过灰砂砖去除雨水中金属Cu~(2+)的去除效果研究中发现:床层高度、停留时间及初始浓度对Cu~(2+)的去除均有一定的影响,通过响应曲面中Box-Behnken设计分析,表明初始浓度和停留时间对灰砂砖去除Cu~(2+)有显著影响,床层高度对Cu~(2+)的去除影响较小。连续萃取表明,铜在灰砂砖中的不同形态为:有机结合态铁锰氧化态碳酸盐结合态残渣态可交换态。砖中的铁锰氧化态、残渣态含量较多,说明吸附铜后的灰砂砖可降低生态毒性和生物利用度。(2)建筑垃圾去除雨水中常见污染物的动态柱实验的结果表明:北京建工资源循环利用投资有限公司的建筑垃圾(CW1)与许昌金科资源再生股份有限公司的建筑垃圾(CW2)对COD、TN和重金属的去除效果比较类似。两种建筑垃圾的出水pH均高于进水pH,且随着停留时间的增加出水pH值增大,但均符合地表水排放质量标准;两种建筑垃圾对NH_4~+-N的去除均随着停留时间的增加而增大,在系统的运行过程中CW1比CW2更加稳定;在TP的去除过程中,在较低的停留时间下,CW1比CW2的去除率高且更加稳定;两种建筑垃圾对不同重金属(Cu~(2+)、Zn~(2+)和Mn~(2+))的去除效果相似,均随着停留时间的增大去除效果越好,对Cu~(2+)和Zn~(2+)均具有较好的去除。微生物16S测序结果中发现建筑垃圾表面存在大量变形杆菌、拟杆菌、放线菌等脱氮除磷菌属,不同建筑垃圾在不同停留时间条件下既存在一定的相似性,同时也存在一定的差异性。(3)在建筑垃圾用于人工模拟的雨水渗滤设施中发现:在不同系统中均存在污染物的释放现象,在添加建筑垃圾的结果中COD、NH_4~+-N、Zn~(2+)和Pb~(2+)的量比未添加建筑垃圾的结构的释放量少,而TN和Cr~(6+)的释放量较大;在研究渗滤设施对多种污染物的去除效果时发现,不同系统对NH_4~+-N和TP均具有较好的去除效果,而TN依然处于释放过程,不同系统均对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)和Pb~(2+)具有较好的去除效果,在添加砂的系统中会释放大量的Mn~(2+);在长期运行过程中,出水pH值均符合相关质量标准,建筑垃圾对NH_4~+-N、COD、TP、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)、Mn~(2+)和Pb~(2+)的去除效果均较好,随着时间的延长,建筑垃圾对TN的去除效果逐渐变好,但建筑垃圾对Cr~(6+)的去除效果稍差;通过微生物16S测序检测对比“土+砂+砾石”与“土+细砖+粗砖”结构中不同层的微生物的含量与种类,发现含有建筑垃圾的系统中含有较多的脱氮除磷菌属,说明含有建筑垃圾的系统中微生物对氮磷的去除作用更加明显。
【图文】：

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研究技术路线图

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图 2-1 实验装置示意图Fig.2-1. Schematic diagram of experimental setup铁锤将灰砂砖砸碎，并过 2 5 mm 细孔筛，从而得到颗粒态的填 1 mol/L 的硫酸中浸泡 3 天，目的是为了除去灰砂砖表面的杂质碱现象，浸泡期间不时搅拌。然后用超纯水洗至中性，备用。将实验柱内，并在实验柱底端和顶端分别放置一层玻璃棉，以保证验柱体。柱内填料的孔隙率约为 50.03%。距实验柱底分别为 5 cm置取样口，主要研究铜离子在柱中的迁移规律。并通过 Adams 去除 Cu2+的突破曲线。进水浓度选择 0.5 mg/L、1.0 mg/L 和 2.0 m 8 min、10 min 和 12 min。停留时间符合部分雨水渗滤设施的要BD）分析床层高度、停留时间与进水初始浓度对铜离子的去除效砖吸附 Cu2+的再释放情况与风险评估。床层深度的影响，在 5、10、15 和 20 cm 高度处测出水 Cu2+的浓Cu2+溶液以对应于 10 min 停留时间的流速加入到柱中。以不同的时
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X52;X799.1

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