陶瓷透水铺装对海绵城市雨水径流中有机污染物的吸附去除

2018-11-21余太平何延召蔡洪李孟张哲

建材与装饰 2018年44期

余太平何延召蔡洪李孟张哲

（1.湖北省城建设计院股份有限公司武汉 430050 2.武汉理工大学土木与建筑工程学院市政系武汉 430070）

引言

海绵城市，即低影响开发雨水系统构建，已成为当前城市建设的重要思路。陶瓷透水砖的原料大部分为普通的陶瓷原料，比如硬质高岭土、自燃后的煤矸石以及一些溶剂性原料生产，将软、硬质原料分别破碎、粉磨，然后进行混料、压制、烧成等工序进行生产。

但是需要引起重视的是，城市降雨形成的雨水径流中包含着大量的污染物，这也是城市受纳水体非点源污染的重要污染源，而其中包含着的多种有机污染物，也会随着各种透水铺装，下渗到受纳水体、地下水以及土壤中，其浓度较低，检测手段复杂，但其具备的生物毒性可致癌、致畸、致突变，对人民的居住环境造成严重威胁。本文基于部分有机污染物在雨水径流中的来源、存在形式及其去除机制，分析陶瓷透水砖对雨水径流中的有机物的吸附过程及去除能力。

1 雨水径流中的污染物状况

1.1 雨水径流中存在的有机物

根据国外监测数据，城市雨水径流中有着多达650种有机污染物，这其中包括了多种C12-C20的直链烷烃、烯烃、多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）、甲基叔丁基醚（MTBEs）、双酚 A（PBA）、烷基酚类（APs）、邻苯二甲酸酯（PAEs）以及多种杀虫剂。

1.2 目前存在的部分有机物来源

海绵城市雨水径流中的有机污染物主要来自于大气沉降、城市材料磨损或析出、生产和生活活动、交通工具排放和磨损等。

C12-C20的直链烷烃、烯烃及多环芳烃（PAHs）主要产生于不完全的化石燃料燃烧，煤炭、天然气的燃烧也会导致雨水径流中的有机污染物增加。多氯联苯（PCBs）被广泛应用于工业领域，虽已被禁用多年，但在大气沉降、水体、土壤、河湖沉积物等部分有所残留[1]。邻苯二甲酸酯（PAEs）是一种普遍使用的化学工业产品，主要以塑料类城市建设材料以及交通系统进入环境。双酚A（BPA）主要用于合成环氧树脂、聚碳酸酯和阻燃剂的重要材料和橡胶化工等，在其生产、使用及废弃环节进入到环境中，通过雨水带入径流[2]。

2 陶瓷透水砖对有机污染物的吸附去除机理

2.1 有机污染物在雨水径流中的存在形式

有机污染物可通过分配作用和表面吸附作用吸附于生物碳上，因其疏水性可知部分有机污染物可附着于悬浮颗粒物（SS）上，因此有机污染物在雨水径流中主要存在于溶解相和颗粒相中，表1展现了部分有机污染物在颗粒相的比例，其中，高分子量多环芳烃、邻苯二甲酸酯在颗粒相中的比例较大，低分子量多环芳烃及双酚A主要存在于溶解相中。

表1 部分有机污染物在颗粒相的比例

2.2 陶瓷透水砖对颗粒相有机污染物的去除

附着于悬浮颗粒物（SS）的有机污染物可随着SS的去除一同被去除，因此我们在此分析陶瓷透水砖铺装对于SS的去除效果。采用模拟配置的初期雨水径流样品，按照前半小时每5min设置一梯度，后一个半小时每15min设置一个梯度，对透水铺装对SS的去除率进行记录，绘制成图1。

图1 陶瓷透水砖铺装对于SS的去除率

由图可看出，SS去除率随时间变化逐渐提升，最终趋于稳定，达到94%的SS去除率。因为陶瓷透水铺装对SS良好的去除率，它对主要存在于颗粒相中的有机污染物去除效果好，对于PHAs的浓度消减效率能达到90%左右。

2.3 陶瓷透水砖对溶解性有机污染物的去除讨论

雨水径流中的溶解性有机物（Dissolved organic matter，DOM）是极为活跃的一种有机组分，可作为许多有机、无机污染物的迁移载体或配位体，影响其他污染物在环境中的毒性。已有的研究表明，污染物在DOM上的结合机理主要包括静电作用、氢键、范德华力、配位交换和疏水吸引，非离子型有机污染物主要以疏水键与DOM的疏水基团结合；含极性基团的疏水性有机污染物与DOM可通过多种方式结合[3]，DOM的开放结构有利于低水溶性的有机污染物向其中迁移并吸附，因此，探讨DOM在陶瓷透水铺装的吸附行为，可以定性的分析陶瓷透水砖对溶解性有机污染物的吸附。

据报道，溶解性有机物（DOM）在砂中的吸附表现为大分子量物质选择性优先吸附的结果，浓度越高，大分子量物质吸附的越多，且脂肪碳的吸附亲和力高于芳香碳。随DOM分子量的增加，也越容易被吸附，而小分子量DOM基本不吸附。通过DOM和溶解性有机污染物在陶瓷透水铺装的吸附关系，可知陶瓷透水铺装对溶解性的有机污染物有吸附作用，且对脂肪碳的吸附效果优于芳香碳。