CN107021539A - 一种可截留重金属的透水路面复合系统 - Google Patents

一种可截留重金属的透水路面复合系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可截留重金属的透水路面复合系统，包括透水路面与后处理系统。透水路面从上到下依次为透水路面层，透水性上基层，透水性下基层，垫层与路基；后处理系统包括导流管道、水平过滤柱、重金属吸附材料与管道检修井。其中重金属吸附材料为钛酸钠纳米纤维与活性炭颗粒的混合材料。下雨时，携带有重金属的雨水径流通过透水路面得到初步过滤，再通过导流管道进入后处理系统得到强效吸附截留，最后的出水可作为清洁水源注入地下以补充地下水。该透水路面复合系统针对现有透水路面不能有效截留雨水径流中重金属的问题，强化了吸附吸能，其对铅、铜、镉和锌的截留率高达99%以上，有效避免了重金属渗流至地下水产生生态毒性污染。

Description

一种可截留重金属的透水路面复合系统
技术领域
本发明涉及一种透水路面系统，具体涉及一种可截留重金属的透水路面复合系统，属于市政工程领域。
背景技术
城市雨水径流和非点源污染会产生严重的水质问题。同时，频繁的干旱，不断增长的人口以及城市化的发展迫使许多社区寻找包括雨水在内的替代水源。透水路面在其多孔材料的空隙中结合了储层，并提供了可以减少雨水中污染物负荷的控制措施，是可持续雨水管理中的一种有效的处理措施。
但是，城市暴雨水中含有大量分类为重金属，碳氢化合物和危害土壤和环境的污染物。其中，Pb，Cu，Cd，Ni和Zn等重金属由于其对水生生物的急性毒性并能持续在食物链中存在而成为一种日益增长的危险。目前为止，透水路面并不能在长时间内有效地完全捕获溶解在地表径流中的重金属，重金属易从地表迁移到地下水，因此具有一定的局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可截留重金属的透水路面复合系统，用于解决现如今城市地表雨水径流携带重金属进入地下水的问题。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种可截留重金属的透水路面复合系统，包括透水路面和后处理系统，所述透水路面从上之下包括：透水路面层1、透水性上基层2、透水性下基层3、垫层4和地基6；透水路面：较快消除下雨时道路、广场的积水现象；当集中降雨时能减轻城市排水设施的负担，防止河流泛滥和水体污染。雨水透过透水路面层，经透水性上下基层初步过滤后经垫层内的导流管道至后处理系统进行下一步处理。
所述后处理系统：包括导流管道5、水平过滤柱7、填充于水平过滤柱7内的重金属吸附材料8和管道检修井9，所述导流管道5一端设有导流孔，所述导流管道5设有导流孔的一端设置于垫层4内，另一端与水平过滤柱7一端连通，所述水平过滤柱7的另一端设有排水管，且水平过滤柱7设于管道检修井9内。后处理系统：将透过透水路面的雨水进行后处理，处理达标后补充地下水。
所述透水性上基层2为沸石基层，其厚度为40-60mm，沸石粒径为2-4mm；所述透水性下基层3为玄武岩基层，其厚度为40-60mm，玄武岩粒径为2-4mm。
所述透水路面层1为透水混凝土层，垫层4为碎石层。
所述重金属吸附材料为钛酸钠纳米纤维与活性炭颗粒混合材料，所述活性炭颗粒粒径为0.2-0.8mm，钛酸钠纳米纤维材料粒径为50-200μm，活性炭颗粒与钛酸钠纳米纤维材料重量比为20-30:1。
所述钛酸钠纳米纤维由以下方法制得：称取12g氢氧化钠放入含有6g二氧化钛P25的特氟龙容器中，该容器置于保持在温度为24±1℃的水浴中，逐滴加入36ml体积分数为50%的H2O2溶液，并在滴加的同时进行机械搅拌，搅拌速度为300rpm，滴完后继续搅拌5分钟，将搅拌后的浆液于温度在80℃的水浴中保持24小时，然后收集沉淀并用超纯水重复洗涤，洗涤时使用浓度为2mol/L的HCl调节pH至7.0后过滤，并在100℃下干燥，得到钛酸钠纳米纤维。
所述二氧化钛P25为非多孔结晶结构，由70%锐钛矿和30%金红石组成，其比表面积为50m2/g，粒径为20-30nm。
所述二氧化钛P25选用国药集团化学试剂有限公司生产的型号为德固赛-P25的二氧化钛。
有益效果：本发明充分考虑雨水透过路面后重金属难以去除的缺点，在透水路面后加入水平过滤柱式的后处理系统，使用一种含有与活性炭颗粒混合的钛酸钠纳米纤维材料对雨水进行重金属吸附截留，可有效解决现有技术中雨水径流中重金属难以截留的问题，避免重金属渗流至地下水产生环境污染；能耗低：前半部分通过渗滤作用，后半部分通过材料吸附截留重金属，全程几乎不用消耗能源；维护成本低：钛酸钠纳米纤维与活性炭颗粒混合材料可吸附大量重金属，材料清理替换周期长，而且水平过滤柱可随时更换，吸附的重金属可回收利用，处理后的降水可无害补充地下水。
附图说明
图1是本发明一种可截留重金属的透水路面复合系统的结构图。
图中：1、透水路面层；2、透水性上基层；3、透水性下基层；4、垫层；5、导流管道；6、地基；7水平过滤柱；8、重金属吸附材料；9、管道检修井。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例示出了本发明实施例所述的高效截留重金属的透水路面复合系统，包括：透水路面结构与后处理系统。
所述透水路面从上到下依次设置为透水路面层1、透水性上基层2、透水性下基层3、垫层4和地基6。透水性上基层2优选为沸石基层，进一步的，沸石粒径优选为2-4mm；透水性下基层3优选为玄武岩基层，进一步的，玄武岩粒径优选为2-4mm。透水路面层1为混凝土层，垫层4为碎石层，其碎石粒径优选为10-15mm。导流管道5设置在碎石垫层4的底部，直径100mm，上方设有孔径20mm导流孔。
所述透水路面设置厚度优选为：380mm，其中混凝土透水路面层1厚度优选为80mm，透水性上基层2其厚度为40-60mm，优选为50mm、透水性下基层3其厚度为40-60mm，优选为50mm，碎石基层4厚度优选为200mm。
称取12g氢氧化钠放入含有6g二氧化钛P25的特氟龙容器中，该容器置于保持在温度为24±1℃的水浴中，逐滴加入36ml体积分数为50%的H2O2溶液，并在滴加的同时进行机械搅拌，搅拌速度为300rpm，滴完后继续搅拌5分钟，将搅拌后的浆液于温度在80℃的水浴中保持24小时，然后收集沉淀并用超纯水重复洗涤，洗涤时使用浓度为2mol/L的HCl调节pH至7.0后过滤，并在100℃下干燥，得到钛酸钠纳米纤维，备用。
上述二氧化钛P25选用国药集团化学试剂有限公司生产的型号为德固赛-P25的二氧化钛。该二氧化钛P25为非多孔结晶结构，由70%锐钛矿和30%金红石组成，其比表面积为50m2/g，粒径为20-30nm。
所述后处理系统包括导流管道5、水平过滤柱7、钛酸钠纳米纤维与活性炭颗粒混合材料8与管道检修井9。后处理系统通过导流管道5与透水路面连接，导流管道5的轴线与路面长度方向平行，导流管道5的前端设有导流孔，且前端设于垫层4内，导流管道5的后端与水平过滤柱7连通，水平过滤柱7设于管道检修井9内，水平过滤柱7优选为长500mm，内径150mm，厚度5mm，材质为聚氯乙烯；水平过滤柱7柱内填充钛酸钠纳米纤维与活性炭颗粒混合材料8，活性炭颗粒与钛酸钠纳米纤维材料重量比为20-30:1，本实施例具体为1440g活性炭颗粒与60g钛酸钠纳米纤维材料，重量比优选为24:1。活性炭颗粒粒径优选为0.2-0.8mm，钛酸钠纳米纤维材料粒径优选为50-200μm。
下雨时，携带有重金属的雨水地表径流透过混凝土透水路面层1、透水性上基层2和透水性下基层3，污染物与重金属得到初步过滤；雨水通过导流管道5上方的导流孔进入倒流管道从而进入水平过滤柱7；雨水经后处理系统内的钛酸钠纳米纤维与活性炭颗粒混合材料8被强化吸附截留，从而流出后处理系统而无害渗入地下补充地下水；通过管道检修井9定期对水平过滤柱7进行检修与材料清理替换。
本实施例处理效果，在降雨强度为100mm/h的连续降雨16小时下，雨水中的重金属Pb，Cu，Cd，Ni和Zn的初始浓度分别为1.0，0.6，0.04，0.06和2.0mg/L时，该高效截留重金属的透水路面复合系统对重金属Pb，Cu，Cd，Ni和Zn进行吸附截留，透水路面出水重金属的浓度为0.366，0.215，0.021，0.035和0.812mg/L，后处理系统仅采用常见活性炭做为吸附材料时最终出水浓度为0.297，0.189，0.018，0.028和0.536 mg/L，而采用制备的钛酸钠与活性炭混合材料时最终浓度分别为0.003，0.002，0.000，0.014和0.019mg/L，可达生活饮用水中的重金属标准，除Ni的截留率为80%外，其他截留率均超过99%。

Claims (6)

1.一种可截留重金属的透水路面复合系统，其特征在于：包括透水路面和后处理系统，所述透水路面从上之下包括：透水路面层（1）、透水性上基层（2）、透水性下基层（3）、垫层（4）和地基（6）；
所述后处理系统：包括导流管道（5）、水平过滤柱（7）、填充于水平过滤柱（7）内的重金属吸附材料（8）和管道检修井（9），所述导流管道（5）一端设有导流孔，所述导流管道（5）设有导流孔的一端设置于垫层（4）内，另一端与水平过滤柱（7）一端连通，所述水平过滤柱（7）的另一端设有排水管，且水平过滤柱（7）设于管道检修井（9）内。
2.根据权利要求1所述一种可截留重金属的透水路面复合系统，其特征在于：所述透水性上基层（2）为沸石基层，其厚度为40-60mm，沸石粒径为2-4mm；所述透水性下基层（3）为玄武岩基层，其厚度为40-60mm，玄武岩粒径为2-4mm。
3.根据权利要求1所述一种可截留重金属的透水路面复合系统，其特征在于：所述透水路面层（1）为透水混凝土层，所述垫层（4）为碎石层。
4.根据权利要求1所述一种可截留重金属的透水路面复合系统，其特征在于：所述重金属吸附材料为钛酸钠纳米纤维与活性炭颗粒混合材料，所述活性炭颗粒粒径为0.2-0.8mm，钛酸钠纳米纤维材料粒径为50-200μm，活性炭颗粒与钛酸钠纳米纤维材料重量比为20-30:1。
5.根据权利要求4所述一种可截留重金属的透水路面复合系统，其特征在于：所述钛酸钠纳米纤维由以下方法制得：称取12g氢氧化钠放入含有6g二氧化钛P25的特氟龙容器中，该容器置于保持在温度为24±1℃的水浴中，逐滴加入36ml体积分数为50%的H2O2溶液，并在滴加的同时进行机械搅拌，搅拌速度为300rpm，滴完后继续搅拌5分钟，将搅拌后的浆液于温度在80℃的水浴中保持24小时，然后收集沉淀并用超纯水重复洗涤，洗涤时使用浓度为2mol/L的HCl调节pH至7.0后过滤，并在100℃下干燥，得到钛酸钠纳米纤维。
6.根据权利要求5所述一种可截留重金属的透水路面复合系统，其特征在于：所述二氧化钛P25为非多孔结晶结构，由70%锐钛矿和30%金红石组成，其比表面积为50m2/g，粒径为20-30nm。
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