路面清掃對地表徑流污染控制研究

王 盼，肖 震，柯 杭

[1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092；2.上海市排水管理事務中心，上海市200085]

0 引 言

地表雨水徑流已成為影響河道水環境質量的主要因素之一[1]。國內外研究實踐表明，綠色源頭LID控制設施是雨水徑流污染控制的重要工程措施[2，3]，我國近年來也持續開展海綿城市建設，大量LID 工程建設推廣[4-6]。但傳統雨水花園、植草溝等設施需要一定的場地條件實施且服務面積有限，在高密度既有城區推廣應用困難。針對高密度建成區、污染控制工程措施實施難度大的特點，考慮到大部分徑流污染物直接來自于地面積聚的污物（如大氣污染沉降物、垃圾、輪胎摩損、路面材料的破碎與釋放物等）[7，8]，路面清掃是一種有效控制路面徑流污染的非工程措施[9，10]，其對污染物的去除效果與清掃形式、清掃設備及頻率等密切相關。

本文選取蘇州市某建成區為研究區域范圍，篩選代表性主干路、次干路、廣場，研究人工作業、機械作業等不同清洗方式對道路路面污染物的去除效果，同時與LID 等工程措施進行經濟性對比分析，為當地道路養護部門工作提供指導建議。

1 材料與方法

1.1 研究區域

研究區域位于蘇州市平江新城區域，城市建設用地中約75%為已建成用地，以居住用地為主，其次為道路交通用地、綠地與廣場、商業用地、工業用地、公服用地等。研究所選道路為區域內的主干路、次干路，主干路為雙向八車道，道路寬度約36 m，次干路為雙向四車道，道路寬度約20 m，廣場路面約10 000 m2。

1.2 采樣方法

依據《城市道路塵土量檢測方法及限值》（SZDB/Z 162-2015）[11]中采樣方法要求，在選取的代表性主干路、次干路和廣場上，選取不同點位采樣，機動車道選取最外側車道，采樣區域內選取3 個采樣點，即框定3 個面積1 m×1 m 的道路路面，每個采樣點位于距道路路牙不小于0.5 m 的位置。采樣點相距在2～2.5 m 之間，采樣區域內無油漬、痰跡、明顯垃圾等。具體采樣點分布及參數示意見圖1。

圖1 采樣點示意圖

在采樣點范圍內，用水濾式干濕真空吸塵器（額定功率1.8 kW）采集路面污染物。在路面干燥的情況下，針對單個采樣點吸塵至少三次，再將路面噴濕，且不形成徑流，再吸塵至少三次，連續完成3 個采樣點的吸塵，以上步驟為一次采樣。

完成一次采樣后，將所有采樣點的混合懸濁液從吸塵器中轉移到容器內，并沖洗吸塵器各個部件至少三次。樣品用蒸餾水定容至1 L，測試SS、COD、TN、TP、Pb 等指標。

1.3 分析方法

SS、COD、TN、Pb 測試采樣國家標準方法。懸浮物SS 測試采用重量法，化學需氧量COD 測試采用快速消解分光光度法，TN 測試采用過硫酸鉀氧化分光光度法，Pb 測試采用原子吸收法。

將懸浮物按照粒徑分級，將樣品按粒徑分為5個區間[12，13]：小于20 μm，20～75 μm，75～150 μm，150～300 μm，大于300 μm，將樣品依次按所劃分粒徑段進行篩分。

2 結果與討論

2.1 不同道路路面清掃方式研究

常用的路面清掃包括機械作業和人工作業，機械作業指使用機動車輛、設備進行的道路清掃保潔作業，包括機械掃路、機械洗掃、機械清洗沖刷、機械灑水和噴霧、機械吸塵等作業方式，常用作機動車道清掃作業；人工作業指使用人力進行的道路清掃保潔作業，包括人工清掃、人工撿拾、果皮箱清掏、果皮箱清潔等作業方式，常用作人行道、廣場、小區等清掃作業。

通過調研，蘇州市常用機械作業包括機械清掃作業、機械清洗作業等，機械清掃作業指利用機械控制的掃刷，對城市道路進行恢復原狀的環衛清潔作業。機械清洗作業指利用帶有噴嘴和掃刷等裝置的機械化洗掃一體設備，采用一定水壓的水流沖擊路面污染物，并使清洗路面后的污物和污水等一并掃刷吸附進隨車容器內的環衛清潔作業，作業通常在機械化清掃作業后。研究考察旱天情況下不同機械清掃、機械清洗和人工清掃方式及機械清掃時速對污染物的去除效果。

試驗考察了不同等級道路廣場機械清掃（福龍馬FLM5180TSLDF6 掃路車、德國哈高HakoCitymaster 600 掃路車）、機械清洗（中聯ZLJ5160TXSE4洗掃車）、人工清掃等方式對路面污染物的去除效果。研究過程中采用不同清掃方式對不同路面開展清掃，具體效果見圖2。可以看到，不同方式的清掃對路面的SS、COD、TN、Pb 等污染物均有較好的去除效果。對于SS 污染物指標，經過道路機械化清掃作業后，次干路機動車道、非機動車道的SS 濃度可降低約20%，再經過機械化清洗作業后，SS 濃度進一步降低約20%～30%，廣場人工清掃對SS 也有較好去除效果。對于COD 污染物指標，經過機械化清掃作業后，次干路機動車道、非機動車道的COD 濃度降低較少，但經過機械化清洗作業后，COD 濃度降低明顯，比例約40%。主要原因為路面有機物污染多為溶解性，清洗作業時，利用水流沖刷路面，污染物溶解后經真空吸入至清洗車內。此外，機械化清洗作業后，路面TN 污染物濃度降低約13%、Pb 污染物濃度降低40%。主要原因為路面Pb 類污染物主要以顆粒態形式存在[14]，通過機械化清掃可伴隨著SS 一同去除。

圖2 不同清掃方式的污染物去除效果（單位：mg/L）

污染物形態與顆粒物有著密切的關系，為了進一步明確不同清掃方式后，不同粒徑區間顆粒分布，分析了不同類型道路清掃后各顆粒粒徑段中的SS濃度，具體見表1。可以看到，路面清掃前后SS 污染物顆粒粒徑多集中在20～75 μm之間，占整個污染物比例約90%以上，這一結論也與相關研究中一致[14，15]，當降雨發生后，雨水徑流挾帶的污染物中以小于75 μm的特細顆粒為主。值得注意的是，路面清掃對粒徑大于150 μm的大顆粒污染物去除效果較好，對微小粒徑污染物去除相對較弱。該部分顆粒將是雨水徑流的主要污染物，應通過其他措施去除。

表1 不同清掃方式后不同粒徑區間懸浮物濃度比例

2.2 清掃作業速度的影響研究

為保障清掃效果，道路清掃機械作業設備車速一般不應太高，根據江蘇省地方標準《城市道路環衛機械化作業質量標準》（DGJ32/TJ 172—2014）[16]的相關規定，機械化清掃作業行駛速度宜不超過10 km/h，機械化保潔作業行駛速度宜不超過15 km/h。為考察機械設備清掃作業速度的影響，研究車速在10 km/h、15 km/h 下的清掃效果。設備車輛為德國哈高HakoCitymaster 600 掃路車，路段選取上述次干路。清掃效果見表2。可以看到，清掃作業速度為10 km/h時，對路面污染物去除效果可提升近10%。因此，建議實際機械化清掃作業時清掃時速控制在10 km/h，不應超過15 km/h。

表2 不同清掃作業速度對污染物去除效果

2.3 不同道路徑流污染控制方式分析

由于汽車尾氣排放、汽車橡膠輪胎老化磨損、車體自身的磨損、路面材料的老化磨損、殺蟲劑和肥料的使用、丟棄的廢物、空氣的干、濕沉降（工業粉塵、建筑揚塵）等原因，道路雨水徑流通常存在污染負荷高、污染成分和影響因素復雜等特點。國內外常用的道路徑流污染控制方式主要包括工程類措施和非工程類措施。工程類措施包括截污裝置、過濾設施、透水鋪裝、生物滯留設施、植草溝、雨水塘、雨水濕地等源頭LID 設施。不同LID 控制設施對污染物去除效果較好，如生物滯留設施對SS 去除效果在75%～90%，透水鋪裝對SS 去除效果在80%～90%左右[8]。但是源頭LID 設施功能的充分發揮需要考慮服務面積、土壤基質、水文地質條件、周邊環境和后期維護等多方面限制條件。表3 總結了四類LID 設施的應用條件及建設運維成本。可以看到，各項LID 設施的使用壽命在10～20 a，建設運維成本也不盡相同，其中生物滯留設施的運維成本相對較高，主要是對設施的植物進行常年維護。

表3 不同LID 設施應用條件及建設運維成本

非工程類措施主要指通過加強管理來達到控制道路污染的目的，通過控制污染源來降低路面徑流中污染物的含量。非工程措施主要包括加強道路運輸管理和路面清掃。

管理措施主要是通過加強管理和公眾教育來實現路面徑流污染的削減，包括源頭控制、維護及公眾教育與參與，這些措施在發達國家受到特別的重視。源頭控制、維護包括以下幾個方面[8]：（1）強化路面交通管理，應適當控制車輛行駛，盡可能減少因加速、減速、剎車和啟動等帶來的污染；實施嚴格的車輛漏油、尾氣排放超標控制等。（2）路面養護，及時進行雨水口清理、違法排污控制等。（3）加強對道路及周邊綠化帶的維護和管理。（4）選用安全的道路建筑材料、除草劑等。

常規的路面清掃最多只能去除30%的污染物。因為路面清掃對粒徑較大的顆粒物（大于200 μm）有較好的去除效果，而對粒徑較小但污染潛力較大的細小顆粒則難于去除，所以其控制污染的能力受到了限制。根據前述實驗結果，蘇州市研究區域由于采用了較為先進高效的清掃機械設備和清掃頻率，機械化清掃以不低于2 次/d 的頻率進行作業，機械化清洗以不低于2 次/周的頻率進行作業。因此，對路面污染物的去除率可達到40%～50%，但隨之帶來養護成本的提高，考慮人工費、物資消耗費、機械使用費、企業管理費等因素，對于平江新城機械化清掃作業，每年養護成本約0.45 元/m，對于區域內機械化清洗作業，每年養護成本約0.6 元/km，對于人工清掃，每年養護成本約9～15 元/m2，綜合清掃養護成本約10～16 元/m2/a。但與上述源頭LID 設施運維成本相比，清掃養護的成本更低。但路面清掃后小于75 μm的特細顆粒仍大量存在，若不加以控制，會引起水體污染。

因此，應選用適宜的源頭LID 設施，對路面污染物進一步去除。同樣地，由于高效率、高頻次的路面清掃，進入LID 設施的污染物會進一步降低，LID 設施的去除效果和運行使用周期進而增強延長，運維成本則會下降。

3 結 論

（1）經過道路機械化清掃作業后，路面SS 污染物濃度可降低約20%，再經過機械化清洗作業后，SS濃度進一步降低約20%～30%，人工清掃對SS 也有較好去除效果。機械化清掃作業對路面COD 污染物濃度作用較少，但機械化清洗作業后，COD 濃度可降低40%。此外，機械化清洗作業后，Pb 污染物濃度可降低40%。

（2）路面清掃對粒徑大于150 μm的大顆粒污染物去除效果較好，對微小粒徑污染物去除相對較弱。該部分顆粒將是雨水徑流的主要污染物，應通過其他措施去除。

（3）路面清掃非工程措施綜合清掃養護成本約10～16 元/m2/a，低于源頭LID 設施運維成本。針對不同區域，應選擇適宜的LID 設施與路面清掃等聯動實施，提高污染物去除效果的同時降低運維成本。