城市道路径流中重金属污染现状及控制策略★

韦毓韬 熊家祺 张校源 刘 丽 李文婷 胡险峰 姜应和

(武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070)

随着城市的快速发展和工业化进程的加快，受汽车的普及以及大量废弃物丢弃等人为活动的影响，大量重金属污染物以颗粒物或溶解态的形式附着在地面，经过降雨冲刷后，使城市受纳水体受到较严重的面源污染[1]。目前我国所面临的面源污染的主要问题为水体的黑臭现象[2]，目前众多地方针对黑臭水体现象已经开始了有效的研究和治理。但在面源污染中，仍存在一些表观不明，且具有长期危害性和累积性的的污染，如重金属污染。我国开展重金属监测的地区主要集中在一些重要城市，结果表明这些地区都受到不同程度的重金属污染，但对于重金属污染的治理工作开展得却少之又少。本文研究主要针对Cu,Zn,Cd,Pb等重金属，通过对其来源、分布以及迁移转化过程的分析，提出一些对道路径流中重金属污染控制的措施。

1 重金属的来源及危害

城市道路径流污染作为面源污染的一部分，其所含污染物成分的含量与其危害程度相关。道路表面会受汽车尾气的排放、油脂的泄漏和轮胎的磨损等影响累积大量的悬浮颗粒物、重金属和多环芳烃等污染物质[3]，同时一些废水的散排、大气降尘、土木工程施工、废弃物的丢弃等都会产生不同程度的重金属污染。

重金属具有不可降解性，一旦产生就难以消除，且重金属对环境和人体的危害极大，重金属污染物经道路径流冲刷排入受纳水体后，在藻类与底泥中累积，被鱼类与贝类吸收，从而会在水环境中随食物链传递而逐级放大，Cu，Zn，Cd虽然为人体必需的元素，但如果人体摄入过量，会对身体有不同程度的危害。Pb不是人体的所必需的元素成分，摄入人体后只会对人体有害，值得特别注意的是重金属对人体的危害是不可逆转的[4]。

2 道路径流中重金属污染现状

我国城市雨水径流面源污染研究起步较晚，20世纪80年代首先在北京开始，随后在杭州、苏州、南京、西安、青岛等城市相继开展过相关研究[5]，我国一些主要城市曾对道路径流中重金属污染进行过监测，相关的监测结果如表1所示[6-13]。

表1 各城区道路雨水径流中重金属含量

从监测结果可以发现，乌鲁木齐与沈阳的重金属污染程度低于其他几个城市，我国多数城区雨水径流中的重金属污染高于国外一些城区，其中以合肥市经开区路面径流中Pb，Cd的污染程度最为严重。

重金属污染物在自然界中会以颗粒物、游离态、共价结合态、络合配位态以及超分子结合态的形式存在，在道路表面重金属大部分常以颗粒状和粉尘的形式附着在地表面上。经过雨水冲刷，使道路径流中的重金属含量提高，道路径流排入受纳水体后，重金属会在受纳水体中富集，使得水体受到重金属污染。在环境—植物—人体的循环模式中，最终对人体自身产生不可消除的影响。

3 道路径流重金属污染的控制策略

雨水径流中重金属污染一般不高，所以其治理方法不同于工业污水中重金属治理的方法，可以通过源头控制、迁移途径控制和终端控制等方法来减少雨水径流中的重金属污染。

3.1 源头控制

源头控制是指从源头上控制污染物的排放，将排放的污染物量尽可能降至最低值。

重金属污染物主要来源为工业排放以及汽车尾气。对于工业排放，企业本身应控制每日排放量，尽可能地降低污染物水平；同时加大管理，将重金属排放纳入实时监控，对于超标或违反规定的企业给予严重处罚。汽车尾气污染主要是含铅汽油的燃烧氧化，汽油中约70%的铅可通过汽车排气管进入大气。虽然我国从2000年开始全面推行无铅汽油，但在2006年一次对车用无铅汽油产品质量抽样调查中发现[14]，90号无铅汽油合格率为78.6%，93号无铅汽油合格率为80.6%。由此可以看出，无铅汽油的推行并没有全面落实，所以仍然需要加强对无铅汽油的管理。

3.2 迁移途径控制

迁移途径控制指在雨水径流污染物的输送和扩散途径中，采取一定的措施，减少排入水体的污染物量。增大路面透水率和透水面积，通过路面集料对道路雨水径流中重金属进行吸附、沉淀及静电吸引，可去除径流中的重金属，从而降低道路径流对受纳水体造成的重金属污染。

Legret M[15]的研究发现，透水性沥青路面对径流中固体颗粒物的阻流作用可以提高其对重金属去除作用效果。赵曜[16]对3种不同 组成的透水性沥青路面进行过重金属去除研究，道路由透水性沥青面层、透水性沥青稳定碎石基层、土木织物和蓄水层构成，蓄水层分别用粗集料玄武岩集料、细集料石灰岩集料以及粗细结合的石灰岩和玄武岩集料；采用人工降雨的方式，配制含Pb,Zn溶液的初始水样，经过透水性沥青路面模型的过滤，采集过滤后径流样品，三种不同类型的路面模型对Pb,Zn的去除率如表2所示。由表2可知，粗细集料结合的蓄水层形式对两种重金属的去除效果最佳，两种集料对重金属Pb的去除效果改善有限，对Zn的去除效果改善良好。透水性路面不仅可以起到降低径流重金属污染的效果，同时对补充地下水也可起到一定的作用。

表2 透水性沥青路面对重金属的去除率 %

除了采用透水性路面可以起到去除道路径流中的重金属外，复合生物滞留技术也能起到对道路径流重金属的去除作用。生物滞留池对径流的净化主要是通过填料的过滤与吸附，植物根系的吸收来实现。生物滞留技术具有高效的水量削减和水质控制作用，并且还兼具生态功能和景观效果，在许多城市都得到了应用。MUTHANNA等[17]通过对挪威3条不同类型道路生物滞留池重金属浓度的监测发现，生物滞留池对融雪水中颗粒态的Cu,Zn,Pb,Cd的最高去除率分别为90.4%,97.5%,99.4%,94.1%。

3.3 终端控制

城市道路形成的雨水径流，可以通过收集进入市政管网，并对其中的重金属污染物进行专门的处理。人工湿地技术是通过模拟自然湿地而人为设计与建造的，具有可控性和工程化特点，以基质、植物和微生物协同通过物理、化学和生物作用进行污水处理的自然生态系统[18]。利用人工湿地技术去除径流中的污染物，是终端控制重金属污染的一种有效措施。

A.Ghermandi等[19]通过自由水面人工湿地技术处理废水发现，自由水面人工湿地对BOD,COD,TSS以及重金属都有一定的去除效果，其中对重金属Cu,Zn,Cd,Pb的去除率分别为39%,37%,32%和20%。由此可见，自由水面人工湿地技术对重金属的去除率虽然不高，但仍具有一定的去除效果。

曹婷婷[20]对皂河5种不同工艺的人工湿地对重金属的去除进行过研究，试验采用连续进水的方式，由泵将皂河河水提升至配水井，由配水井向各系列配水，经过各系列处理之后的污水汇集到集水池之后排入皂河中，人工湿地上种植的植物为芦苇。不同系列对不同重金属的去除率如表3所示。从表3可知，各系列的复合型人工湿地对重金属Cd,Pb的去除率均较高且稳定，具有表面流组成的人工湿地对Cu,Zn的去除率不是很稳定，且系列5中Cu,Zn在出水口的含量较进水口高，可能是皂河人工湿地运行时间过久，运行期间并未对人工湿地内的基质和植物根部进行处理，使人工湿地内的基质和植物根部等吸附介质接近饱和状态，基质中Cu,Zn含量较高，释放速率大于吸附速率，导致出水口中的Cu,Zn浓度升高[21]。

表3 人工湿地对重金属的去除率 %

4 结语

道路径流中的重金属污染来源较广，其危害是渐渐的、长远的和不可逆的，必须对该污染加以控制。道路径流中的重金属污染可以从源头、迁移途径和终端几个方面分别加以控制。

道路径流重金属污染的控制技术尚处于研究阶段，由于我国对这方面的研究起步较晚，加上技术与设备上的限制，许多研究并未应用于实际工程。就现已取得的相关研究成果而言，仍有许多问题值得深入研究，如对路面材料、人工湿地基质、植物根系吸附重金属饱和后的再生处理，重金属的回收储存及利用。水体重金属污染目前虽然对环境及人体的危害不是很直观，但作为一种只要产生就不可消除的污染，必须加以重视和严格控制，防止进一步恶化。我国幅员辽阔，水资源缺乏，如何利用好现有的水资源，避免其受到污染，是当今必须重视的问题。

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