城市不同不透水路面暴雨径流中的大气沉降物及重金属的研究外文翻译资料

 2022-12-11 20:23:14

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

城市不同不透水路面暴雨径流中的大气沉降物及重金属的研究

Daniel Wicke *, Thomas A. Cochrane and Aisling D. OSullivan

水文与生态工程研究小组，土木与资源工程，坎特伯雷大学，私人袋4800，克赖斯特彻奇，8140，新西兰 电子信箱：daniel.wicke@gmx.de;传真： 6432758364;联系电话： 6432378364

收到2011年8月5日，接受2011年11月1日

首先发布在网上2011年11月14日

地表沉积物中各污染物质经过降雨冲刷进入地表径流中，为缓解污染物在地表径流中的积累作用，需要精确的时间和空间量化。本文克服电流采样方法的限制，研究了能快速从不透水路面聚集和洗脱污染物的系统，将超薄混凝土和两种沥青材质的平板铺设在大型停车场内的不同位置，以捕获在指定时间段内的大气干沉降的空间分布情况。实验时，将该板置于一模拟降雨系统下，然后放置在实验室中生成在受控条件下的污染物径流。调查单参数影响，包括表面粗糙度、材料组成、前期干旱天数、降雨强度、以及污染物积聚程度。该方法通过车辆流量和距离的变化来量化空间污染物（TSS，锌，铜，铅）的沉积速率的差异特征。结果表明，在停车场内gt;50米范围内的车辆未使用部分，暴露板捕获大量与该板直接暴露在相邻路径下的类似污染物，这说明了大量大气污染物之间的迁移对比。此外，需要根据其表面组成来观察沉积物中所含污染物的差异。与混凝土表面相比，从沥青板通过的径流中具有较高的锌负荷，而混凝土路面通过的径流中TSS浓度较高。该方法对个体污染物和特定集水特性之间的关系进行了调查，并对不透水表面的污染物特异性积聚和洗脱功能进行研究。

环境影响

城市雨水径流中的重金属污染对环境有很大影响并具有持久性，其中车辆交通是重金属污染物的主要来源。人们对重金属污染问题的研究十分关注，但是对其大气输送特征和在不同类型的不透水路面上的污染差异性的了解还不是很多。因此，建立准确的污染物分布模型在量化污染物方面是有必要的。本文介绍了一种新方法，能够对不同城市路面的大气沉积污染物进行空间定量分析。结果表明，大气传输距离＞50m时，不同特性的表面材料会对径流特征产生很大影响。

前言

城市不透水表面（如道路，停车场，屋顶）雨水径流被称为是重金属和其他潜在的有毒化合物的显著源。虽然最近研究出现新的污染物，如邻苯二甲酸酯（用作添加剂在塑料，尤其是在聚氯乙烯中）近来已成为关注的焦点，但重金属污染（尤其是锌、铜和铅）继续主导雨水径流的污染特性。例如，斯德哥尔摩市，制动器衬片和轮胎磨损产生的铜和锌污染物，2005年的排放量与1995年和1998年相比，相当于3,800 kg·yrminus;1的铜与5,200 kg·yrminus;1的锌。同样，最近在澳大利亚的一项研究表明，每年排放到悉尼河口的雨水，以高达3200kg·YR-1的铜，17700·YR-1的kg的锌和3600kg·YR-1的铅领先。多种研究已经确定了交通运输工具作为这些金属的一个主要来源，例如通过量化金属排放公路隧道，在悉尼市区的道路附近分析城市流动的金属污染物或者发现重金属之间的强相关性。除了交通，建筑材料，如镀锌铁和铜的屋顶是铜和锌重金属污染的重要来源。由于重金属污染的毒性，通常在雨水排水系统中未经处理的雨水径流对水生生态系统产生负面影响。

目前对于雨水径流的大部分研究集中在量化关键污染物的浓度和产量, 调查径流的生态毒性,建立污染污聚集和污染流动通道模型，或确定各种治理方法的处理效率。然而，缺少有关不透水路面大气污染物推动运输和沉积的研究以及造成雨水径流污染空间变异方面的研究。报道称，在洛杉矶的半干旱地区重金属负荷占大气沉降污染物总量的百分之五十以上。他们在顺风向10-450米的高速路上监测颗粒金属与车辆交通的情况，但没有审查的具体积聚或洗去关系不同的集水区的条件。在城市集水区（悉尼大都市区郊区）和不同的流量强度的道路旁研究重金属大气沉降的空间分布并量化污染物通量，利用塑料箱收集大气沉降物，并没有考虑城市不透水路面沉积和洗去的特点。在不同的路面类型量化污染物负荷空间变异特征需要帮助指导以及最佳管理操作。

当前有很多用于收集不透水表面污染径流的各种手动和自动采样的方法，主要包括直接采样法或在沉降期间的复合样品采样法。在野外现场主要利用人工降雨模拟器洗掉污染物，并在受控的条件下在实验室中从屋顶材料收集径流。为了进行准确、频繁，并且在放电点不提供关于空间的污染物多的信息，常常在风暴雨中直接对径流进行采样以便为估计污染物做出贡献，但它往往是有挑战性的，昂贵的和耗时的。此外，在自然降雨事件条件如先行干天数，降雨强度，和风暴持续时间内在可变性使得难以调查的单一参数对污染物的产量的影响限制的机会，以获得污染物积聚和洗去所需的功能强大的雨水建模。在该领域中使用的降雨模拟器可以克服这些限制，但输送相对大的模拟降雨和相关的部件（例如，给水箱，管路，监测仪器，功率），以一个场研究网站是后勤挑战性和耗时如果许多网站都进行调查，以获得空间分布污染物径流。为了克服这些限制，我们开发了一个易于捕捉不同不透水路面各个污染物的影响参数，描绘它们的空间差异，并开发不同类型表面雨水污染物所必需的聚集和洗脱功能。在本文中，我们在一个大的停车场的入口以及该停车场内的未被使用面积（大于50米范围内），量化TSS和重金属干沉降的差异。我们在这些地点中发现对污染物积聚和洗脱有一定影响的沥青和混凝土不渗透表面，并对其粗糙度和组合物的特性进行研究。

材料和方法

防渗板建设

用沥青和混凝土板（75厘米长times;75厘米宽times;3厘米高，eth;0.56平方米）捕捉关键污染物（金属和固体）。主要包括三种不同类型的捕集板，主要包括：光滑（3毫米以下）的混凝土板和粗（14毫米为最大）聚合沥青板。混凝土混合物从4.2千克水泥制成，2.7升的自来水以15kg5毫米碎石13.5公斤沙子，每块板使用50克（塑料）纤维，15克（聚合物）材料，和13毫升减水剂。沥青板是在商业的道路施工现场富尔顿霍根建设（基督城，新西兰）利用3毫米内或14毫米最大骨料粒径沥青构成。所有沥青板使用标准平板夯实法，使实验室沥青板的特性类似于本地道路压实。

表面粗糙度

用高程矩阵分析，生成表面形貌的三维图像描述（使用表面激光扫描器对构建的电路板​​进行表面粗糙度差异性评估），其中较深的色调代表海拔较低的矩阵。表面粗糙度估算通过确定最小和最大海拔相对于在每个板类型（具体的平均平面层：最小-0.6毫米，最大0.6毫米;平滑沥青：最小-2.4毫米，最大3.2毫米;粗沥青：最小-3.2毫米，最大5.9毫米）。从海拔矩阵量化每块板型的表面粗糙度特性衍生的表面高程标准偏差0.13毫米的混凝土，0.51毫米光滑沥青（3 mm最大骨料）0.76毫米的粗沥青（14毫米最大骨料）。光滑的沥青板的表面特性与实验中的实际停车场的位置使用的沥青板相似。

Fig. 1 三维图像作为来自于表面激光扫描器不同的板型

接触板来确定污染物的积累

不同类型的不透水表面富集的污染物用停车场内的实验板收集。一组六层板，每两个板表面类型相同，放置7天使板干燥，直接放置在主要停车场出入口（汽车无法赶过来）的路边。据预计，这个位置于接近（1米）车辆的流量将具有更高的污染物沉积。汽车使用的过程中暴露的时间传递板的数量确定的两管便携式车辆分类。第二组六块板被放置在同一时间gt; 50米的距离，距离最近用过的停车场（图2）在一个阻止断停车场在停车场内的未使用区域。该区域预计将代表污染物大气沉降不是直接由车辆通行的影响积累。一种无线相机俯瞰调查停车场，通过编程使其每隔五分钟拍照验证没有发生对实验设置有影响的情况。

Fig. 2示意图降雨模拟器（一）

模拟降雨

模拟降雨污染物洗脱过程。用一个10微米的筒式过滤器模拟降雨过程对大气中固态污染物的洗脱过滤作用。将空白对照样品和每一个洗脱过的样品进行对比分析，得到数据。对于报道雨pH值奥克兰，新西兰也见参考文献8;进水的PH值，以模拟雨水在基督城的pH值用浓硝酸调整至6.0（在校期间3降雨事件在2009年测量。间5.8和6.4），并保持在pH 6.0在整个实验。当pH调节自来水的pH缓冲容量被耗尽，从而使供给水易受pH变化如与自然降雨的情况。所有信息板应用为120mm·HR-115分钟前曝光强度最高的设置进行与模拟降雨的初步冲洗。对照样品，在洗涤步骤结束时取，表明一些锌主要是释放出粗沥青板（1.5微克L-1从混凝土，7.4微克L-1从平滑的沥青，47.2微克L-1的由粗沥青），但没有铜，铅或TSS。后板被部署在研究领域的网站为7天的指定时间段，它们被收集（在运输过程中仔细遮盖由纸板片，以防止潜在的交叉污染），并在实验室中模拟降雨下放置在4度的倾斜产生地表径流，从而确定污染物的积累速度。为22mm甲降雨强度每小时，这相当于上降雨强度在本地集水，23加40分钟的每个实验运行，导致每个实验运行14.7毫米雨量深度这相当于一个2年一遇的基督城，新西兰2小时降雨事件。雨量速度和由模拟降雨和从天然存在的邻近所研究的领域站点降雨产生液滴尺寸分布是使用PARSIVEL激光（奥特，德国）进行测量。模拟降雨液滴尺寸分布为20mm的峰强度，观察每小时自然降雨模式和0.5毫米的液滴尺寸的峰（图3）。

Fig. 345分钟的自然风暴事件的平均液滴尺寸分布相比于由模拟降雨在22毫米高-1产生雨水（20毫米-1峰强度）。

化学分析

从实验板径流收集样品，在0，5，10，20和40分钟的间隔内应用模拟降雨系统。样品瞬间测量pH值和浊度与仪器的实验运行得到的数据进行校准。重金属（锌，铜和铅）通过ICP-MS（安捷伦）以下APHA方法3125B制备HNO3消化0.24金属总硝化后，通过充分混合样品在磁力搅拌板和转移25毫升到50毫升的聚丙烯进行了分析离心管中。加入5毫升浓（69％）硝酸（费舍尔，痕量分析级）后，将试管置于加热块和样品煮沸1小时。冷却样品，然后通过封装的0.45微米PVDF过滤器（47毫米，Labserv）过滤并通过ICP-MS分析。总悬浮固体（TSS）内24小时以下APHA方法2540D.24溶解有机碳使用通过封装0.45微米PVDF过滤器过滤样本阿波罗9000 TOC分析仪（Teledyne公司TEKMAR，美国）（DOC）的浓度进行了分析（47测定毫米，Labserv）之前分析。实验通过做空白对照，重复实验（样本的10％）和仪器校准对，以保证实验结果的准确性。同时，实验使用Horiba LA-950激光散射粒径分布分析仪测定颗粒粒径分布特征。

结果和讨论

重金属和TSS

总重金属（锌，铜，铅）、三个不透水表面类型的径流量、以及总悬浮固体（TSS）的浓度分布特征如图。所有污染物和所有三个不透水地表类型的两个位置径流中金属和TSS浓度呈下降趋势。模拟暴雨10-20分钟中的，金属和TSS浓度下降到lt;其初始浓度的15％，可以注意到,显示出明显的第一冲洗行为报告在18，19，23处，然而，不同表面类型之间有明显的差异。

图4锌（A，D），铜（B，E）和铅的4浓度（C，F）在由不同的粗糙度在两个不同的位置（停车场入口和一个停车场的未使用部分中暴露7天的混凝土和沥青板径流量“50米距离的交通，N =2）

图.5 TSS浓度和浊度（A，D），pH值（B，E）和DOC的浓度（C，F）在由不同的粗糙度的混凝土和沥青板在两个不同的位置径流量（停车场入口和未暴露7天后的停车场“50米距离通信部分，N =2）

对于TSS，从混凝土表面洗掉悬浮颗粒具有较高的初始浓度（例如在停车场入口87毫克每升的TSS）与粗糙（42毫克每升）或平滑（27毫克每升）沥青表面。三种铺路材料之间不同的表面粗糙度被认为是具有影响的粒子（即TSS）变位。颗粒沉积在光滑混凝土表面与在仅仅0.13毫米高程的标准偏差可以在洗去型相比，粗糙沥青表面更容易被移去（4和6倍的标准偏差在海拔造成空腔;图1），其更深的空腔和所述材料防止颗粒免受洗掉更大的粘合力。这意味着，洗掉沉积颗粒的一定比例的期间被保持背部在两种的空腔沥青类型，导致所观察到在径流量的较低的TSS浓度。粗（14毫米）沥青与平滑（3毫米）的沥青相比，显示出较高的TSS浓度径流量，这表明相比光滑的沥青路面来说，粗沥青路面中的污染物更容易积聚并洗掉。

在t = 0（第一径流量立即模拟降雨应用以下）从设置在停车场出口暴露的板最大总重从粗沥青和11.3微克铅L-1的从

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[30970]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章