葉 穎，李定策，王亞琴，楊 帆，劉 微，陳 琳

(湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410015)

公路路面徑流污染是一種重要的非點(diǎn)源污染，具有較高的污染強(qiáng)度，主要含SS、COD、油脂等污染物，其污水水質(zhì)遠(yuǎn)超過(guò)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［1，2］，如果未經(jīng)處理的路面徑流污水直接排放到公路環(huán)境或自然水體中，將對(duì)公路環(huán)境或自然水體造成嚴(yán)重污染?；诃h(huán)保要求，現(xiàn)今大部分的高速公路都建議對(duì)地表徑流進(jìn)行收集和處理。高速公路路面屬于不可透水性路面，公路徑流中能夠下滲到土壤中的量很少，只能進(jìn)行區(qū)域性地分段收集和處理。地表徑流收集系統(tǒng)發(fā)展相對(duì)較成熟，并已形成專門的《公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，為公路收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)和規(guī)范。然而，地表徑流處理技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，并未形成成熟的相關(guān)理論或技術(shù)規(guī)范。因此，公路路面徑流污染的處理近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究的熱點(diǎn)，也是一個(gè)非常具有實(shí)踐意義的環(huán)保課題。

1 公路路面徑流處理現(xiàn)狀

公路路面徑流污染分布較分散，且沿著公路線性延伸，不能像城市生活污水一樣進(jìn)行集中處理，只能分段進(jìn)行收集和處理。分段收集到的路面徑流污水水量遠(yuǎn)低于生活污水水量，因而其處理復(fù)雜度和處理要求也會(huì)低于城市生活污水。然而，由于路面徑流污水處理設(shè)施常設(shè)在公路沿途，且污水水質(zhì)水量變化性很大，這使路面徑流污水處理的設(shè)計(jì)復(fù)雜度、管理難度和與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性要求增大。路面徑流處理措施有很多，包括沉淀、過(guò)濾、滲濾、植物控制等基本方法［3］，單一的處理方法雖能在一定程度上去除地表徑流的污染物，但去除效果不是很理想，不能達(dá)到最佳的環(huán)境效益，經(jīng)簡(jiǎn)單處理后的地表徑流仍然成為高速公路沿線的環(huán)境隱患。生態(tài)處理技術(shù)融合了多種基本方法的作用效果，以其成本低、無(wú)二次污染且具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)在廢水處理中具有十分重要的地位，針對(duì)城市生活污水的生態(tài)處理技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，但針對(duì)地表徑流的生態(tài)技術(shù)尚處于起步階段。

2 公路路面徑流的生態(tài)處理

2.1 國(guó)內(nèi)外路面徑流生態(tài)處理技術(shù)的研究和應(yīng)用

生態(tài)處理技術(shù)是一種非常理想的處理手段，它能有效地降低地表徑流中污染物的濃度，國(guó)內(nèi)外針對(duì)高速公路常用的生態(tài)處理技術(shù)包括氧化塘、生物過(guò)濾、地下滲濾、沼澤地或人工濕地等。James 等［4］研究了沼澤地對(duì)高速公路地表徑流的去除效率，證明沼澤能夠有效地降低徑流污染物總量以及TSS、重金屬等的濃度，提高徑流水質(zhì)。Michio 等［5］利用土壤滲濾系統(tǒng)對(duì)路面徑流污染物進(jìn)行滲濾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)地下滲濾系統(tǒng)能夠有效去除徑流中的污染物質(zhì)，包括有機(jī)物質(zhì)、COD、多環(huán)芳烴、重金屬等。Da等［6］利用以碎石為過(guò)濾基質(zhì)的人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行路面徑流的去除實(shí)驗(yàn)，結(jié)果它對(duì)TSS 和NH3—N 有很高的去除率，且對(duì)COD 和TN 有較高的去除率。

我國(guó)目前雖然對(duì)公路路面徑流污染處理有一定的研究，但是真正進(jìn)行路面徑流污染治理實(shí)踐的很少。對(duì)于地表徑流，國(guó)內(nèi)多采用簡(jiǎn)單的沉淀池進(jìn)行物化處理，少數(shù)地段會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的生化處理或被建議采用好氧塘進(jìn)行沉淀和凈化，如服務(wù)區(qū)所在路段。劉道行［7］針對(duì)江西九景高速鄱陽(yáng)湖服務(wù)區(qū)采用地下滲濾系統(tǒng)進(jìn)行了研究和實(shí)際應(yīng)用，該系統(tǒng)對(duì)COD、TN、TP 的去除率分別可以達(dá)到 89.1%、87.5%和95.5%，其出水還能作為中水回用。廣東渝湛高速公路首次采用了人工濕地技術(shù)來(lái)處理路(橋)面徑流污水，而衷平［8］針對(duì)廣東渝湛高速公路人工濕地對(duì)路(橋)面徑流處理的效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)SS 和COD 的處理率達(dá)到82%和75%，對(duì)BOD 和石油類物質(zhì)處理率均超過(guò)了90%。因此，生態(tài)處理技術(shù)在高速公路環(huán)保領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

2.2 各生態(tài)處理技術(shù)的作用機(jī)理

2.2.1 氧化塘

氧化塘又稱穩(wěn)定塘或生物塘，是20世紀(jì)50年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種污水處理工藝，具有基建投資少、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便、節(jié)省能耗等特點(diǎn)［9］。由于其水力停留時(shí)間長(zhǎng)、占地面積大，因而常用于污水深度處理。污水在氧化塘內(nèi)緩慢的流動(dòng)、較長(zhǎng)時(shí)間的貯留，通過(guò)污水中存活微生物的代謝活動(dòng)和包括原、后生動(dòng)物等在內(nèi)的多種生物的綜合作用，使污染物降解，污水得到凈化。

2.2.2 生物濾池

生物濾池作為一種古老而又充滿生機(jī)的污水處理工藝，具有基建投資少、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低、單位體積所含生物量高且不易產(chǎn)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)，日益得到人們的廣泛關(guān)注與認(rèn)同，并已應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外許多城市污、廢水處理及廢水回用中［10］。生物濾池利用濾料的截污吸附作用和濾料上附著生物膜的生物降解作用，可以獲得較好的污染物去除效果。

2.2.3 地下滲濾

污水土壤滲濾處理技術(shù)是下土壤滲濾法，是一種集自然生態(tài)凈化與人工工藝于一體的小規(guī)模原位污水凈化技術(shù)。地下滲濾系統(tǒng)的核心是土壤微生物及土壤－植物構(gòu)成的穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，將污水有控制地投配到具有一定構(gòu)造和良好擴(kuò)散性能的土層中，利用毛細(xì)管浸潤(rùn)、擴(kuò)散原理，污染物則通過(guò)土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)逐級(jí)得到降解，最后達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[11]。

2.2.4 人工濕地

人工濕地是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種污水生態(tài)處理技術(shù)，常應(yīng)用于生活污水、路面徑流、工礦業(yè)廢水、垃圾滲濾液等各類廢水的處理，具有很強(qiáng)的污水處理和環(huán)境恢復(fù)能力［12］。人工濕地作為一種自然處理系統(tǒng)，其核心是土壤－微生物－植物體系。該體系構(gòu)成了一個(gè)“生態(tài)過(guò)濾器”，具有良好的自然凈化功能，這其中包括土壤物理、化學(xué)、絮凝等作用，土壤微生物的生物降解和吸收作用，植物的根部吸收和過(guò)濾作用等。

2.3 不同高速公路路段徑流污水的生態(tài)處理分析

高速公路路面徑流污染是沿著高速公路線性延伸的，而路面徑流污染對(duì)環(huán)境的影響范圍是以高速公路為軸向公路兩邊蔓延的。基于這些特點(diǎn)，對(duì)高速公路徑流一般進(jìn)行分段收集和處理，不同路段的路面徑流污染性質(zhì)和污染程度隨不同路段所經(jīng)過(guò)的周圍環(huán)境的變化而變化，那么針對(duì)不同路段收集到的路面徑流污水，其處理技術(shù)和方法也會(huì)存在一定的差異，一般可分為普通路段、過(guò)橋路段和服務(wù)區(qū)所在路段徑流污水3 種。

2.3.1 針對(duì)普通路段徑流污水的生態(tài)處理

高速公路沿線一般都會(huì)經(jīng)過(guò)農(nóng)林地區(qū)或者城市郊區(qū)，這些地區(qū)主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，那么路面徑流對(duì)環(huán)境的污染主要體現(xiàn)在對(duì)農(nóng)田、草地、樹林等自然生態(tài)系統(tǒng)的破壞上。經(jīng)處理過(guò)的路面徑流如果不能被地表水體接納，那將直接排放到這些自然生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)入到自然生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)之中。按照就近原則，高速公路上的污水處理設(shè)施一般會(huì)設(shè)置在高速公路沿線，所經(jīng)區(qū)域人煙稀少，管理難度較大，因此需要選取無(wú)需專人管理的處理系統(tǒng)。針對(duì)該路段徑流，可以考慮采用土壤地下滲透系統(tǒng)對(duì)徑流污水進(jìn)行處理。

為減少地下滲濾系統(tǒng)堵塞的可能性，預(yù)處理設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)對(duì)徑流污水SS 的去除能力。地下滲濾系統(tǒng)一般為地埋式，這種方式不會(huì)占用很多地上空間，封閉式處理系統(tǒng)也能避免周圍居民因誤闖該區(qū)域而引起的意外事件。地下滲濾系統(tǒng)多采用土壤、砂土等作為基質(zhì)，底部設(shè)防滲措施，以免未處理完全的污水下滲而污染地下水，而且系統(tǒng)上方地上空間可種植植物，這與周圍的自然環(huán)境比較融洽，符合景觀生態(tài)適應(yīng)性的要求。經(jīng)預(yù)處理的路面徑流污水進(jìn)入地下滲濾系統(tǒng)，主要利用土壤、砂土的過(guò)濾作用以及土壤微生物的降解作用，再協(xié)同地上植物的根部吸收作用，經(jīng)過(guò)滲濾系統(tǒng)處理的污水還能回用在農(nóng)林生產(chǎn)中。因此，地下滲透系統(tǒng)既滿足了污水治理的基本要求，又進(jìn)一步做到了路面徑流資源化，是一種非常理想的路面徑流處理系統(tǒng)。如圖1。

圖1 路面徑流地下滲濾處理系統(tǒng)流程圖

2.3.2 針對(duì)過(guò)橋路段橋面徑流污水的生態(tài)處理

過(guò)橋路段橋面徑流污水性質(zhì)與普通路段徑流基本相似，但由于該路段經(jīng)過(guò)敏感水體，橋面徑流不可避免地會(huì)進(jìn)入到敏感水體中，而未經(jīng)處理的橋面徑流污水對(duì)于敏感水體來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的威脅。由于大部分橋面徑流水最終會(huì)排入到受納水體中，因此對(duì)橋面經(jīng)流污水處理后的出水水質(zhì)要求相對(duì)較高。不同于農(nóng)業(yè)用水和景觀用水，敏感水體一般屬于GB3838 Ⅲ類以上的水域，那排入該類水體的污水出水則要求達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此外，考慮到橋面徑流污水處理設(shè)施通常位于橋體和水體附近，針對(duì)該路段橋面徑流污水，可考慮采用人工濕地系統(tǒng)對(duì)徑流污水進(jìn)行處理。

人工濕地的設(shè)置方式可分為兩種，一種是平流式人工濕地，一種是塔式人工濕地，可根據(jù)不同的環(huán)境條件和地形條件設(shè)置不同方式的人工濕地。普通公路路段區(qū)域不適宜采用平流式人工濕地，因?yàn)槿斯竦匾话阏嫉孛娣e較大，但在橋體附近的水體兩岸可提供較廣闊的面積修建人工濕地。平流式人工濕地底部由土壤和填料混合組成填料床，再種植具有良好環(huán)境效應(yīng)和景觀效應(yīng)的水生植物，經(jīng)預(yù)處理的徑流污水進(jìn)入濕地系統(tǒng)后?；诳缭剿w的要求，橋面與地面之間存在一定的高度差，而這段高度差產(chǎn)生的垂直空間為塔式人工濕地提供了有利的條件，這是普通公路路段所不具有的特點(diǎn)。塔式人工濕地指將人工濕地分為幾層，污水經(jīng)預(yù)處理后直接進(jìn)入塔頂濕地系統(tǒng)，形成潛流式人工濕地，漫流的污水直接下流進(jìn)入下層人工濕地，形成瀑布式表面流人工濕地，進(jìn)行進(jìn)一步的污水處理［13］。經(jīng)過(guò)多層次人工濕地系統(tǒng)的作用，徑流污水能夠得到比較理想的凈化效果。如圖2。

2.3.3 針對(duì)服務(wù)區(qū)所在路段徑流污水的生態(tài)處理

與普通路段不同，服務(wù)區(qū)所在路段產(chǎn)生的污水中除包含路面徑流產(chǎn)生的污水外，還包含服務(wù)區(qū)產(chǎn)生的生活污水以及加油站和停車場(chǎng)地區(qū)的地面沖洗污水等，因而其污水性質(zhì)較復(fù)雜。服務(wù)區(qū)生活污水屬于小流量的高濃度 COD 高濃度氨氮生活污水［14］，因此，其對(duì)污水處理系統(tǒng)在COD 和氨氮去除效率方面的要求相對(duì)較高。針對(duì)服務(wù)區(qū)路段徑流污水，其處理系統(tǒng)相對(duì)較復(fù)雜，建議考慮采用生物濾池－氧化塘組合工藝對(duì)徑流污水進(jìn)行處理。

圖2 橋面徑流污水人工濕地處理系統(tǒng)流程圖

服務(wù)區(qū)生活污水預(yù)處理設(shè)備可采用化糞池，對(duì)污水各類污染物進(jìn)行初步處理，主要是去除污水中的SS。經(jīng)預(yù)處理的污水進(jìn)入到生物濾池單元，生物濾池中可根據(jù)需要形成好氧、缺氧或厭氧區(qū)域，對(duì)有機(jī)物、TN、TP 等指標(biāo)有很好的去除效果。為節(jié)約占地面積，可設(shè)置塔式生物濾池，既避免了大量蚊蠅生長(zhǎng)，又無(wú)需設(shè)置專門的供氧設(shè)備。生物濾池出水排入氧化塘中進(jìn)行深度處理，氧化塘中可種植具有景觀功能的植物，與氧化塘中的水生微生物一起形成小型的水生生態(tài)系統(tǒng)，既具景觀效果又能進(jìn)一步凈化污水中殘留的污染物。此外，氧化塘也可作為服務(wù)區(qū)景觀功能區(qū)的一部分，美化服務(wù)區(qū)的外部環(huán)境，而氧化塘出水還能回用于服務(wù)區(qū)地面沖洗等過(guò)程。如圖3。

圖3 服務(wù)區(qū)污水生物濾池－氧化塘組合處理系統(tǒng)流程圖

3 結(jié)論

生態(tài)處理技術(shù)是一種理想的解決高速公路路面徑流污染問(wèn)題的處理手段，它具有成本低、無(wú)二次污染、良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性等優(yōu)點(diǎn)，主要包括氧化塘、生物過(guò)濾、地下滲濾、沼澤地或人工濕地等處理工藝。根據(jù)污水水質(zhì)特征、公路環(huán)境特征等因素，將高速公路路段徑流污水分成普通路段徑流污水、過(guò)橋路段橋面徑流污水和服務(wù)區(qū)所在路段徑流污水。對(duì)于普通路段徑流污水，建議采用地下滲濾系統(tǒng)進(jìn)行處理;對(duì)于過(guò)橋路段橋面徑流污水，建議采用人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行處理;對(duì)于服務(wù)區(qū)所在路段徑流污水，建議采用生物濾池－氧化塘組合系統(tǒng)進(jìn)行處理。

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