某公路目标路段路面径流处理的实验室模拟研究

运 荷，康春莉

(吉林大学环境与资源学院，长春130026)

在建的前嫩高速公路连接了伊春市、北安市、五大连池市和嫩江县，丘陵连绵，河流纵横，水资源量较为丰富。在公路建成后的运营期，公路表面机动车辆的尾气排放、刹车片和轮胎的磨损以及部件的腐蚀等能够产生一定数量的重金属，并且车辆行驶过程中会产生润滑油及燃油的泄露，致使路面上有机物、SS、石油类及重金属积累。降雨时，这些污染物将随雨水形成路面径流迁移进入周边环境，对受纳水体或公路周边土壤产生影响。交通部在《公路环境保护设计规范》(JTJ/T006—1998)中规定了路面径流排放的标准。提出了公路经过瀑布上游和温泉区等特殊水体时应确定避让距离、公路对生态环境中的保护对象产生干扰时应结合受保护对象的特性提出保护方案等要求。

本研究依托上述公路建设，基于以人为本和可持续发展的原则，根据前嫩高速公路建设中的水环境保护需求，应用科学理论与方法及国外成功经验，研究设计公路在运营期水环境保护应用技术，旨在减轻公路运营期对上述水环境产生的破坏影响。

1 室内模拟实验研究

1.1 研究目的和内容

依据国内外研究成果，目前为止减轻公路路面污染主要从5个方面:①采用多孔路面材料;②设置滞留池;③植被控制;④湿地或氧化塘处理;⑤渗滤系统处理。

结合前嫩公路环境状况，设计室内模拟实验包括3部分:①分别考察了沸石、砾石和工程用砂对污染物的去除效果;②通过不同配比工程用砂和黏土的吸附平衡实验，筛选出最佳配比;③选择最佳配比的工程用砂和黏土作为混合填料进行土柱渗滤实验，评价该最佳配比混合填料对路面雨水径流模拟污染液的去除效果，选定最佳填装高度。所得实验结果为设计路面径流处理方案提供依据。

1.2 研究方法

通过滤料对污染物的吸附平衡实验和土柱渗滤实验，评价滤料的去除效果。实验选取SS、COD、Pb、Zn和石油类作为污染物指标。由于砂层渗滤可将绝大部分的SS滤除，因此本次渗滤实验仅选取Pb、Zn和石油类作为污染指标。

1.2.1 不同配比工程用砂—黏土的吸附平衡实验

1.2.1.1 前处理

黏土风干研磨过2 mm筛，砂粒风干，剔除块石，过2 mm筛。

1.2.1.2 实验步骤

称取2 g混合砂土(黏土:砂粒分别取 8∶0，7∶1，6∶2，5∶3，4∶4，3∶5，2∶6，1∶7，0∶8)于250 mL带塞锥形瓶中，加 入 150 mL 5 mg/L Zn(NO3)2溶 液 (用0.01 mol/L的NaNO3溶液配制)。调节pH值为7，于室温(25℃)下以150 r/min的速度震荡24 h。之后移取一定量(20 mL)的平衡溶液于离心管中，以3 800 r/min离心30 min。移取上清液5 mL待测。

注:铅溶液使用2 mg/L的浓度，石油类使用饱和水溶液，振荡后静置24 h倾取上清液100 mL于250 mL容量瓶中，加5 mL色谱纯正己烷振荡2 min萃取，静置30 min，测定。

2 土柱渗滤实验

2.1 前处理

黏土经过晾干，敲碎，过2 mm筛，备用。工程用砂晾干过2 mm筛，备用。

2.2 实验步骤

2.2.1 装柱

以2.2.1实验得出的最佳质量比，黏土:工程用砂=1∶7的比例混匀砂和黏土(搅匀之前在砂上喷一些蒸馏水，待砂略润湿后，将黏土加入砂中搅匀)。使用混匀的砂土混合物，称取340 g，装填直径d=5 cm的有机玻璃柱，填装10 cm，每装填1～2 cm压实一次。装填两根柱子即A柱和B柱。

2.2.2 供水

调节供水流量，保证填料上方约1 cm的水头。

其中污染液浓度为:Zn=5 mg/L，Pb=2 mg/L，石油类=6.6 mg/L。

2.2.3 取样测定

供水48 h后，从出水处取水样进行测定。其中，A柱间隔供水，即每供水48 h移至户外曝晒，再继续供水，B柱连续供水。

2.3 结果与讨论

2.3.1 平衡试验结果

结果见表1。

表1 不同配比工程用砂—黏土对各污染物的去除率

由表1可知，对于3种污染物，当工程用砂含量比为7/8时，即有较好的吸附效果，并随着黏土含量的增加，其去除率不断增加，但增加幅度减缓。因此，为保证混合土壤较快的渗滤速度，选用砂含量比为7/8的比例进行土柱渗滤实验。

2.3.2 土柱渗滤实验结果

A柱通水48 h后，取样A1，并将A柱放置户外曝晒，曝晒5d后取回继续供水，供水48h后取样A2，停止供水。B连续通水，每间隔48时从出水处取样，分别取样 B1，B2，B3，B4。测定结果见表2。

表2 土柱渗滤实验各污染指标去除率

由表2结果可知，土柱渗滤对铅和石油类有较好的去除效果，其中，对铅的去除率在实验期内均大于99%，对石油类的去除率约为80%，并随着时间的延长，去除率有所增加。A柱对Zn的去除率略低于B柱，由B柱可知，土柱对Zn的去除率呈现随时间递减的趋势，并在供水96 h后，去除率急剧降低。由此可见，10 cm土柱淋滤96 h后对于Zn的去除效果明显下降，而对铅和石油类依然表现出较高的去除率。

3 结论

室内模拟实验表明，工程用砂较沸石和砾石均有很好的滤除效果，且在工程用砂中添加黏土有利于增强其去除污染物的效果，但渗透速率会降低。静态吸附平衡实验表明当工程用砂:黏土为7∶1时，吸附效果较好，且渗滤速度较快。土柱渗滤实验表明，10 cm厚度的混合砂土层对3种污染物表现出良好的去除效果。间断供水的去除效果比连续供水的去除效果略差一些，因此，采用10 cm厚的混合砂土层就能够很好的滤除公路路面径流污染物。

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