Ogfc混合料對降雨的凈水評價方法及模擬降雨的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種OGFC混合料對降雨的凈水評價方法及模擬降雨的裝置。該評價方法包括水樣配制、OGFC混合料試件的制作、降雨過程控制、水樣收集、SS和COD的濃度測定、計算SS和COD的吸附率，進而對凈水效果進行評價。該裝置包括框架、水箱、流量計、水管，所述框架包括支架和試件架，所述水箱置于框架的上方，水箱中設(shè)有攪拌器，水管的一端與水箱連接，另一端與噴頭連接，水管上設(shè)有閥門和流量計，試件架置于框架的底端。本發(fā)明的凈水評價方法操作簡單、對凈水效果評價準(zhǔn)確，對雨水的進一步利用奠定了基礎(chǔ)，本發(fā)明對于緩解城市的水資源短缺，實現(xiàn)雨水的利用，將雨水變廢為寶有重要的意義。
【專利說明】OGFC混合料對降雨的凈水評價方法及模擬降雨的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雨水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種OGFC混合料對路面徑流凈化效果的評價方法，尤其涉及一種OGFC混合料對降雨的凈水評價方法及模擬降雨的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]開級配抗滑磨耗層(Open Graded Friction Course,簡稱OGFC)又稱多孔性路面或透水性路面，通常具有較高的空隙率(一般為18-25%)，可將路面降雨及時滲入路面，通過連通的孔隙將雨水排出，可防止路面產(chǎn)生較厚的水膜，進而大大提高了雨天行車的安全性。
[0003]城市道路徑流的水流主要來自于天然降水，其徑流的污染物主要來源于路面污染和雨水污染。路面污染的特征主要表現(xiàn)為晴天累積于地表，雨天被沖刷進入排水系統(tǒng)，匯集后排入水體的特征；雨水污染主要來源于降雨對大氣中的粉塵、氮氧化物、硫化物等的淋洗。徑流污染物主要有固體顆粒懸浮物和有機污染物、重金屬、P、N等營養(yǎng)物、氯化物等。其中固體懸浮物SS和化學(xué)需氧量COD是表征城市道路路面徑流污染的主要指標(biāo)。
[0004]由于城市道路所占面積大，徑流污染已成為城市中最大的面污染源，并且初期徑流的污染物含量高，濃度遠遠超過了雨水排放的濃度要求，甚至超過了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978296) —級標(biāo)準(zhǔn)的要求。若徑流的水流進入污水處理廠，則增大了污水處理的難度；若徑流的水流進入自然水體，則污染了周圍的環(huán)境和土壤。因此，如何將雨水變廢為寶成為了一個亟待解決的熱點問題。
[0005]由于城市道路OGFC混合料和雨水凈化分別屬于道路材料和雨水凈化處理兩個不同的學(xué)科領(lǐng)域，國內(nèi)外對此方面的研究很少，更沒有涉及OGFC混合料對路面降雨的凈水評價的方法。因此，本發(fā)明打破學(xué)科界限，提出一種OGFC混合料對路面降雨的凈水評價方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種OGFC混合料對降雨的凈水評價方法，其按照先后順序包括以下步驟:
[0007](I)根據(jù)污染物種類和目標(biāo)濃度進行水樣配制，估算實驗用水量，量取污染物備用，向水箱中注入自來水，并開啟攪拌器，將污染物倒入水箱中；
[0008](2)制作板狀試件，將試件置于試件模具中，并放置在試件架中央；
[0009](3)開啟并調(diào)節(jié)閥門，控制流量計的流量，水樣通過噴頭噴灑在試件上；
[0010](4)控制降雨過程，將降雨時間分為兩個階段，第一階段，降雨持續(xù)時間為15min，取樣間隔為3min,第二階段，降雨持續(xù)時間為56min,前6min,取樣間隔為3min,第6_56min,取樣間隔為IOmin ；
[0011](5)在步驟(4)的第一階段，在噴頭下方收集原水樣，在第一階段和第二階段中，在試件模具的側(cè)面開口處按照步驟(4)中的取樣間隔收集凈化后的水樣；
[0012](6)測定各水樣的固體懸浮物的濃度和化學(xué)需氧量的濃度；
[0013](7)根據(jù)步驟(6)中測定的各水樣的固體懸浮物濃度和化學(xué)需氧量濃度進行數(shù)據(jù)處理，計算固體懸浮物的吸附率和化學(xué)需氧量的吸附率，進行凈水效果的評價。
[0014]采用“GB_T_11901_1989水質(zhì)_懸浮物的測定(重量法)”測定各水樣的固體懸浮物(SS)的濃度，采用“GB_11914-1989水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定(重鉻酸鹽法)”測定各水樣的化學(xué)需氧量(COD)的濃度。
[0015]固體懸浮物的吸附率為降雨停止時，吸附殘留在OGFC混合料試件中的固體懸浮物的質(zhì)量(以Mns表示)與整個降雨過程中所含固體懸浮物的總量(以M,6表示)的比值，即SS吸附率=[Mns/Mg ] *100 %，其中原水樣的固體懸浮物的濃度1?與第一階段降雨時間V1的乘積，即Mi6= IctlV1 ;M?S為第一階段中吸附殘留在OGFC混合料試件中固體懸浮物的質(zhì)里M吸丨減去弟二階段中沖出的固體懸浮物的質(zhì)里M吸2，即M吸=M吸丨一M吸2，M吸丨為M總減去第一階段經(jīng)OGFC混合 料凈化后的水樣固體懸浮物的濃度kn與該階段降雨時間Vli的乘積(i為降雨取樣間隔的取樣次數(shù))，Mft2為第二階段水樣固體懸浮物的濃度k2i與該階段降雨時間V2i的乘積。所以，SS吸附率=[M吸/M總]*100%= [(Mns1-M?S2)/M ,6]*100%=[GitlV1 — knVn — Ii2iV2iVktlV1]*100%。化學(xué)需氧量的吸附率的計算方法與固體懸浮物的吸附率的計算方法完全相同，計算公式也相同，即COD吸附率=[M?/]*100% =[(M 吸/ —mK2' )/M 總，]*100%= [(V V1-1ili' Vl1- V2i) Aoi VJ*100%。
[0016]本發(fā)明以SS和COD的吸附率大小為評價指標(biāo)，SS和COD的吸附率越大，表明凈水效果越好，SS和COD的吸附率越小，表明凈水效果越差。SS和COD的吸附率與凈水效果成線性對應(yīng)關(guān)系。
[0017]優(yōu)選的是，所述步驟(1)中，向水箱中注入10-20L自來水。
[0018]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟(1)中，攪拌器的轉(zhuǎn)速為150-250r/min。
[0019]先向水箱中注入10-20L自來水，在150-250r/min的轉(zhuǎn)速下將污染物緩慢連貫地倒入水箱中，以確保污染物混合均勻。
[0020]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟(2)中，板狀試件的材料為OGFC混合料，試件的長、寬、高分別為300mm、300mm、50mm。
[0021]采用輪碾成型機模擬路面壓實過程，制作上述尺寸的OGFC混合料的板狀試件。在試件的制作過程中，試件的側(cè)面和底面粘附一層紙，試件脫模后將其浸入水中，浸泡lOmin，然后用鐵刷等去除側(cè)面和底面的紙，以確保試件側(cè)面和底面干凈、平滑，因為試件模具的長、寬與試件的長、寬一致，所以在將試件放置于試件模具中時，操作方便，避免放不進去。
[0022]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟(3)中，流量計的流量控制在5_30L/h。
[0023]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟(4)中，第一階段降水為配制的目標(biāo)濃度的污染水樣，第二階段降水為自來水，自來水較干凈。
[0024]在模擬降雨的初期，徑流污染物的濃度高，且相對集中于徑流產(chǎn)生的前15_30min，后期徑流污染物的濃度低，但持續(xù)時間長，因此將降雨時間分兩個階段進行模擬，并且有相應(yīng)的時間間隔，以保證收集足夠的水樣，掌握污染物的濃度變化規(guī)律。在噴頭下方收集凈化前的原水樣，在試件模具的側(cè)面開口處收集凈化后的水樣。
[0025]本發(fā)明的OGFC混合料對路面降雨的凈水評價方法，是一種新型的評價方法，該方法操作簡單、對凈水效果評價準(zhǔn)確。本發(fā)明結(jié)合下述的模擬降雨的凈水裝置，提供了相應(yīng)的凈水評價方法，并分階段降雨，收集并測定相應(yīng)水樣的濃度，進而評價OGFC混合料的凈水效果，對雨水的進一步利用奠定了基礎(chǔ)。因此，本發(fā)明對于緩解城市的水資源短缺，實現(xiàn)雨水的利用，將雨水變廢為寶有重要的意義。
[0026]本發(fā)明還提供一種模擬降雨的裝置，包括框架、水箱、流量計、水管，所述框架包括支架和試件架，所述水箱置于框架的上方，水箱中設(shè)有攪拌器，所述水管的一端與水箱連接，另一端與噴頭連接，所述水管上設(shè)有閥門和流量計，所述試件架置于框架的底端。
[0027]支架可為方形棱鐵支架，方形棱鐵支架與試件架構(gòu)成整體框架。攪拌器的功率為
IOOffo
[0028]優(yōu)選的是，所述裝置為立式降雨裝置。
[0029]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述裝置還包括試件模具，試件模具置于所述試件架上。
[0030]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述試件模具的形狀為長方體，長、寬、高分別為300mm、300mm、100mm。試件模具為可拆卸的,可先通過調(diào)節(jié)模具的聯(lián)結(jié)螺母使試件模具適當(dāng)放寬松，將試件放入試件模具中，然后擰緊聯(lián)結(jié)螺母即可將試件固定入試件模具中。因此，即使試件與試件模具的長、寬尺寸相同，但是通過調(diào)節(jié)聯(lián)結(jié)螺母也能將試件放入試件模具中。
[0031]試件模具也可為一體式的。因為試件模具的長、寬與試件的長、寬一致，為了避免試件不能放入試件模具中，可將試件模具的長、寬尺寸適當(dāng)加大，或者將試件的長、寬尺寸適當(dāng)減小，以恰好將試件放入試件模具中為最佳。
[0032]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述試件模具的底面封閉，頂面無蓋。
[0033]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述試件模具有一個側(cè)面開口。其目的是為了模擬在實際道路中，常見的上面層OGFC混合料與下面層不透水路面的組合結(jié)構(gòu)形式下的雨水徑流狀態(tài)，在側(cè)面開口處收集水樣。
[0034]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述框架的長、寬、高分別為600mm、600mm、1500mm。
[0035]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述水箱為圓形的，且?guī)в兴渖w。
[0036]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述水箱的容積為30-40L。
[0037]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述閥門置于流量計的上方。本發(fā)明依靠水的自重實現(xiàn)降雨過程，通過調(diào)節(jié)閥門控制流量計流量的方法來實現(xiàn)對不同降雨強度的模擬。
[0038]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述流量計的測量范圍為5_50L/h。量程要滿足降雨強度的要求，小強度降雨的流量為5.4L/h，暴雨的流量為21.6L/h。
[0039]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述攪拌器的槳葉的長為200_250mm、寬為30-40mmo
[0040]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述噴頭為圓形的，直徑為150_200mm。
[0041]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述噴頭上單個噴孔的直徑為3_5mm。通過大量實驗證實，噴孔直徑為3-5_時，可以防止降雨過程中污染物堵塞噴頭。
[0042]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述水管的材料為聚氯乙烯或聚四氟乙烯。聚氯乙烯材料和聚四氟乙烯材料具有價格低廉、重量輕、耐雨水腐蝕等優(yōu)點。
[0043]本發(fā)明的模擬降雨的立式降雨裝置，以及專用的試件模具等，均是針對OGFC混合料的特征以及降雨的特征研發(fā)設(shè)計的，可準(zhǔn)確模擬不同的降雨強度條件，該裝置操作簡便，經(jīng)濟實用?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0044]圖1為按照本發(fā)明的OGFC混合料對降雨的凈水評價方法的工藝流程圖；
[0045]圖2為按照本發(fā)明的模擬降雨的裝置的一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3為按照本發(fā)明的模擬降雨的裝置的圖2所示的優(yōu)選實施例的試件模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖中標(biāo)注說明:1_支架，2-攪拌器，3-水箱，4-閥門，5-流量計，6-水管，7-噴頭，8-試件架，9-噴孔，10-試件模具。
【具體實施方式】
[0048]為了更進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
，下面將結(jié)合具體實施例詳細闡述本發(fā)明。
[0049]實施例一:
[0050]采用室內(nèi)成型熱拌0GFC-13型浙青混合料，所用浙青為殼牌高黏改性浙青，空隙率為18%，0GFC-13混合料的級配如表一所示。配制的水樣所測定的污染物指標(biāo)為固體懸浮物SS和化學(xué)需氧量C0D，污染物來源于北京城區(qū)某道路的清掃土和腐植酸。降雨強度為120mm/h，換算成流量為10.8L/h，可參考降雨強度表，如表二所示。
[0051]表一:0GFC_13混合料的級配
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種OGFC混合料對降雨的凈水評價方法，其按照先后順序包括以下步驟: (1)根據(jù)污染物種類和目標(biāo)濃度進行水樣配制，估算實驗用水量，量取污染物備用，向水箱中注入自來水，并開啟攪拌器，將污染物倒入水箱中； (2)制作板狀試件，將試件置于試件模具中，并放置在試件架中央； (3)開啟并調(diào)節(jié)閥門，控制流量計的流量，水樣通過噴頭噴灑在試件上； (4)控制降雨過程，將降雨時間分為兩個階段，第一階段，降雨持續(xù)時間為15min，取樣間隔為3min,第二階段，降雨持續(xù)時間為56min,前6min,取樣間隔為3min,第6_56min,取樣間隔為IOmin ； (5)在步驟(4)的第一階段，在噴頭下方收集原水樣，在第一階段和第二階段中，在試件模具的側(cè)面開口處按照步驟(4)中的取樣間隔收集凈化后的水樣； (6)測定各水樣的固體懸浮物的濃度和化學(xué)需氧量的濃度； (7)根據(jù)步驟(6)中測定的各水樣的固體懸浮物濃度和化學(xué)需氧量濃度進行數(shù)據(jù)處理，計算固體懸浮物的吸附率和化學(xué)需氧量的吸附率，進行凈水效果的評價。
2.如權(quán)利要求1所述的OGFC混合料對降雨的凈水評價方法，其特征在于:所述步驟(1)中，向水箱中 注入10-20L自來水。
3.如權(quán)利要求1所述的OGFC混合料對降雨的凈水評價方法，其特征在于:所述步驟Cl)中，攪拌器的轉(zhuǎn)速為150-250r/min。
4.如權(quán)利要求1所述的OGFC混合料對降雨的凈水評價方法，其特征在于:所述步驟(2)中，板狀試件的材料為OGFC混合料，試件的長、寬、高分別為300mm、300mm、50mm。
5.如權(quán)利要求1所述的OGFC混合料對降雨的凈水評價方法，其特征在于:所述步驟(3)中，流量計的流量控制在5-30L/h。
6.如權(quán)利要求1所述的OGFC混合料對降雨的凈水評價方法，其特征在于:所述步驟(4)中，第一階段降水為配制的目標(biāo)濃度的污染水樣，第二階段降水為自來水。
7.一種模擬降雨的裝置，包括框架、水箱、流量計、水管，其特征在于:所述框架包括支架和試件架，所述水箱置于框架的上方，水箱中設(shè)有攪拌器，所述水管的一端與水箱連接，另一端與噴頭連接，所述水管上設(shè)有閥門和流量計，所述試件架置于框架的底端。
8.如權(quán)利要求7所述的模擬降雨的裝置，其特征在于:所述裝置為立式降雨裝置。
9.如權(quán)利要求7或8所述的模擬降雨的裝置，其特征在于:所述裝置還包括試件模具，試件模具置于所述試件架上。
10.如權(quán)利要求9所述的模擬降雨的裝置，其特征在于:所述試件模具的形狀為長方體，長、寬、高分別為300mm、300mm、100mm。
【文檔編號】G01N33/42GK104020278SQ201410291201
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】徐世法, 索智, 季節(jié), 王曉曉, 陳紹坤 申請人:北京建筑大學(xué)