陶瓷透水鋪裝對海綿城市雨水徑流中有機污染物的吸附去除

余太平何延召蔡洪李孟張哲

（1.湖北省城建設(shè)計院股份有限公司 武漢 430050 2.武漢理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院市政系 武漢 430070）

引言

海綿城市，即低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建，已成為當(dāng)前城市建設(shè)的重要思路。陶瓷透水磚的原料大部分為普通的陶瓷原料，比如硬質(zhì)高嶺土、自燃后的煤矸石以及一些溶劑性原料生產(chǎn)，將軟、硬質(zhì)原料分別破碎、粉磨，然后進(jìn)行混料、壓制、燒成等工序進(jìn)行生產(chǎn)。

但是需要引起重視的是，城市降雨形成的雨水徑流中包含著大量的污染物，這也是城市受納水體非點源污染的重要污染源，而其中包含著的多種有機污染物，也會隨著各種透水鋪裝，下滲到受納水體、地下水以及土壤中，其濃度較低，檢測手段復(fù)雜，但其具備的生物毒性可致癌、致畸、致突變，對人民的居住環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。本文基于部分有機污染物在雨水徑流中的來源、存在形式及其去除機制，分析陶瓷透水磚對雨水徑流中的有機物的吸附過程及去除能力。

1 雨水徑流中的污染物狀況

1.1 雨水徑流中存在的有機物

根據(jù)國外監(jiān)測數(shù)據(jù)，城市雨水徑流中有著多達(dá)650種有機污染物，這其中包括了多種C12-C20的直鏈烷烴、烯烴、多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、甲基叔丁基醚（MTBEs）、雙酚 A（PBA）、烷基酚類（APs）、鄰苯二甲酸酯（PAEs）以及多種殺蟲劑。

1.2 目前存在的部分有機物來源

海綿城市雨水徑流中的有機污染物主要來自于大氣沉降、城市材料磨損或析出、生產(chǎn)和生活活動、交通工具排放和磨損等。

C12-C20的直鏈烷烴、烯烴及多環(huán)芳烴（PAHs）主要產(chǎn)生于不完全的化石燃料燃燒，煤炭、天然氣的燃燒也會導(dǎo)致雨水徑流中的有機污染物增加。多氯聯(lián)苯（PCBs）被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，雖已被禁用多年，但在大氣沉降、水體、土壤、河湖沉積物等部分有所殘留[1]。鄰苯二甲酸酯（PAEs）是一種普遍使用的化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品，主要以塑料類城市建設(shè)材料以及交通系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)境。雙酚A（BPA）主要用于合成環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯和阻燃劑的重要材料和橡膠化工等，在其生產(chǎn)、使用及廢棄環(huán)節(jié)進(jìn)入到環(huán)境中，通過雨水帶入徑流[2]。

2 陶瓷透水磚對有機污染物的吸附去除機理

2.1 有機污染物在雨水徑流中的存在形式

有機污染物可通過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機污染物可附著于懸浮顆粒物（SS）上，因此有機污染物在雨水徑流中主要存在于溶解相和顆粒相中，表1展現(xiàn)了部分有機污染物在顆粒相的比例，其中，高分子量多環(huán)芳烴、鄰苯二甲酸酯在顆粒相中的比例較大，低分子量多環(huán)芳烴及雙酚A主要存在于溶解相中。

表1 部分有機污染物在顆粒相的比例

2.2 陶瓷透水磚對顆粒相有機污染物的去除

附著于懸浮顆粒物（SS）的有機污染物可隨著SS的去除一同被去除，因此我們在此分析陶瓷透水磚鋪裝對于SS的去除效果。采用模擬配置的初期雨水徑流樣品，按照前半小時每5min設(shè)置一梯度，后一個半小時每15min設(shè)置一個梯度，對透水鋪裝對SS的去除率進(jìn)行記錄，繪制成圖1。

圖1 陶瓷透水磚鋪裝對于SS的去除率

由圖可看出，SS去除率隨時間變化逐漸提升，最終趨于穩(wěn)定，達(dá)到94%的SS去除率。因為陶瓷透水鋪裝對SS良好的去除率，它對主要存在于顆粒相中的有機污染物去除效果好，對于PHAs的濃度消減效率能達(dá)到90%左右。

2.3 陶瓷透水磚對溶解性有機污染物的去除討論

雨水徑流中的溶解性有機物（Dissolved organic matter，DOM）是極為活躍的一種有機組分，可作為許多有機、無機污染物的遷移載體或配位體，影響其他污染物在環(huán)境中的毒性。已有的研究表明，污染物在DOM上的結(jié)合機理主要包括靜電作用、氫鍵、范德華力、配位交換和疏水吸引，非離子型有機污染物主要以疏水鍵與DOM的疏水基團(tuán)結(jié)合；含極性基團(tuán)的疏水性有機污染物與DOM可通過多種方式結(jié)合[3]，DOM的開放結(jié)構(gòu)有利于低水溶性的有機污染物向其中遷移并吸附，因此，探討DOM在陶瓷透水鋪裝的吸附行為，可以定性的分析陶瓷透水磚對溶解性有機污染物的吸附。

據(jù)報道，溶解性有機物（DOM）在砂中的吸附表現(xiàn)為大分子量物質(zhì)選擇性優(yōu)先吸附的結(jié)果，濃度越高，大分子量物質(zhì)吸附的越多，且脂肪碳的吸附親和力高于芳香碳。隨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。通過DOM和溶解性有機污染物在陶瓷透水鋪裝的吸附關(guān)系，可知陶瓷透水鋪裝對溶解性的有機污染物有吸附作用，且對脂肪碳的吸附效果優(yōu)于芳香碳。

3 結(jié)論

（1）海綿城市雨水徑流中的有機污染物主要來自于大氣沉降、城市材料磨損或析出、生產(chǎn)和生活活動、交通工具排放和磨損。

（2）有機污染物在雨水徑流中主要存在于溶解相和顆粒相中，不同種類污染物其兩相的分配方式也不盡相同。

（3）著于懸浮顆粒物（SS）的有機污染物可隨著SS的去除一同被去除，陶瓷透水鋪裝對主要存在于顆粒相中的有機污染物去除效果好。

（4）陶瓷透水鋪裝對溶解性的有機污染物有吸附作用，且對脂肪碳的吸附效果優(yōu)于芳香碳。