河道護(hù)岸是水體與陸地的過渡帶,承擔(dān)著固定岸坡、為生物棲息提供場(chǎng)所的功能。由于人們對(duì)河道防洪排澇功能的片面認(rèn)識(shí),硬質(zhì)護(hù)岸被廣泛應(yīng)用在城市各級(jí)河道中,導(dǎo)致了水體自凈能力削弱及河流生態(tài)環(huán)境退化等問題。護(hù)岸生態(tài)化改造技術(shù)對(duì)河流水環(huán)境改善具有重要意義。多孔混凝土和泡沫陶瓷這兩種輕質(zhì)材料因價(jià)格便宜、制備工藝簡(jiǎn)單在河道護(hù)岸生態(tài)化改造方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前多孔混凝土和泡沫陶瓷的應(yīng)用還局限于新建護(hù)坡或土坡改造,在直立式硬質(zhì)護(hù)岸生態(tài)改造方面有應(yīng)用潛力。通過材料強(qiáng)度、植生特性和凈水效果的對(duì)比試驗(yàn),得到泡沫陶瓷和多孔混凝土的最佳孔隙率與配合比。多孔混凝土試塊最佳孔隙率為30%,最佳配合比為粒徑10-20mm,水灰比0.3;泡沫陶瓷試塊最佳孔隙率為40%,最佳配合比為孔隙直徑1-2mm,造孔劑比0.25。在最佳孔隙率和配合比條件下進(jìn)行護(hù)岸改造模擬實(shí)驗(yàn),考察不同季節(jié)和不同流速條件下兩種材料的表面生物膜結(jié)構(gòu)和對(duì)水質(zhì)的凈化效果。結(jié)果表明:在水流流速為V=0.03 m/s時(shí),生物膜形成波浪狀結(jié)構(gòu)和絲狀結(jié)構(gòu),生物膜厚度和微生物菌落總數(shù)為776μm和3.42×10~8 CFU·mL~(-1),生物膜中的好氧、厭氧和缺氧細(xì)菌都發(fā)育良好,水中COD、NH_3-N、NO_3-N、TN和TP去除率為64.0%、67.7%、60.3%、65.1%和46.9%。春季時(shí)由于藍(lán)藻的抑制作用,材料表面生物膜發(fā)育程度較低,生物膜厚度和微生物菌落總數(shù)分別為242μm和1.35×10~8 CFU·mL~(-1),水質(zhì)改善效果差,COD、NH_3-N、NO_3-N、TN和TP去除率分別為35.6%、-6.5%、38.7%、1.2%和39.1%;夏季時(shí)生物膜生長(zhǎng)情況優(yōu)于春季,達(dá)到547μm和2.02×10~8 CFU·mL~(-1);秋季時(shí)材料表面微生物數(shù)量和群落多樣性達(dá)到頂峰,為776μm和3.18×10~8 CFU·mL~(-1),水質(zhì)改善效果達(dá)到一年四季中最佳,去除率分別為52.6%、60.4%、52.0%、58.3%和56.9%;冬季時(shí)氣候寒冷,生物膜較厚但活性微生物減少,為974μm和1.94×10~8 CFU·mL~(-1)。通過優(yōu)化多孔混凝土掛板結(jié)構(gòu)和篩選掛板植生植物,強(qiáng)化多孔混凝土掛板水質(zhì)凈化效能。結(jié)果表明:對(duì)比普通混凝土掛板COD、NH_3-N、TN和TP的去除率40.7%、40.3%、31.4%和43.2%,植生后的掛板水質(zhì)改善效果無顯著提高,去除率分別為44.8%、42.9%、34.5%和46.4%;結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的植生掛板水質(zhì)改善效果有顯著提高,去除率到達(dá)62.9%、61.8%、59.7%和64.7%。微生物群落分析表明:結(jié)構(gòu)優(yōu)化多孔混凝土掛板材料,填料和植物根系為微生物的附著生長(zhǎng)提供了良好的條件,豐富了微生物多樣性,Hydrogenophaga(嗜氫菌屬)、Pseudomonas(假單胞菌屬)、Nitrospira(硝化螺菌屬)等功能性微生物總量增加,有利于水質(zhì)改善。將經(jīng)過植生強(qiáng)化的多孔混凝土掛板應(yīng)于到宜興市社瀆港硬質(zhì)岸坡生態(tài)改造工程,示范工程中的多孔輕質(zhì)掛板在現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)中COD、TN、TP平均削減效果達(dá)到42.1%-59.1%、37.9%-60.3%、41.2%-63.9%和40.2%-53.7%。實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)和示范工程為在越南河道開展岸坡生態(tài)化改造工作提供了技術(shù)范例和經(jīng)驗(yàn)積累。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV861
【部分圖文】：

東南大學(xué)博士學(xué)位論文參考國(guó)內(nèi)外與直立式硬質(zhì)護(hù)岸生態(tài)改造相關(guān)的文獻(xiàn)后，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的次試驗(yàn)研究的思路框架體系。從多孔輕質(zhì)材料的選擇入手，確定兩種土作為本次研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過設(shè)定不同的孔隙率、孔徑以及材料的輕質(zhì)材料，進(jìn)行相互對(duì)照。再?gòu)闹采阅軐?shí)驗(yàn)、抗壓實(shí)驗(yàn)、孔隙率和性實(shí)驗(yàn)、凈水實(shí)驗(yàn)等五個(gè)方面來確定最優(yōu)的輕質(zhì)材料類型與結(jié)構(gòu)。然數(shù)據(jù)反映實(shí)際工程效果。具體技術(shù)路線圖見下圖 1-1。

東南大學(xué)博士學(xué)位論文。分別稱取定量的水泥陶粒和拌合水，先將陶粒倒入攪拌機(jī)里面，再加入一點(diǎn)水使陶粒表20 秒后將水泥慢慢加入攪拌機(jī)，攪拌 30 秒，等陶粒表面均勻包裹一層水泥時(shí)，加入剩余攪拌大約 3 分鐘。在陶粒表面的水泥漿體厚度均勻時(shí)，停止攪拌[73]。（2）成型方式為保證陶粒和水泥均勻分布，避免混凝土分層現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)不使用震動(dòng)成型方法，而是用來將陶�；炷猎噳K成型。采用靜壓成型方法，其保證要素是成型壓力和保證時(shí)間的確定型壓力大就會(huì)破壞陶粒結(jié)構(gòu)，而壓力太小會(huì)影響成型混凝土強(qiáng)度。另外，由于混凝土混合的拌合水，在短時(shí)間必須完成混凝土成型工作，避免混凝土失去流動(dòng)性，而水泥失去膠結(jié)。（3）養(yǎng)護(hù)方式多孔混凝土試塊的養(yǎng)護(hù)分為蒸汽養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件、簡(jiǎn)單操作要素準(zhǔn)方法作為混凝土養(yǎng)護(hù)方法。由于多孔混凝土的孔隙較大，其水分揮發(fā)速度遠(yuǎn)超過普通混實(shí)驗(yàn)室制作的多孔混凝土試塊成型后，連同模具一起放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)。第二天進(jìn)行拆模試塊繼續(xù)放于恒溫養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28 d，養(yǎng)護(hù)溫度為 20±2℃，相對(duì)濕度為 95%[74]

圖 2-2 制作泡沫陶瓷Figure 2-2 Production of foam ceramic沫陶瓷的原料投放在箱式里，再施加壓力，然后放入電熱干燥爐中在 100oC 下干燥后，將原料放在電爐中慢慢加溫 5-10 分鐘，電爐必要溫度達(dá)到 1250oC，維持溫度冷卻，即得到成型泡沫陶瓷[63,65]。表 2.4 陶瓷化學(xué)成分Table 2.4 Foam ceramic chemical compositionSiO2Al2O3Fe2O3TiO2MgO CaO K2O Na2O 燒失69.35 15.21 2.51 0.44 3.09 1.61 3.18 1.47 0.1隙率測(cè)定
【參考文獻(xiàn)】

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