重交通区路面径流重金属迁移变化特性及其污染控制

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为了更好地理解重交通区地面径流中重金属污染,本文以南京绕城公路马群段为研究对象,进行降雨、路面沉积物及路面径流重金属监测试验、静态沉降试验和渗滤试验。   考察了降雨、干期路面沉积物中重金属存在形态及浓度,分析了重金属浓度随季节变化的特征,并探讨了影响降雨、路面沉积物中重金属形态分布的因素。本研究区域降雨中Cu、Zn以溶解态为主,路面沉积物中Cu各形态浓度在总浓度中的比例与Zn的不同,但均以残渣态居多。降雨及路面沉积物中Cu、Zn随季节变化的规律不同。当干期时间少于100h时,除可交换态外,路面沉积物中Cu、Zn总浓度及各自其它形态浓度均随干期时间的增加而增加;而干期时间对降雨中Cu、Zn的影响均不显著。   考察了径流颗粒迁移、重金属分布及径流过程中重金属形态变化特征,分析了颗粒与重金属分布之间的关系及影响重金属分布的因素,探讨了降雨、路面沉积物及径流三者间重金属形态变化和质量守恒,并建立了降雨、路面沉降物对径流重金属影响的评价方程。径流中Cu各形态浓度的大小顺序与Zn的相同,但Cu各形态之间的相互影响程度不同于Zn的。Hg以固定态为主。径流过程中Cu、Zn、Hg各形态及不同粒径段颗粒的变化特征均随降雨类型变化而不同。Cu、Zn及Hg的各形态浓度在颗粒中的分布各异。Cu、Zn及Hg的形态分布受颗粒比表面积、干期时间、温度、pH值、电导率及氧化还原电位影响的程度各不相同。降雨中Cu、Zn与路面沉积物中被淋溶的Cu、Zn之间均分别存在相互转移或转化关系。降雨、路面沉积物及径流三者间Cu、Zn近似满足质量守恒。所建立的评价方程能反映降雨、路面沉积物对径流重金属的贡献情况,可用于预测径流重金属对受纳环境的污染程度。   通过沉降手段预处理径流重金属,考察了沉降过程中重金属形态变化特征,分析了颗粒去除特征及其与重金属去除的关系,探讨了重金属去除的影响机制。碳酸盐结合态Cu、有机物结合态Cu及残渣态Cu的较快沉降对Cu沉降特征的影响较大。沉降较快的有机物结合态Zn及残渣态Zn明显影响Zn的沉降速率和效率。固定态Hg的快速沉降导致Hg显著减少。不同雨型降雨事件径流沉降过程中各粒径段颗粒的变化特征不同。Cu、Zn的去除速率慢于TSS的,而Hg的去除速率快于TSS的。不同粒径段大颗粒(>75μm)对沉降初期Cu、Zn及Hg的去除均存在不同程度的影响。TSS初始分布、重金属形态初始浓度、颗粒比表面积、温度、pH值、氧化还原电位及电导率对重金属沉降去除的影响各不相同。   通过渗滤手段进一步处理经沉降后的径流重金属,考察了碎石~土壤系统中径流重金属的分布、去除特征,分析了该系统对颗粒的削减及影响重金属去除的环境条件,并探讨了新型吸附材料去除溶解态重金属的特性及机理。停留时间为6h的碎石~土壤渗滤系统对Cu、Zn的去除效果最佳;沿该系统深度方向,Cu、Zn浓度呈非线性递减;表层35cm厚度的土壤可截留大部分可去除的Cu、Zn。颗粒去除对重金属去除的影响程度随渗滤层厚度的增加而增加。季节(温度)、pH值、氧化还原电位及干期时间对重金属去除有不同程度的影响。采用碱化后柠檬草(MLG)、炭化柠檬草(CLG)、炭化报纸(CN)及炭化护根(CM)去除溶解态重金属。MLG、CLG及CM吸附Cu、Zn及Cd的等温线均可很好地被Langmuir模型模拟,且最大吸附量分别为13.9mgCu/gMLG,15.9mgZn/gMLG及39.5mgCd/gMLG;34.4mgCu/gCLG,38.9mgZn/gCLG及29.6mgCd/gCLG;30.8mgCu/gCM,69.9mgZn/gCM及27.5mgCd/gCM。FTIR分析表明MLG、CN、CLG及CM吸附重金属的效率均与各自表面存在的羧基、羟基及氨基等基团有关。本研究所采用的吸附剂MLG、CLG、CN及CM均可用于路面径流后续处理工艺。
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