某公路目標路段路面徑流處理的實驗室模擬研究

運 荷，康春莉

(吉林大學環境與資源學院，長春130026)

在建的前嫩高速公路連接了伊春市、北安市、五大連池市和嫩江縣，丘陵連綿，河流縱橫，水資源量較為豐富。在公路建成后的運營期，公路表面機動車輛的尾氣排放、剎車片和輪胎的磨損以及部件的腐蝕等能夠產生一定數量的重金屬，并且車輛行駛過程中會產生潤滑油及燃油的泄露，致使路面上有機物、SS、石油類及重金屬積累。降雨時，這些污染物將隨雨水形成路面徑流遷移進入周邊環境，對受納水體或公路周邊土壤產生影響。交通部在《公路環境保護設計規范》(JTJ/T006—1998)中規定了路面徑流排放的標準。提出了公路經過瀑布上游和溫泉區等特殊水體時應確定避讓距離、公路對生態環境中的保護對象產生干擾時應結合受保護對象的特性提出保護方案等要求。

本研究依托上述公路建設，基于以人為本和可持續發展的原則，根據前嫩高速公路建設中的水環境保護需求，應用科學理論與方法及國外成功經驗，研究設計公路在運營期水環境保護應用技術，旨在減輕公路運營期對上述水環境產生的破壞影響。

1 室內模擬實驗研究

1.1 研究目的和內容

依據國內外研究成果，目前為止減輕公路路面污染主要從5個方面:①采用多孔路面材料;②設置滯留池;③植被控制;④濕地或氧化塘處理;⑤滲濾系統處理。

結合前嫩公路環境狀況，設計室內模擬實驗包括3部分:①分別考察了沸石、礫石和工程用砂對污染物的去除效果;②通過不同配比工程用砂和黏土的吸附平衡實驗，篩選出最佳配比;③選擇最佳配比的工程用砂和黏土作為混合填料進行土柱滲濾實驗，評價該最佳配比混合填料對路面雨水徑流模擬污染液的去除效果，選定最佳填裝高度。所得實驗結果為設計路面徑流處理方案提供依據。

1.2 研究方法

通過濾料對污染物的吸附平衡實驗和土柱滲濾實驗，評價濾料的去除效果。實驗選取SS、COD、Pb、Zn和石油類作為污染物指標。由于砂層滲濾可將絕大部分的SS濾除，因此本次滲濾實驗僅選取Pb、Zn和石油類作為污染指標。

1.2.1 不同配比工程用砂—黏土的吸附平衡實驗

1.2.1.1 前處理

黏土風干研磨過2 mm篩，砂粒風干，剔除塊石，過2 mm篩。

1.2.1.2 實驗步驟

稱取2 g混合砂土(黏土:砂粒分別取 8∶0，7∶1，6∶2，5∶3，4∶4，3∶5，2∶6，1∶7，0∶8)于250 mL帶塞錐形瓶中，加 入 150 mL 5 mg/L Zn(NO3)2溶 液 (用0.01 mol/L的NaNO3溶液配制)。調節pH值為7，于室溫(25℃)下以150 r/min的速度震蕩24 h。之后移取一定量(20 mL)的平衡溶液于離心管中，以3 800 r/min離心30 min。移取上清液5 mL待測。

注:鉛溶液使用2 mg/L的濃度，石油類使用飽和水溶液，振蕩后靜置24 h傾取上清液100 mL于250 mL容量瓶中，加5 mL色譜純正己烷振蕩2 min萃取，靜置30 min，測定。

2 土柱滲濾實驗

2.1 前處理

黏土經過晾干，敲碎，過2 mm篩，備用。工程用砂晾干過2 mm篩，備用。

2.2 實驗步驟

2.2.1 裝柱

以2.2.1實驗得出的最佳質量比，黏土:工程用砂=1∶7的比例混勻砂和黏土(攪勻之前在砂上噴一些蒸餾水，待砂略潤濕后，將黏土加入砂中攪勻)。使用混勻的砂土混合物，稱取340 g，裝填直徑d=5 cm的有機玻璃柱，填裝10 cm，每裝填1～2 cm壓實一次。裝填兩根柱子即A柱和B柱。

2.2.2 供水

調節供水流量，保證填料上方約1 cm的水頭。

其中污染液濃度為:Zn=5 mg/L，Pb=2 mg/L，石油類=6.6 mg/L。

2.2.3 取樣測定

供水48 h后，從出水處取水樣進行測定。其中，A柱間隔供水，即每供水48 h移至戶外曝曬，再繼續供水，B柱連續供水。

2.3 結果與討論

2.3.1 平衡試驗結果

結果見表1。

表1 不同配比工程用砂—黏土對各污染物的去除率

由表1可知，對于3種污染物，當工程用砂含量比為7/8時，即有較好的吸附效果，并隨著黏土含量的增加，其去除率不斷增加，但增加幅度減緩。因此，為保證混合土壤較快的滲濾速度，選用砂含量比為7/8的比例進行土柱滲濾實驗。

2.3.2 土柱滲濾實驗結果

A柱通水48 h后，取樣A1，并將A柱放置戶外曝曬，曝曬5d后取回繼續供水，供水48h后取樣A2，停止供水。B連續通水，每間隔48時從出水處取樣，分別取樣 B1，B2，B3，B4。測定結果見表2。

表2 土柱滲濾實驗各污染指標去除率

由表2結果可知，土柱滲濾對鉛和石油類有較好的去除效果，其中，對鉛的去除率在實驗期內均大于99%，對石油類的去除率約為80%，并隨著時間的延長，去除率有所增加。A柱對Zn的去除率略低于B柱，由B柱可知，土柱對Zn的去除率呈現隨時間遞減的趨勢，并在供水96 h后，去除率急劇降低。由此可見，10 cm土柱淋濾96 h后對于Zn的去除效果明顯下降，而對鉛和石油類依然表現出較高的去除率。

3 結論

室內模擬實驗表明，工程用砂較沸石和礫石均有很好的濾除效果，且在工程用砂中添加黏土有利于增強其去除污染物的效果，但滲透速率會降低。靜態吸附平衡實驗表明當工程用砂:黏土為7∶1時，吸附效果較好，且滲濾速度較快。土柱滲濾實驗表明，10 cm厚度的混合砂土層對3種污染物表現出良好的去除效果。間斷供水的去除效果比連續供水的去除效果略差一些，因此，采用10 cm厚的混合砂土層就能夠很好的濾除公路路面徑流污染物。

［1］A new extraction spectrophotometric method for the determination of trace amounts of phenol in water hemical Research(D).Chinese Universities，2000，16(1):5-9.

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