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

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