Ogfc混合料对降雨的净水评价方法及模拟降雨的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种OGFC混合料对降雨的净水评价方法及模拟降雨的装置。该评价方法包括水样配制、OGFC混合料试件的制作、降雨过程控制、水样收集、SS和COD的浓度测定、计算SS和COD的吸附率，进而对净水效果进行评价。该装置包括框架、水箱、流量计、水管，所述框架包括支架和试件架，所述水箱置于框架的上方，水箱中设有搅拌器，水管的一端与水箱连接，另一端与喷头连接，水管上设有阀门和流量计，试件架置于框架的底端。本发明的净水评价方法操作简单、对净水效果评价准确，对雨水的进一步利用奠定了基础，本发明对于缓解城市的水资源短缺，实现雨水的利用，将雨水变废为宝有重要的意义。
【专利说明】OGFC混合料对降雨的净水评价方法及模拟降雨的装置
【技术领域】
[0001]本发明属于雨水处理【技术领域】，涉及一种OGFC混合料对路面径流净化效果的评价方法，尤其涉及一种OGFC混合料对降雨的净水评价方法及模拟降雨的装置。
【背景技术】
[0002]开级配抗滑磨耗层(Open Graded Friction Course,简称OGFC)又称多孔性路面或透水性路面，通常具有较高的空隙率(一般为18-25%)，可将路面降雨及时渗入路面，通过连通的孔隙将雨水排出，可防止路面产生较厚的水膜，进而大大提高了雨天行车的安全性。
[0003]城市道路径流的水流主要来自于天然降水，其径流的污染物主要来源于路面污染和雨水污染。路面污染的特征主要表现为晴天累积于地表，雨天被冲刷进入排水系统，汇集后排入水体的特征；雨水污染主要来源于降雨对大气中的粉尘、氮氧化物、硫化物等的淋洗。径流污染物主要有固体颗粒悬浮物和有机污染物、重金属、P、N等营养物、氯化物等。其中固体悬浮物SS和化学需氧量COD是表征城市道路路面径流污染的主要指标。
[0004]由于城市道路所占面积大，径流污染已成为城市中最大的面污染源，并且初期径流的污染物含量高，浓度远远超过了雨水排放的浓度要求，甚至超过了《污水综合排放标准》(GB8978296) —级标准的要求。若径流的水流进入污水处理厂，则增大了污水处理的难度；若径流的水流进入自然水体，则污染了周围的环境和土壤。因此，如何将雨水变废为宝成为了一个亟待解决的热点问题。
[0005]由于城市道路OGFC混合料和雨水净化分别属于道路材料和雨水净化处理两个不同的学科领域，国内外对此方面的研究很少，更没有涉及OGFC混合料对路面降雨的净水评价的方法。因此，本发明打破学科界限，提出一种OGFC混合料对路面降雨的净水评价方法。
【发明内容】
[0006]为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种OGFC混合料对降雨的净水评价方法，其按照先后顺序包括以下步骤:
[0007](I)根据污染物种类和目标浓度进行水样配制，估算实验用水量，量取污染物备用，向水箱中注入自来水，并开启搅拌器，将污染物倒入水箱中；
[0008](2)制作板状试件，将试件置于试件模具中，并放置在试件架中央；
[0009](3)开启并调节阀门，控制流量计的流量，水样通过喷头喷洒在试件上；
[0010](4)控制降雨过程，将降雨时间分为两个阶段，第一阶段，降雨持续时间为15min，取样间隔为3min,第二阶段，降雨持续时间为56min,前6min,取样间隔为3min,第6_56min,取样间隔为IOmin ；
[0011](5)在步骤(4)的第一阶段，在喷头下方收集原水样，在第一阶段和第二阶段中，在试件模具的侧面开口处按照步骤(4)中的取样间隔收集净化后的水样；
[0012](6)测定各水样的固体悬浮物的浓度和化学需氧量的浓度；
[0013](7)根据步骤(6)中测定的各水样的固体悬浮物浓度和化学需氧量浓度进行数据处理，计算固体悬浮物的吸附率和化学需氧量的吸附率，进行净水效果的评价。
[0014]采用“GB_T_11901_1989水质_悬浮物的测定(重量法)”测定各水样的固体悬浮物(SS)的浓度，采用“GB_11914-1989水质化学需氧量的测定(重铬酸盐法)”测定各水样的化学需氧量(COD)的浓度。
[0015]固体悬浮物的吸附率为降雨停止时，吸附残留在OGFC混合料试件中的固体悬浮物的质量(以Mns表示)与整个降雨过程中所含固体悬浮物的总量(以M,6表示)的比值，即SS吸附率=[Mns/Mg ] *100 %，其中原水样的固体悬浮物的浓度1?与第一阶段降雨时间V1的乘积，即Mi6= IctlV1 ;M?S为第一阶段中吸附残留在OGFC混合料试件中固体悬浮物的质里M吸丨减去弟二阶段中冲出的固体悬浮物的质里M吸2，即M吸=M吸丨一M吸2，M吸丨为M总减去第一阶段经OGFC混合 料净化后的水样固体悬浮物的浓度kn与该阶段降雨时间Vli的乘积(i为降雨取样间隔的取样次数)，Mft2为第二阶段水样固体悬浮物的浓度k2i与该阶段降雨时间V2i的乘积。所以，SS吸附率=[M吸/M总]*100%= [(Mns1-M?S2)/M ,6]*100%=[GitlV1 — knVn — Ii2iV2iVktlV1]*100%。化学需氧量的吸附率的计算方法与固体悬浮物的吸附率的计算方法完全相同，计算公式也相同，即COD吸附率=[M?/]*100% =[(M 吸/ —mK2' )/M 总，]*100%= [(V V1-1ili' Vl1- V2i) Aoi VJ*100%。
[0016]本发明以SS和COD的吸附率大小为评价指标，SS和COD的吸附率越大，表明净水效果越好，SS和COD的吸附率越小，表明净水效果越差。SS和COD的吸附率与净水效果成线性对应关系。
[0017]优选的是，所述步骤(1)中，向水箱中注入10-20L自来水。
[0018]在上述任一方案中优选的是，所述步骤(1)中，搅拌器的转速为150-250r/min。
[0019]先向水箱中注入10-20L自来水，在150-250r/min的转速下将污染物缓慢连贯地倒入水箱中，以确保污染物混合均匀。
[0020]在上述任一方案中优选的是，所述步骤(2)中，板状试件的材料为OGFC混合料，试件的长、宽、高分别为300mm、300mm、50mm。
[0021]采用轮碾成型机模拟路面压实过程，制作上述尺寸的OGFC混合料的板状试件。在试件的制作过程中，试件的侧面和底面粘附一层纸，试件脱模后将其浸入水中，浸泡lOmin，然后用铁刷等去除侧面和底面的纸，以确保试件侧面和底面干净、平滑，因为试件模具的长、宽与试件的长、宽一致，所以在将试件放置于试件模具中时，操作方便，避免放不进去。
[0022]在上述任一方案中优选的是，所述步骤(3)中，流量计的流量控制在5_30L/h。
[0023]在上述任一方案中优选的是，所述步骤(4)中，第一阶段降水为配制的目标浓度的污染水样，第二阶段降水为自来水，自来水较干净。
[0024]在模拟降雨的初期，径流污染物的浓度高，且相对集中于径流产生的前15_30min，后期径流污染物的浓度低，但持续时间长，因此将降雨时间分两个阶段进行模拟，并且有相应的时间间隔，以保证收集足够的水样，掌握污染物的浓度变化规律。在喷头下方收集净化前的原水样，在试件模具的侧面开口处收集净化后的水样。
[0025]本发明的OGFC混合料对路面降雨的净水评价方法，是一种新型的评价方法，该方法操作简单、对净水效果评价准确。本发明结合下述的模拟降雨的净水装置，提供了相应的净水评价方法，并分阶段降雨，收集并测定相应水样的浓度，进而评价OGFC混合料的净水效果，对雨水的进一步利用奠定了基础。因此，本发明对于缓解城市的水资源短缺，实现雨水的利用，将雨水变废为宝有重要的意义。
[0026]本发明还提供一种模拟降雨的装置，包括框架、水箱、流量计、水管，所述框架包括支架和试件架，所述水箱置于框架的上方，水箱中设有搅拌器，所述水管的一端与水箱连接，另一端与喷头连接，所述水管上设有阀门和流量计，所述试件架置于框架的底端。
[0027]支架可为方形棱铁支架，方形棱铁支架与试件架构成整体框架。搅拌器的功率为
IOOffo
[0028]优选的是，所述装置为立式降雨装置。
[0029]在上述任一方案中优选的是，所述装置还包括试件模具，试件模具置于所述试件架上。
[0030]在上述任一方案中优选的是，所述试件模具的形状为长方体，长、宽、高分别为300mm、300mm、100mm。试件模具为可拆卸的,可先通过调节模具的联结螺母使试件模具适当放宽松，将试件放入试件模具中，然后拧紧联结螺母即可将试件固定入试件模具中。因此，即使试件与试件模具的长、宽尺寸相同，但是通过调节联结螺母也能将试件放入试件模具中。
[0031]试件模具也可为一体式的。因为试件模具的长、宽与试件的长、宽一致，为了避免试件不能放入试件模具中，可将试件模具的长、宽尺寸适当加大，或者将试件的长、宽尺寸适当减小，以恰好将试件放入试件模具中为最佳。
[0032]在上述任一方案中优选的是，所述试件模具的底面封闭，顶面无盖。
[0033]在上述任一方案中优选的是，所述试件模具有一个侧面开口。其目的是为了模拟在实际道路中，常见的上面层OGFC混合料与下面层不透水路面的组合结构形式下的雨水径流状态，在侧面开口处收集水样。
[0034]在上述任一方案中优选的是，所述框架的长、宽、高分别为600mm、600mm、1500mm。
[0035]在上述任一方案中优选的是，所述水箱为圆形的，且带有水箱盖。
[0036]在上述任一方案中优选的是，所述水箱的容积为30-40L。
[0037]在上述任一方案中优选的是，所述阀门置于流量计的上方。本发明依靠水的自重实现降雨过程，通过调节阀门控制流量计流量的方法来实现对不同降雨强度的模拟。
[0038]在上述任一方案中优选的是，所述流量计的测量范围为5_50L/h。量程要满足降雨强度的要求，小强度降雨的流量为5.4L/h，暴雨的流量为21.6L/h。
[0039]在上述任一方案中优选的是，所述搅拌器的桨叶的长为200_250mm、宽为30-40mmo
[0040]在上述任一方案中优选的是，所述喷头为圆形的，直径为150_200mm。
[0041]在上述任一方案中优选的是，所述喷头上单个喷孔的直径为3_5mm。通过大量实验证实，喷孔直径为3-5_时，可以防止降雨过程中污染物堵塞喷头。
[0042]在上述任一方案中优选的是，所述水管的材料为聚氯乙烯或聚四氟乙烯。聚氯乙烯材料和聚四氟乙烯材料具有价格低廉、重量轻、耐雨水腐蚀等优点。
[0043]本发明的模拟降雨的立式降雨装置，以及专用的试件模具等，均是针对OGFC混合料的特征以及降雨的特征研发设计的，可准确模拟不同的降雨强度条件，该装置操作简便，经济实用。【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1为按照本发明的OGFC混合料对降雨的净水评价方法的工艺流程图；
[0045]图2为按照本发明的模拟降雨的装置的一优选实施例的结构示意图；
[0046]图3为按照本发明的模拟降雨的装置的图2所示的优选实施例的试件模具的结构示意图。
[0047]图中标注说明:1_支架，2-搅拌器，3-水箱，4-阀门，5-流量计，6-水管，7-喷头，8-试件架，9-喷孔，10-试件模具。
【具体实施方式】
[0048]为了更进一步了解本发明的
【发明内容】
，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
[0049]实施例一:
[0050]采用室内成型热拌0GFC-13型浙青混合料，所用浙青为壳牌高黏改性浙青，空隙率为18%，0GFC-13混合料的级配如表一所示。配制的水样所测定的污染物指标为固体悬浮物SS和化学需氧量C0D，污染物来源于北京城区某道路的清扫土和腐植酸。降雨强度为120mm/h，换算成流量为10.8L/h，可参考降雨强度表，如表二所示。
[0051]表一:0GFC_13混合料的级配
[0052]
【权利要求】
1.一种OGFC混合料对降雨的净水评价方法，其按照先后顺序包括以下步骤: (1)根据污染物种类和目标浓度进行水样配制，估算实验用水量，量取污染物备用，向水箱中注入自来水，并开启搅拌器，将污染物倒入水箱中； (2)制作板状试件，将试件置于试件模具中，并放置在试件架中央； (3)开启并调节阀门，控制流量计的流量，水样通过喷头喷洒在试件上； (4)控制降雨过程，将降雨时间分为两个阶段，第一阶段，降雨持续时间为15min，取样间隔为3min,第二阶段，降雨持续时间为56min,前6min,取样间隔为3min,第6_56min,取样间隔为IOmin ； (5)在步骤(4)的第一阶段，在喷头下方收集原水样，在第一阶段和第二阶段中，在试件模具的侧面开口处按照步骤(4)中的取样间隔收集净化后的水样； (6)测定各水样的固体悬浮物的浓度和化学需氧量的浓度； (7)根据步骤(6)中测定的各水样的固体悬浮物浓度和化学需氧量浓度进行数据处理，计算固体悬浮物的吸附率和化学需氧量的吸附率，进行净水效果的评价。
2.如权利要求1所述的OGFC混合料对降雨的净水评价方法，其特征在于:所述步骤(1)中，向水箱中 注入10-20L自来水。
3.如权利要求1所述的OGFC混合料对降雨的净水评价方法，其特征在于:所述步骤Cl)中，搅拌器的转速为150-250r/min。
4.如权利要求1所述的OGFC混合料对降雨的净水评价方法，其特征在于:所述步骤(2)中，板状试件的材料为OGFC混合料，试件的长、宽、高分别为300mm、300mm、50mm。
5.如权利要求1所述的OGFC混合料对降雨的净水评价方法，其特征在于:所述步骤(3)中，流量计的流量控制在5-30L/h。
6.如权利要求1所述的OGFC混合料对降雨的净水评价方法，其特征在于:所述步骤(4)中，第一阶段降水为配制的目标浓度的污染水样，第二阶段降水为自来水。
7.一种模拟降雨的装置，包括框架、水箱、流量计、水管，其特征在于:所述框架包括支架和试件架，所述水箱置于框架的上方，水箱中设有搅拌器，所述水管的一端与水箱连接，另一端与喷头连接，所述水管上设有阀门和流量计，所述试件架置于框架的底端。
8.如权利要求7所述的模拟降雨的装置，其特征在于:所述装置为立式降雨装置。
9.如权利要求7或8所述的模拟降雨的装置，其特征在于:所述装置还包括试件模具，试件模具置于所述试件架上。
10.如权利要求9所述的模拟降雨的装置，其特征在于:所述试件模具的形状为长方体，长、宽、高分别为300mm、300mm、100mm。
【文档编号】G01N33/42GK104020278SQ201410291201
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】徐世法, 索智, 季节, 王晓晓, 陈绍坤 申请人:北京建筑大学