火山石生态混凝土净水效果研究

2022-10-11涂欣

山西建筑 2022年20期

涂欣

(泸州市交通建设服务中心，四川泸州 646000)

0 引言

近年来由于城市化，工业化的发展,水资源污染问题愈发严重。为满足河岸护坡强度要求，一般采用浆砌片石护坡或普通混凝土护坡的施工工艺，该类工艺制作的护坡虽然强度够高，但是无孔隙，不适宜植物在其上生长，一般会在其上铺一层土，再撒草籽，这样不仅提高造价，也造成了资源的浪费，对于水质的净化效果也不明显。因此生态混凝土护坡技术应运而生。生态混凝土具有大孔隙，有更多接触面可以使微生物等附着在其上，不仅经济节约，美观，且在保证一定的强度同时对水质具有较好的净化效果。目前我国对生态混凝土的研究较为广泛，并取得一定的研究成果。谢非等[1]利用火山石为粗骨料制成生态混凝土进行水质净化和植生试验，结果表明孔隙率与水质净化和植物生长高度呈正相关；冀晓珊等[2]利用玉米芯制成生态混凝土并研究其收缩性能，结果表明生态混凝土收缩值随养护时间增加而增加，最终趋于平缓；李维维等[3]利用废弃混凝土制作成为再生生态混凝土并进行各项试验研究。目前，对水质净化的生态混凝土研究尚浅，本文利用不同配合比制成生态混凝土，分析其对氨氮，硝态氮，CODCr的去除效果，旨在为实际生态护坡工程提供一定的参考。

1 试验设计

1.1 试验材料

水泥：南方水泥生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥见表1,火山石粒径分别为11.80 mm～47.5 mm，化学性能如表2所示。高效减水剂为减水率20%～25%TOJ800-10T聚羧酸减水剂见表3。矿物添加剂为粉煤灰如表4所示。

表1 水泥性能表

表2 火山石化学性能记录表

表3 减水剂性能记录表

表4 Ⅱ级粉煤灰物理性能参数 %

1.2 试验方案

试验全程通风，室内温度控制在27 ℃左右，实验用的污水为城市生活污水，一共设置四个组，三个试验组和一个空白对照组以便于观察和分析。试验组由A,B,C三组混凝土试块组成，配合比见表5，大小均为标准抗压试件模型，在标准养护下养护28 d后进行试验，测得其基本物理性能指标后再进行水质净化试验，物理性能指标结果见表6。由表6可知，28 d抗压强度均不小于5 MPa，基本满足试验需求。

表5 配合比

表6 火山石生态混凝土试块物理力学性能指标

将A,B,C三组试件浸泡于污水的圆筒中，另外一个污水圆筒不装任何试件作为对照。在通风条件下，每隔一段时间取适量的水样进行检测，监测项目为氨氮，硝氮和CODCr浓度，方法为：

取适量经过预处理后的水样加入50 mL比色管中，滴加1 mL酒石酸钾钠摇匀，加入1 mL纳氏试剂摇匀，定容至50 mL放置10 min后，在波长420 nm下，用10 mm比色皿，以无氨水作参比测量吸光度；再根据标准曲线，由吸光度值查氨氮标准曲线图即可得到氨氮含量[4-6]。计算公式为：

(1)

其中,m为校准曲线查得的氨氮量,mg;V为水样体积,mL。

取50 mL经过预处理的水样于50 mL比色管中，加入1 mL盐酸溶液混匀，放置10 min后，在220 nm和275 nm波长下，放入10 mL比色皿中，以硝酸盐标准储备液为参比，测量吸光度，并从标准曲线上根据校正吸光度值可得硝态氮的含量。计算公式为：

A校=A220-2A275

(2)

其中，A220为220 nm波长测得吸光度；A275为275 nm波长测得吸光度。

取10 mL重铬酸钾标准溶液至瓶中并稀释至150 mL，加入30 mL浓硫酸，30 s后加入0.15 mL试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至红褐色结束。计算公式为：

(3)

其中，C为硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V1为滴定空白试验所消耗的硫酸亚铁铵标准溶液体积，mL；V2为滴定试样所消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL；V0为试样的体积，mL。

2 试验结果与分析

2.1 氨氮、硝氮、CODCr各时间段浓度

经计算试剂配制无误后，每隔1 h取1次城市生活污水，按照相应的方法测试其在1 d的浓度变化，如图1所示：在早上5：00～早上10：00，氨氮浓度呈上升态势，在10：00达到一天中的最高值33.435 mg/L，在晚上21：00为最低值18.348 mg/L，符合人们生活规律，一般早上5：00～早上10：00，人们会起床洗漱，排泄和做饭，这些都会产生大量的氮，而在晚上21：00以后人们休息睡眠，生产生活活动减少，产生的氮下降，在10：00以后会有小范围波动；硝态氮整体波动较大，在早上5：00～早上10:00硝态氮浓度在逐渐升高，早上10：00达到最大值，为5.832 mg/L，早上10:00～下午17:00总体呈下降态势，一天中的最低值为1.769 mg/L，在凌晨1点出现。生活污水水体中的化学需氧量变化波动较大，且其变化范围在50 mg/L～300 mg/L之间；峰值出现2次，最小值出现在5：00。

2.2 氨氮的净化效果

三组不同配合比的生态混凝土试块在静态吸附试验中氨氮浓度随时间的变化规律见图2。

由图2可知，所有试块氨氮浓度均明显降低，氨氮浓度在1 h～2 h下降速度较快，每小时下降2.1%～2.64%，2 h～8 h下降速度缓慢,每小时下降0.95%～1.54%，12 h～24 h下降速度较快,每小时下降2.0%～2.35%，随着时间的推移，生态混凝土的净化作用持续发挥，总体呈下降的趋势。由此可看出，生态混凝土对氨氮净化效果显著[7]。

生态混凝土氨氮去除率见图3。

由图3可知，试验组A,B,C生态混凝土氨氮去除率分别为77.56%,71.09%,69.46%，其中A产品氨氮去除效果最佳，结合表2可知，孔隙率越大的生态混凝土试块的氨氮去除效果越好[8]。主要原因在于孔隙率越大，孔隙越多，越有利于微生物等在其上附着，并为其提供了一定的生存空间，更有利于氨氮的去除。

2.3 硝氮的净化效果

三组不同配合比的生态混凝土在静态吸附试验中硝氮浓度随时间的变化规律见图4。由图4可知，硝氮浓度总体随时间增加呈下降态势，最终逐渐趋于平缓[9-10]。在0 h～12 h氨氮浓度变化较缓慢，12 h～336 h浓度降低速度较为明显。A试块对硝氮去除效果最好，去除率达到33.7%，C试块去除效果最差，去除率为25.16%。硝氮去除率和生态混凝土孔隙率有直接关系，孔隙率越大，表面积越大，吸附面积也越大，对硝氮去除效果越好(见图5)。

2.4 CODCr的净化效果

CODCr变化规律如图6所示。由图6可知，A,B,C三组试块对CODCr都有一定的净化效果。其中三组试块的去除效果随时间增加，在24 h后去除效率明显增加，最终趋于平缓。同氨氮，硝氮去除一样，孔隙率越大的生态混凝土试块对CODCr去除效果越好，孔隙率越小，比表面积越小，使得微生物等在其上附着较少，因此去除效果不如孔隙率大的试块[11-12]。

试验组A,B,C试验装置内CODCr去除率如图7所示。由图7可知，A,B,C试块CODCr去除率分别为86%,82%,80.5%，其中A试块装置内CODCr净化效果最好。