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渗滤结构对道路径流污染的净化机理研究

徐雪玲  
【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。


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