城市道路徑流中重金屬污染現狀及控制策略★

韋毓韜 熊家祺 張校源 劉 麗 李文婷 胡險峰 姜應和

(武漢理工大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430070)

隨著城市的快速發(fā)展和工業(yè)化進程的加快，受汽車的普及以及大量廢棄物丟棄等人為活動的影響，大量重金屬污染物以顆粒物或溶解態(tài)的形式附著在地面，經過降雨沖刷后，使城市受納水體受到較嚴重的面源污染[1]。目前我國所面臨的面源污染的主要問題為水體的黑臭現象[2]，目前眾多地方針對黑臭水體現象已經開始了有效的研究和治理。但在面源污染中，仍存在一些表觀不明，且具有長期危害性和累積性的的污染，如重金屬污染。我國開展重金屬監(jiān)測的地區(qū)主要集中在一些重要城市，結果表明這些地區(qū)都受到不同程度的重金屬污染，但對于重金屬污染的治理工作開展得卻少之又少。本文研究主要針對Cu,Zn,Cd,Pb等重金屬，通過對其來源、分布以及遷移轉化過程的分析，提出一些對道路徑流中重金屬污染控制的措施。

1 重金屬的來源及危害

城市道路徑流污染作為面源污染的一部分，其所含污染物成分的含量與其危害程度相關。道路表面會受汽車尾氣的排放、油脂的泄漏和輪胎的磨損等影響累積大量的懸浮顆粒物、重金屬和多環(huán)芳烴等污染物質[3]，同時一些廢水的散排、大氣降塵、土木工程施工、廢棄物的丟棄等都會產生不同程度的重金屬污染。

重金屬具有不可降解性，一旦產生就難以消除，且重金屬對環(huán)境和人體的危害極大，重金屬污染物經道路徑流沖刷排入受納水體后，在藻類與底泥中累積，被魚類與貝類吸收，從而會在水環(huán)境中隨食物鏈傳遞而逐級放大，Cu，Zn，Cd雖然為人體必需的元素，但如果人體攝入過量，會對身體有不同程度的危害。Pb不是人體的所必需的元素成分，攝入人體后只會對人體有害，值得特別注意的是重金屬對人體的危害是不可逆轉的[4]。

2 道路徑流中重金屬污染現狀

我國城市雨水徑流面源污染研究起步較晚，20世紀80年代首先在北京開始，隨后在杭州、蘇州、南京、西安、青島等城市相繼開展過相關研究[5]，我國一些主要城市曾對道路徑流中重金屬污染進行過監(jiān)測，相關的監(jiān)測結果如表1所示[6-13]。

表1 各城區(qū)道路雨水徑流中重金屬含量

從監(jiān)測結果可以發(fā)現，烏魯木齊與沈陽的重金屬污染程度低于其他幾個城市，我國多數城區(qū)雨水徑流中的重金屬污染高于國外一些城區(qū)，其中以合肥市經開區(qū)路面徑流中Pb，Cd的污染程度最為嚴重。

重金屬污染物在自然界中會以顆粒物、游離態(tài)、共價結合態(tài)、絡合配位態(tài)以及超分子結合態(tài)的形式存在，在道路表面重金屬大部分常以顆粒狀和粉塵的形式附著在地表面上。經過雨水沖刷，使道路徑流中的重金屬含量提高，道路徑流排入受納水體后，重金屬會在受納水體中富集，使得水體受到重金屬污染。在環(huán)境—植物—人體的循環(huán)模式中，最終對人體自身產生不可消除的影響。

3 道路徑流重金屬污染的控制策略

雨水徑流中重金屬污染一般不高，所以其治理方法不同于工業(yè)污水中重金屬治理的方法，可以通過源頭控制、遷移途徑控制和終端控制等方法來減少雨水徑流中的重金屬污染。

3.1 源頭控制

源頭控制是指從源頭上控制污染物的排放，將排放的污染物量盡可能降至最低值。

重金屬污染物主要來源為工業(yè)排放以及汽車尾氣。對于工業(yè)排放，企業(yè)本身應控制每日排放量，盡可能地降低污染物水平；同時加大管理，將重金屬排放納入實時監(jiān)控，對于超標或違反規(guī)定的企業(yè)給予嚴重處罰。汽車尾氣污染主要是含鉛汽油的燃燒氧化，汽油中約70%的鉛可通過汽車排氣管進入大氣。雖然我國從2000年開始全面推行無鉛汽油，但在2006年一次對車用無鉛汽油產品質量抽樣調查中發(fā)現[14]，90號無鉛汽油合格率為78.6%，93號無鉛汽油合格率為80.6%。由此可以看出，無鉛汽油的推行并沒有全面落實，所以仍然需要加強對無鉛汽油的管理。

3.2 遷移途徑控制

遷移途徑控制指在雨水徑流污染物的輸送和擴散途徑中，采取一定的措施，減少排入水體的污染物量。增大路面透水率和透水面積，通過路面集料對道路雨水徑流中重金屬進行吸附、沉淀及靜電吸引，可去除徑流中的重金屬，從而降低道路徑流對受納水體造成的重金屬污染。

Legret M[15]的研究發(fā)現，透水性瀝青路面對徑流中固體顆粒物的阻流作用可以提高其對重金屬去除作用效果。趙曜[16]對3種不同 組成的透水性瀝青路面進行過重金屬去除研究，道路由透水性瀝青面層、透水性瀝青穩(wěn)定碎石基層、土木織物和蓄水層構成，蓄水層分別用粗集料玄武巖集料、細集料石灰?guī)r集料以及粗細結合的石灰?guī)r和玄武巖集料；采用人工降雨的方式，配制含Pb,Zn溶液的初始水樣，經過透水性瀝青路面模型的過濾，采集過濾后徑流樣品，三種不同類型的路面模型對Pb,Zn的去除率如表2所示。由表2可知，粗細集料結合的蓄水層形式對兩種重金屬的去除效果最佳，兩種集料對重金屬Pb的去除效果改善有限，對Zn的去除效果改善良好。透水性路面不僅可以起到降低徑流重金屬污染的效果，同時對補充地下水也可起到一定的作用。

表2 透水性瀝青路面對重金屬的去除率 %

除了采用透水性路面可以起到去除道路徑流中的重金屬外，復合生物滯留技術也能起到對道路徑流重金屬的去除作用。生物滯留池對徑流的凈化主要是通過填料的過濾與吸附，植物根系的吸收來實現。生物滯留技術具有高效的水量削減和水質控制作用，并且還兼具生態(tài)功能和景觀效果，在許多城市都得到了應用。MUTHANNA等[17]通過對挪威3條不同類型道路生物滯留池重金屬濃度的監(jiān)測發(fā)現，生物滯留池對融雪水中顆粒態(tài)的Cu,Zn,Pb,Cd的最高去除率分別為90.4%,97.5%,99.4%,94.1%。

3.3 終端控制

城市道路形成的雨水徑流，可以通過收集進入市政管網，并對其中的重金屬污染物進行專門的處理。人工濕地技術是通過模擬自然濕地而人為設計與建造的，具有可控性和工程化特點，以基質、植物和微生物協同通過物理、化學和生物作用進行污水處理的自然生態(tài)系統(tǒng)[18]。利用人工濕地技術去除徑流中的污染物，是終端控制重金屬污染的一種有效措施。

A.Ghermandi等[19]通過自由水面人工濕地技術處理廢水發(fā)現，自由水面人工濕地對BOD,COD,TSS以及重金屬都有一定的去除效果，其中對重金屬Cu,Zn,Cd,Pb的去除率分別為39%,37%,32%和20%。由此可見，自由水面人工濕地技術對重金屬的去除率雖然不高，但仍具有一定的去除效果。

曹婷婷[20]對皂河5種不同工藝的人工濕地對重金屬的去除進行過研究，試驗采用連續(xù)進水的方式，由泵將皂河河水提升至配水井，由配水井向各系列配水，經過各系列處理之后的污水匯集到集水池之后排入皂河中，人工濕地上種植的植物為蘆葦。不同系列對不同重金屬的去除率如表3所示。從表3可知，各系列的復合型人工濕地對重金屬Cd,Pb的去除率均較高且穩(wěn)定，具有表面流組成的人工濕地對Cu,Zn的去除率不是很穩(wěn)定，且系列5中Cu,Zn在出水口的含量較進水口高，可能是皂河人工濕地運行時間過久，運行期間并未對人工濕地內的基質和植物根部進行處理，使人工濕地內的基質和植物根部等吸附介質接近飽和狀態(tài)，基質中Cu,Zn含量較高，釋放速率大于吸附速率，導致出水口中的Cu,Zn濃度升高[21]。

表3 人工濕地對重金屬的去除率 %

4 結語

道路徑流中的重金屬污染來源較廣，其危害是漸漸的、長遠的和不可逆的，必須對該污染加以控制。道路徑流中的重金屬污染可以從源頭、遷移途徑和終端幾個方面分別加以控制。

道路徑流重金屬污染的控制技術尚處于研究階段，由于我國對這方面的研究起步較晚，加上技術與設備上的限制，許多研究并未應用于實際工程。就現已取得的相關研究成果而言，仍有許多問題值得深入研究，如對路面材料、人工濕地基質、植物根系吸附重金屬飽和后的再生處理，重金屬的回收儲存及利用。水體重金屬污染目前雖然對環(huán)境及人體的危害不是很直觀，但作為一種只要產生就不可消除的污染，必須加以重視和嚴格控制，防止進一步惡化。我國幅員遼闊，水資源缺乏，如何利用好現有的水資源，避免其受到污染，是當今必須重視的問題。

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