多孔轻质材料在直立式硬质护岸生态化改造中的应用

发布时间：2020-10-17 23:40

　　 河道护岸是水体与陆地的过渡带,承担着固定岸坡、为生物栖息提供场所的功能。由于人们对河道防洪排涝功能的片面认识,硬质护岸被广泛应用在城市各级河道中,导致了水体自净能力削弱及河流生态环境退化等问题。护岸生态化改造技术对河流水环境改善具有重要意义。多孔混凝土和泡沫陶瓷这两种轻质材料因价格便宜、制备工艺简单在河道护岸生态化改造方面具有广阔的应用前景。目前多孔混凝土和泡沫陶瓷的应用还局限于新建护坡或土坡改造,在直立式硬质护岸生态改造方面有应用潜力。通过材料强度、植生特性和净水效果的对比试验,得到泡沫陶瓷和多孔混凝土的最佳孔隙率与配合比。多孔混凝土试块最佳孔隙率为30%,最佳配合比为粒径10-20mm,水灰比0.3;泡沫陶瓷试块最佳孔隙率为40%,最佳配合比为孔隙直径1-2mm,造孔剂比0.25。在最佳孔隙率和配合比条件下进行护岸改造模拟实验,考察不同季节和不同流速条件下两种材料的表面生物膜结构和对水质的净化效果。结果表明:在水流流速为V=0.03 m/s时,生物膜形成波浪状结构和丝状结构,生物膜厚度和微生物菌落总数为776μm和3.42×10~8 CFU·mL~(-1),生物膜中的好氧、厌氧和缺氧细菌都发育良好,水中COD、NH_3-N、NO_3-N、TN和TP去除率为64.0%、67.7%、60.3%、65.1%和46.9%。春季时由于蓝藻的抑制作用,材料表面生物膜发育程度较低,生物膜厚度和微生物菌落总数分别为242μm和1.35×10~8 CFU·mL~(-1),水质改善效果差,COD、NH_3-N、NO_3-N、TN和TP去除率分别为35.6%、-6.5%、38.7%、1.2%和39.1%;夏季时生物膜生长情况优于春季,达到547μm和2.02×10~8 CFU·mL~(-1);秋季时材料表面微生物数量和群落多样性达到顶峰,为776μm和3.18×10~8 CFU·mL~(-1),水质改善效果达到一年四季中最佳,去除率分别为52.6%、60.4%、52.0%、58.3%和56.9%;冬季时气候寒冷,生物膜较厚但活性微生物减少,为974μm和1.94×10~8 CFU·mL~(-1)。通过优化多孔混凝土挂板结构和筛选挂板植生植物,强化多孔混凝土挂板水质净化效能。结果表明:对比普通混凝土挂板COD、NH_3-N、TN和TP的去除率40.7%、40.3%、31.4%和43.2%,植生后的挂板水质改善效果无显著提高,去除率分别为44.8%、42.9%、34.5%和46.4%;结构优化后的植生挂板水质改善效果有显著提高,去除率到达62.9%、61.8%、59.7%和64.7%。微生物群落分析表明:结构优化多孔混凝土挂板材料,填料和植物根系为微生物的附着生长提供了良好的条件,丰富了微生物多样性,Hydrogenophaga(嗜氢菌属)、Pseudomonas(假单胞菌属)、Nitrospira(硝化螺菌属)等功能性微生物总量增加,有利于水质改善。将经过植生强化的多孔混凝土挂板应于到宜兴市社渎港硬质岸坡生态改造工程,示范工程中的多孔轻质挂板在现场模拟实验中COD、TN、TP平均削减效果达到42.1%-59.1%、37.9%-60.3%、41.2%-63.9%和40.2%-53.7%。实验室模拟实验和示范工程为在越南河道开展岸坡生态化改造工作提供了技术范例和经验积累。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV861
【部分图文】：

东南大学博士学位论文参考国内外与直立式硬质护岸生态改造相关的文献后，结合本实验的次试验研究的思路框架体系。从多孔轻质材料的选择入手，确定两种土作为本次研究的实验对象，通过设定不同的孔隙率、孔径以及材料的轻质材料，进行相互对照。再从植生性能实验、抗压实验、孔隙率和性实验、净水实验等五个方面来确定最优的轻质材料类型与结构。然数据反映实际工程效果。具体技术路线图见下图 1-1。

东南大学博士学位论文。分别称取定量的水泥陶粒和拌合水，先将陶粒倒入搅拌机里面，再加入一点水使陶粒表20 秒后将水泥慢慢加入搅拌机，搅拌 30 秒，等陶粒表面均匀包裹一层水泥时，加入剩余搅拌大约 3 分钟。在陶粒表面的水泥浆体厚度均匀时，停止搅拌[73]。（2）成型方式为保证陶粒和水泥均匀分布，避免混凝土分层现象，本实验不使用震动成型方法，而是用来将陶粒混凝土试块成型。采用静压成型方法，其保证要素是成型压力和保证时间的确定型压力大就会破坏陶粒结构，而压力太小会影响成型混凝土强度。另外，由于混凝土混合的拌合水，在短时间必须完成混凝土成型工作，避免混凝土失去流动性，而水泥失去胶结。（3）养护方式多孔混凝土试块的养护分为蒸汽养护和标准养护，本实验根据实验室条件、简单操作要素准方法作为混凝土养护方法。由于多孔混凝土的孔隙较大，其水分挥发速度远超过普通混实验室制作的多孔混凝土试块成型后，连同模具一起放入标准养护箱内。第二天进行拆模试块继续放于恒温养护箱中进行标准养护 28 d，养护温度为 20±2℃，相对湿度为 95%[74]

图 2-2 制作泡沫陶瓷Figure 2-2 Production of foam ceramic沫陶瓷的原料投放在箱式里，再施加压力，然后放入电热干燥炉中在 100oC 下干燥后，将原料放在电炉中慢慢加温 5-10 分钟，电炉必要温度达到 1250oC，维持温度冷却，即得到成型泡沫陶瓷[63,65]。表 2.4 陶瓷化学成分Table 2.4 Foam ceramic chemical compositionSiO2Al2O3Fe2O3TiO2MgO CaO K2O Na2O 烧失69.35 15.21 2.51 0.44 3.09 1.61 3.18 1.47 0.1隙率测定
【参考文献】

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本文编号：2845462