渗滤结构对道路径流污染的净化机理研究

发布时间：2020-08-12 08:34

【摘要】：随着我国城市化进程不断深入,大量天然透水地面被密实型道路铺装代替,由于受到大气沉降、垃圾累积、油分渗漏等影响,路面径流污染已成为面状污染的主要来源之一。路面径流中大部分污染物被携带排入天然水体或土壤,造成了严重的水体与土壤的污染。因此,对路面径流污染的有效控制已成为道路生态化建设亟待解决的重要问题。在综合对比多种径流污染处治措施的基础上,认为透水性铺面、生态滤沟等原位径流污染处治技术是路面径流污染控制的有效措施。因此,本文以道路路面、边沟等为结构模块,选用应用范围广、使用灵活且净化效果好的松散颗粒净化层和透水混凝土(合称为“渗滤结构”)为研究对象;在路面径流水质调研的基础上,研究了渗滤结构的材料、结构以及水力参数对其净化路面径流污染效果的影响;通过多种测试手段深入分析了渗滤结构的净化机理,并探究了其阻滞路面径流污染的长效机制。对扬州市典型路面径流调研分析表明,路面径流污染严重,初期冲刷效应明显,在交叉口与大量行人活动附近表现出污染富集现象;通过对路面径流污染物赋存状态分析和粒度分析表明去除悬浮颗粒物是治理路面径流污染的有效途径;并确定了悬浮颗粒物主要粒度范围,对该粒径范围内的悬浮颗粒物进行处治会使得路面径流污染的净化更加有效。通过对5种材料、3种铺装厚度(10cm、20cm、30cm)、3种材料粒径(1～3mm、3～6mm、6～8mm)的松散颗粒净化层渗滤试验研究发现,不同的松散颗粒净化层对径流污染物的净化效果各不相同,5种松散颗粒净化层综合净化能力排序为:沸石矿渣火山岩陶粒硅藻土;针对不同径流污染物推荐了松散颗粒净化层铺装厚度与材料粒径大小;采用模糊综合评价法推荐了适用于不同路面径流污染类型的材料组合形式。通过对透水混凝土基本性能测试和渗滤试验研究,建立了透水混凝土抗压强度、渗透系数和污染物净化率与空隙率的关系模型;并提出了一种基于减少径流量的透水混凝土空隙率计算方法;兼顾抗压强度、透水性和净化效果,确定其空隙率为20%左右。通过对渗滤结构净化前后径流水样粒度分析发现,粒度分布主要有三点区别,(1)粒径范围的改变;(2)峰形特征的改变;(3)最频粒径的减小;且发现松散颗粒净化层和透水混凝土分别对粒径范围在161～800μm和417～800κm的悬浮颗粒物截留效果最佳。对松散粒状材料微观图像观测及元素分析结果表明,沸石和硅藻土对悬浮颗粒物的去除以结构空隙截留为主,火山岩、陶粒、矿渣则是其本身的孔隙吸附和结构空隙截留共同作用完成的;5种松散粒状材料对TN、TP、Zn和Pb的吸附效果与渗滤试验结果相符。对渗滤结构的长模拟周期渗滤试验研究结果表明,渗滤结构的渗透系数与污染物净化率基本呈现负相关关系;渗滤结构堵塞过程可分为““快速阻塞”、“阻塞部分恢复”和“渐进阻塞”三个阶段,净化过程可分为“净化能力快速提升”、“净化能力缓慢提升”和“净化能力缓慢下降”三个阶段;并以渗透系数为主参考值,污染物净化率为次参考值提出了确定渗滤结构最佳清理时间点的方法;松散颗粒净化层和透水混凝土分别在表层以下30～70mm和0～30mm空隙堵塞最为严重。本文研究成果对更好地发挥渗滤结构的生态功能,推动路面径流污染原位控制技术的发展,缓解当前严峻的路面径流污染问题提供理论基础。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52
【图文】：

路面径流,雨水收集

２．２．１采样点与采样方法逡逑经过现场考察和实地对比，选定江苏省扬州市润扬南路路肩四处雨水口处为径流雨水逡逑采样点。采样点布设见图２．１。降雨径流形成时间为第一个采样时间点，记为Ｏｍｉｍ而后逡逑根据降雨类型，分别在第３、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０ｍｉｎ时四个采样点同时进逡逑行采样。径流水样封存在样品瓶中待检，见图２．２。逡逑为了对路面径流中携带的大量污染物质的评估和计算，更好地反映整个单次降雨事件逡逑中污染物的总体水平，引入次径流平均浓度（Ｅｖｅｎｔ邋Ｍｅａｎ邋Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ简称ＥＭＣ），ＥＭＣ逡逑的计算方法为整个降雨事件中排放的总的污染物量除以对应的总径流量。采样方法是在相逡逑同的时间间隔从水样收集口收集相同体积的径流雨水倒入储水桶中，在预定时间范围内收逡逑集完毕后将储水桶中的水样混匀，此时从储水桶中随机取得的水样便可近似认为是该时段逡逑内采样点路面径流雨水的ＥＭＣ值。逡逑图２．１路面径流雨水采样点逡逑图２．２路面径流雨水收集逡逑

污染物浓度,路面径流,雨水径流,降雨历时

图２．３不同路面径流污染物浓度随径流历时的变化规律逡逑在时间分布上，随着降雨历时的推移，雨水径流污染物浓度也在改变，其变化规律如逡逑图２．３，由此可见，除ＣＯＤ和Ｐｂ以外，在降雨历时前２０分钟内，亦是在降雨强度增长逡逑的阶段，各主要污染物的浓度较高，初期冲刷效应明显。随降雨历时的推移呈现总体下降逡逑的趋势，这主要是因为随着雨水径流的冲刷，路面累积的污染物逐渐混入雨水，随雨水径逡逑流被带走。部分污染物在后期浓度呈现增长趋势，这主要是因为：第一，降雨减小，径流逡逑污染物浓度增加；第二，由于降雨过程中，继续受到行人、行车的影响，有新的污染物纳逡逑入，导致后期雨水污染物浓度增加。逡逑在空间分布上，可以看到处于道路交叉口的采样点１和高校校门前采样点３的大部分逡逑污染物的浓度要高于其他两个采样点，这主要因为这两处的道路受行人、行车干扰最大，逡逑人类活动、行车尾气、轮胎磨损等会带来大量的污染物及交通垃圾。逡逑２．３．２路面径流污染物赋存状态分析逡逑路面径流污染物赋存状态可分为悬浮颗粒态（＞０．４５ｎｍ）与溶解态（＜０．４５ｎｍ）

激光粒度分布,路面径流,粒度表征,工作界面

逦Ｚｎ逦Ｐｂ逡逑图２．４路面径流污染物固液相比重逡逑２．３．３路面径流污染物粒度分析逡逑粒径是颗粒物研宄中的重要参数，不同的粒径的颗粒物其特征不尽相同。粒径的研宄逡逑是对颗粒大小分布，粒度范围分析的基础，是表征颗粒系统、粒流两相系统中颗粒几何尺逡逑寸姐成的最有效手段，在区分净化程度、判定物质输运方式、判别水动力条件和分析粒径逡逑趋势等方面具有重要作用，也是基于粒度尺度开展渗滤结构净化路面径流污染研究的主要逡逑参考。因此本文采用ＢｅｔｔｅｒｓｉｚｄＯＯＯＢ激光粒度分布仪对路面径流水样进行了粒度分析，逡逑仪器及其工作界面见图２．５和２．６。激光粒度分布仪的工作原理、粒径分布理论及表征参逡逑数在第５章详细介绍。逡逑ｖ邋：；邋ＰＳＨＰＩＢＩＩＰＩＲＭＩＢＩＩＶＮＩＭＢ逡逑Ｉ逦￣邋１逡逑逦邋ＢｉｉＳｗ邋▲？取邋各逦１逦＊？？Ｉ｜Ｂ＞Ｍｕｒ逡逑：：：：＝＝：逦「，‘雷邋Ｉ逡逑一邋逡逑图２．５激光粒度分布仪逦图２．６激光粒度分布仪工作界面逡逑表２－３路面径流污染物粒度表征参数逡逑体积平均径（｜ｉｍ）逦比表面积（ｍ２／ｇ）邋中位径Ａ。（ｎｍ）逦ｄ＼0邋（（ａｍ）逦ｄｇ0邋（＾ｍ）逡逑２３４．５逦０．０２１逦２１０．５逦７８．８２逦４３０．１逡逑由于实际路面径流的颗粒污染物进行初步筛分后，发现粒径大于８００叫１的颗粒污染逡逑物含量极小

【参考文献】