路面雨水径流松散颗粒复合净化层、效果测试方法及装置与流程

本发明属于道路工程材料技术领域，特别是一种路面雨水径流松散颗粒复合净化层及其净化效果测试方法及装置。

背景技术：

路面径流是具有单一地表使用功能的地表径流。路面径流污染是指公路营运期，货物运输过程中在路面上的抛洒，汽车尾气中微粒在路面上的降落，汽车燃油在路面上的滴漏及轮胎与路面的磨损物等，当降水形成路面径流，这些有害物质被挟带排入水体或农田造成环境质量下降的现象。

松散颗粒净化层是一种道路径流污染源位控制结构，其对削减城市径流量，控制道路径流污染具有很好的效果。松散颗粒净化层通过松散粒状材料的吸附、拦截等可以有效的去除道路径流中的主要污染物，其应用灵活，可以作为城市道路边沟、中央分隔带的结构层，且基建费用低、维护简单。但目前对于松散颗粒净化层材料种类、材料颗粒粒径和结构层厚度对其径流污染净化效果的影响研究很少，在实际工程应用时无法对其合理选用。

目前已有很多学者对单一材料的净化能力进行了相关研究，但发现单一材料的净化能力有限，很难对全部污染物达到较佳的净化效果，而不同雨水径流污染物成分及浓度存在很大差异，单一材料无法满足不同污染状况下雨水径流的净化要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种路面雨水径流松散颗粒复合净化层，使不同污染状况下的雨水径流均满足净化要求。

本发明的另一目的在于提供一种路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试方法，以测试不同松散颗粒复合净化层针对不同污染状况的净化效果。

本发明的再一目的在于提供一种路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试装置，以实现不同松散颗粒复合净化层针对不同污染状况的净化效果测试。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种路面雨水径流松散颗粒复合净化层，

对于污染源为ss型的雨水径流，净化层采用粒径为3～6mm沸石+3～6mm火山岩，铺装厚度为沸石10cm+火山岩10cm；

对于污染源为cod型的雨水径流，净化层采用粒径为1～3mm沸石+1～3mm矿渣，铺装厚度为沸石10cm+矿渣10cm；

对于污染源为营养元素型的雨水径流，净化层采用粒径为6～8mm沸石+1～3mm硅藻土，铺装厚度为沸石10cm+硅藻土20cm；

对于污染源为重金属型的雨水径流，净化层采用粒径为1～3mm矿渣+1～3mm火山岩，铺装厚度为矿渣10cm+火山岩20cm；

对于污染源为综合型的雨水径流，净化层采用粒径为1～3mm矿渣+1～3mm沸石+1～3mm火山岩，铺装厚度为矿渣10cm+沸石10cm+火山岩10cm。

所述污染源为ss型的雨水径流，是指ss浓度是其他污染物浓度10-15倍的雨水径流；

所述污染源为cod型的雨水径流，是指cod浓度是其他污染物浓度10-15倍的雨水径流；

所述污染源为营养元素型的雨水径流，是指tp和tn浓度是其他污染物浓度10-15倍的的雨水径流；

所述污染源为重金属型的雨水径流，是指zn和pb浓度是其他污染物浓度10-15倍的的雨水径流；

所述污染源为综合型的雨水径流，是指各污染物浓度都较高且各污染物浓度都相差不大的雨水径流。

实现本发明另一目的的技术方案为：

一种路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试方法，包括如下步骤：

(10)备料：将待测松散粒状材料进行充分清洗，风干，待用；

(20)雨水径流配制：进行雨水径流实验室配制，将试剂倒入雨水桶内搅拌均匀，得到污染物初始浓度；

(30)铺装：将松散粒状材料，按不同组合、不同粒径和不同铺装厚度分别放入试验装置中；

(40)供水流速调节：设定供水流速；

(50)净化水取样：出水2min之后取净化后水样，依次对试样瓶编号；

(60)污染物余量测定：测定所得试样瓶中水样中ss、cod、tn、tp、zn和pb污染物最终浓度；

(70)污染物去除率计算：按下式计算污染物去除率，

式中，η为污染物去除率，c0为污染物初始浓度，c1污染物最终浓度，单位均为％。

实现本发明再一目的的技术方案为：

一种路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试装置，包括内设搅拌器2的雨水桶1、用于铺装松散粒状材料4的净化桶3，所述净化桶3上部设有喷淋头5，还包括水泵6，所述水泵6入口通过进水管7与雨水桶1相通，水泵6出口通过出水管8与喷淋头5相通，所述出水管8上设有流量计9，所述净化桶3下端通过排水管10与集水杯11相通。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、本发明的松散颗粒复合净化层，针对不同径流污染物，采用不同的粒状材料组合，选用最佳材料颗粒粒径和铺装厚度，使得对污染物的去除率高，取得了良好的净化效果；

2、本发明的松散颗粒复合净化层净化效果测试方法及装置，能以简单的方式，准确测定不同粒状材料组合、不周材料颗粒粒径和不同铺装厚度对路面雨水径流污染物的净化效果。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试方法的流程图。

图2为本发明路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试装置的结构示意图。

图中，雨水桶1，搅拌器2，净化桶3，松散粒状材料4，喷淋头5，水泵6，进水管7，出水管8，流量计9，排水管10，集水杯11。

具体实施方式

为对净化材料进行组合，使雨水径流达到最佳净化效果，本发明路面雨水径流松散颗粒复合净化层，其针对不同污染源，具体结构如下：

对于污染源为ss型的雨水径流，净化层采用粒径为3～6mm沸石+3～6mm火山岩，铺装厚度为沸石10cm+火山岩10cm；

对于污染源为cod型的雨水径流，净化层采用粒径为1～3mm沸石+1～3mm矿渣，铺装厚度为沸石10cm+矿渣10cm；

对于污染源为营养元素型的雨水径流，净化层采用粒径为6～8mm沸石+1～3mm硅藻土，铺装厚度为沸石10cm+硅藻土20cm；

对于污染源为重金属型的雨水径流，净化层采用粒径为1～3mm矿渣+1～3mm火山岩，铺装厚度为矿渣10cm+火山岩20cm；

对于污染源为综合型的雨水径流，净化层采用粒径为1～3mm矿渣+1～3mm沸石+1～3mm火山岩，铺装厚度为矿渣10cm+沸石10cm+火山岩10cm；

所述污染源为ss型的雨水径流，是指ss浓度是其他污染物浓度10-15倍的的雨水径流；

所述污染源为cod型的雨水径流，是指cod浓度是其他污染物浓度10-15倍的的雨水径流；

所述污染源为营养元素型的雨水径流，是指tp和tn浓度是其他污染物浓度10-15倍的雨水径流；

所述污染源为重金属型的雨水径流，是指zn和pb浓度是其他污染物浓度10-15倍的的雨水径流；

所述污染源为综合型的雨水径流，是指各污染物浓度都较高且各污染物浓度都相差不大的雨水径流。

其中，ss为悬浮物(suspendedsolids)

cod为重金属铅(chemicaloxygendemand)

tp为总磷(totalphosphorus)

tn为总氮(totalnitrogen)

zn为锌(zinc)

pb为重金属铅(heavymetallead)

如图1所示，为准确测定不同粒状材料组合、不周材料颗粒粒径和不同铺装厚度对路面雨水径流污染物的净化效果，本发明路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试方法，包括如下步骤：

(10)备料：将待测松散粒状材料进行充分清洗，风干，待用；

(20)雨水径流配制：进行雨水径流实验室配制，将试剂倒入雨水桶内搅拌均匀，得到污染物初始浓度；

(30)铺装：将松散粒状材料，按不同组合、不同粒径和不同铺装厚度分别放入试验装置中；

(40)供水流速调节：设定供水流速；

(50)净化水取样：出水2min之后取净化后水样，依次对试样瓶编号；

(60)污染物余量测定：测定所得试样瓶中水样中ss、cod、tn、tp、zn和pb污染物最终浓度；

(70)污染物去除率计算：按下式计算污染物去除率，

式中，η为污染物去除率，c0为污染物初始浓度，c1污染物最终浓度，单位均为％。

优选地，所述供水流速以中雨雨型为参考，设定为4l/min。

如图2所示，为实现准确测定不同粒状材料组合、不周材料颗粒粒径和不同铺装厚度对路面雨水径流污染物的净化效果，本发明路面雨水径流松散颗粒复合净化层净化效果测试装置，包括内设搅拌器2的雨水桶1、用于铺装松散粒状材料4的净化桶3，所述净化桶3上部设有喷淋头5，还包括水泵6，所述水泵6入口通过进水管7与雨水桶1相通，水泵6出口通过出水管8与喷淋头5相通，所述出水管8上设有流量计9，所述净化桶3下端通过排水管10与集水杯11相通。

下面以实施例详细说明如何利用本发明的装置，实现本发明的方法，从而验证本发明的路面雨水径流松散颗粒复合净化层。

(1)本发明根据emc值来确定各污染指标的目标浓度，采用将化学试剂加入到纯水的方法来配制径流雨水，所需化学试剂见表1。

(2)将沸石、陶粒、矿渣、硅藻土及火山岩5种松散粒状材料充分清洗、风干，根据表2对雨水径流进行实验室配置，将配置好的试剂倒入雨水桶内充分搅拌直至搅拌均匀。

(3)将沸石、陶粒、矿渣、硅藻土及火山岩5种松散粒状材料按1-3mm、3-6mm、6-8mm的不同粒径，和10cm、20cm、30cm的不同铺装厚度分别装入试验装置中进行试验，以中雨雨型为参考设定试验装置的供水流速为4l/min。

(4)在前期研究中发现出水2min后水流及净化效果较为稳定，所以本发明在出水2min之后取净化后的水样，依次对试样瓶进行编号，后根据表3各种污染物的检测方法，测定所得试样瓶中水样的ss、cod、tn、tp、zn和pb含量。

(5)根据公式计算不同松散粒材料对不同粒径和不同铺装厚度的污染物去除率。

本发明是根据以下指标进行设计的：

表1污染物指标与相应的化学试剂

表2各污染指标的目标浓度及相应的化学试剂添加量

表3雨水径流参数检测仪器或方法

根据上述试验分析可知：

(1)对松散颗粒净化层的渗滤试验研究结果表明，不同材料松散颗粒净化层对不同径流污染物的净化能力不同，各种松散粒状材料综合净化能力排序为：沸石＞矿渣＞火山岩＞陶粒＞细砂＞硅藻土。

(2)研究了10cm、20cm和30cm三种铺装厚度对松散颗粒净化层污染物去除效果的影响，结果表明大部分污染物随着铺装厚度的增加，径流污染物去除率也随之增加。铺装厚度为20cm基本能达到较好的去除效果，针对不同径流污染物推荐了松散颗粒净化层铺装厚度，如表4所示。

表4针对不同径流污染物的松散颗粒净化层铺装厚度推荐(cm)

(3)研究了1-3mm、3-6mm和6-8mm三种材料粒径大小对松散颗粒净化层污染物去除的影响，总体上，材料颗粒粒径为1-3mm和3-6mm的松散颗粒净化层对各污染物净化效果要比粒径为6-8mm的松散颗粒净化层好，针对不同径流污染物推荐了松散颗粒净化层材料颗粒粒径，如表5所示。

表5针对不同径流污染物的松散颗粒净化层材料颗粒粒径推荐(mm)

(4)采用模糊综合评价法对松散粒状材料进行组合，将雨水径流划分为ss型、cod型、营养元素型、重金属型、综合型5种雨水径流，针对不同径流类型推荐了松散颗粒净化层组合方法，如表6所示。

表6针对不同径流类型松散颗粒净化层组合

(5)通过渗滤试验验证了不同材料组合的松散颗粒净化层径流污染物净化效果优于单种材料。