建筑废砖净化介质透水铺装系统中重金属的强化去除、迁移与转归机制

Permeable pavement as one of the important techniques in “Sponge city” will be widely applied. However, this technique was reported to cause environmental risks. The project will target on this problem, turning the construction waste brick with good sorption characteristics into resources. As the main kind of permanent contaminants in road runoff, the removal efficiency and mechanisms of heavy metals in different structure of permeable pavement will be systematically studied. The transformation characteristics of heavy metals between pore water and solid phase will be illustrated. The retain and sorption mechanisms of heavy metals by construction waste brick will be studied. The quantizing relations between the removal of heavy metals and the environmental and media factors will be also proposed. The release rule of heavy metals and the effect of organic matters and microorganism will be illustrated under the long run period. The study will provide theoretic support on the optimal design and efficient operation of permeable pavement in “Sponge city”. The project will be of great importance on the guarantee of soil and ground water security due to infiltration of runoff by permeable pavements. The project will also enrich the theory on the pollution control in permeable pavement systems.

本项目针对“海绵城市”建设中透水铺装这一重要技术措施面临大范围应用但存在潜在环境污染风险的问题，将具有优良吸附性能的建筑废砖资源化，系统研究其用于透水铺装系统不同结构层对路面径流中主要污染物—重金属的去除效能与机制，阐明重金属在建筑废砖介质透水铺装系统间隙水与固相介质之间以及介质内部的迁移特性，明确建筑废砖介质对重金属的截留、吸附机理，建立环境、介质因素与重金属去除之间的量化关系，阐明系统长期运行条件下重金属的再释放规律及有机质、微生物的作用影响，为“海绵城市”透水铺装系统的优化设计及高效运行提供理论支持，同时为建筑垃圾资源化开辟一个新的途径和研究方向，对于保障透水铺装系统下渗雨水对土壤和地下水的安全性具有重要意义，还可进一步丰富透水铺装系统污染物控制的理论。

本项目基于我国产生量巨大的建筑垃圾，发挥其具有丰富多孔结构、孔隙率高、比表面积大、富含铁、铝元素及火山灰组分、价格低廉等优势，利用其优良的吸附性能，将其作为介质材料，资源化用于“海绵城市”透水铺装系统不同结构层，主要采用静态吸附及动态柱实验的方法及界面与微生物表征，通过不同形态重金属在水相和固相间的吸附、分配及冲刷规律与特征的解释，证实了建筑垃圾作为介质层基于重金属污染物去除应用的可行性，重点研究了其用于透水铺装系统不同结构层对路面径流中重金属的去除效能与机制、重金属在水与固相介质之间以及介质内部的迁移特性，考察了温度、离子强度、有机质、微生物等主要环境因素对污染物控制效能与机制的作用及影响，阐明了系统长期运行条件下重金属的再释放规律，并对环境风险进行了评估。研究结果表明，建筑垃圾作为目前城市化进程中的主要城市废物组成，在资源化途径面临局限的情况下，是海绵城市透水铺装系统的可行介质材料，相比于目前常用介质材料，具有重金属控污效能、环境友好性能等方面的优势，并具有明显的价格优势（达到同样去除效能，成本为常规介质填料的10-15%）。不仅为“海绵城市”透水铺装系统的优化设计及高效运行提供了一定理论支持，同时为建筑垃圾的资源化开辟一个新的途径和研究方向，对于保障透水铺装系统下渗雨水对土壤和地下水的安全性具有重要意义，也进一步丰富了透水铺装系统污染物控制的理论。