农田生态沟渠护坡用生态混凝土净水影响研究

梁世君 许立宏 曹玉成

摘 要：通过室内模拟试验，研究了3种不同粒径与CMC掺量制备的生态混凝土对富营养化污水的净化效果。结果表明，整个试验周期内，A组（5～10mm粒径碎石骨料与0.05%掺量CMC）、B组（10～20mm粒径碎石骨料与0.1%掺量CMC）和C组（20～40mm粒径碎石骨料与0.15%掺量CMC）TP表面去除负荷分别为0.919g·m-3·d-1、0.722g·m-3·d-1和0.600g·m-3·d-1;TN表面去除负荷分别为5.756g·m-3·d-1、5.912g·m-3·d-1和5.949g·m-3·d-1;COD表面去除负荷分别为52.726g·m-3·d-1、53.710g·m-3·d-1和53.704g·m-3·d-1。说明生态混凝土净化污水的能力受粒径与CMC掺量的影响较大。

关键词：生态混凝土;粒径;CMC;污染去除效率

中图分类号 S18  文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）19-0140-04

Study on Water Purification Effect of Ecological Concrete for Slope Protection of Farmland Ecological Ditches

LIANG Shijun et al.

（College of Environment and Resources， Zhejiang A & F University， Hangzhou 311300， China）

Abstract： The purification effect of three kinds of ecological concrete with different particle size and CMC dosage on eutrophication wastewater was studied by laboratory simulation test. The results show that， During the whole test period， group A（5-10mm gravel aggregate and 0.05% CMC）， group B（TP surface removal loads of 10-20mm gravel aggregate with 0.1% CMC and group C（20-40mm gravel aggregate with 0.15% CMC） were 0.919g·m-3·d-1， 0.722g·m-3·d-1 and 0.600g·m-3·d-1， respectively. TN surface removal loads were 5.756 g·m-3·d-1， 5.912g·m-3·d-1 and 5.949g·m-3·d-1， respectively. The surface removal loads of COD were 52.726 g·m-3·d-1， 53.710g·m-3·d-1 and 53.704 g·m-3·d-1， respectively. It shows that the capacity of ecological concrete to purify sewage is greatly affected by particle size and CMC content.

Key words： Ecological concrete; Particle size; CMC; Pollution removal efficiency

1 引言

生態护坡是为了解决传统护坡所造成的问题而提出的重要理念，结合工程力学、土壤学、生态学与植物学，满足工程性能的同时，保证环境与工程相容。生态护坡的核心在于将植物与工程材料相结合，在工程上减缓水流对坡面的侵蚀，防止边坡水土流失，确保边坡稳定，在生态上满足生态平衡需求，构建适合植物、鸟类、水生动物和微生物需要的生态圈，保留工程性，加强生态性，达到可持续发展的目的[1-3]。生态混凝土护坡因具备混凝土结构的强度、空隙可供微生物生长、具备污染吸附性能以及可在坡面种植植物等优势，充分满足了生态多样性、净化水质以及美化景观等需求，具备良好的发展前景。

生态混凝土因其内部的空隙结构也被称为多孔混凝土，较高的空隙率和较大的比表面积使其能够提供植物、微生物的生长空间以及具备良好的污染吸附能力，通过自身的吸附以及微生物的协同作用，起到改善水质的作用[4]。其主要影响因素在于所采用的骨料种类与所用骨料的粒径，不同粒径的骨料会影响生态混凝土的强度与孔隙度，进而影响到其工程性能与净水能力[5]。

CMC全称为羧甲基纤维素，在混凝土制备中，可作为增稠剂，改善水泥浆的粘聚性和保水性能提高水泥的抗离析性，增强混凝土后期强度。CMC形成的膜结构可以覆盖混凝土表面，减小混凝土在水中释碱对环境造成的冲击，增强混凝土常年在水中的耐久性，同时可以在固定微生物，为微生物提供营养物质，增强混凝土生物去除污染的能力[6]。

本研究在保证空隙率为25%的前提下，以3种不同粒径的碎石骨料（5～10mm、10～20mm和20～40mm）和3种不同浓度的CMC（0.05%、0.1%和0.15%）为试验材料，构建出3套生态混凝土净水系统，通过室内动态过水模拟试验，研究其对富营养化水体的净水效果，为河道、沟渠的生态护坡改造提供设计数据。

2 材料与方法

2.1 供试材料

2.1.1 水泥 采用国标普通硅酸盐P.O52.5水泥，属于高标号水泥，具备凝结时间快、强度高、硬度高、稳定性好、可塑性强等特性。试验所用水泥产自硕顺建材，其内控指标如表1所示。