高速公路路面径流污染特性及控制技术研究

摘要

高速公路路面累积的污染物经降雨径流冲刷引起的径流污染是高速公路两侧水体及土壤遭受污染的主要因素，对其特性及控制技术进行研究是有效治理高速公路污染的关键。 本文以长深高速滨州段为研究对象，选择不同的降雨强度，不同的污染物累积时间，给出了该段路面径流水质特性及颗粒物对污染物的吸附规律，初步探讨了控制措施对污染物的去除率。 径流形成初期降雨径流污染严重，SS、COD、NH3-N、TN、TP和Pb浓度均超过了Ⅴ类水质标准，Zn超过Ⅲ类水质标准阈值;降雨量大，初期降雨强度大的降雨事件，存在初期冲刷效应。径流形成30min后，COD、SS、TP、TN和NH3-N浓度降为径流形成初期浓度的29.4％，35.0％，59.2％，58.7％和64.5％;径流形成1.5h之后，重金属浓度为降雨初期的1/5-1/8，趋于稳定;径流中，SS浓度与COD、TP浓度有明显的线性相关性，TN与SS的相关性不很明确;Cu，Cd，Pb，Zn四种重金属与SS之间的相关性在0.87-0.91之间。 粒径较小颗粒物在高速公路路面颗粒物中所占比例偏低，粒径小于250μm的颗粒仅占总量的23.78％;不同粒径的颗粒物对污染物的吸附量差异明显，颗粒物对重金属的吸附量随着颗粒粒径的减小而增加;由于粗颗粒占颗粒物的比重较大，其吸附重金属的比重也较大，达到了60％以上;重金属的溶出率受溶出液酸度影响显著。颗粒物对COD、TN和TP的吸附量随着粒径的增加而减小。粒径小于250μm颗粒物对COD、TN和TP吸附量占总量的比例分别为37.16％，44.91％，49.57％。温度是影响COD、TN和TP溶出的一个重要因素;COD、TP在常温(20℃)和60℃的溶出率随粒径增加而增大，60℃的溶出率略高于常温溶出率;TN的溶出率随粒径变化波动，最大溶出率出现在最大粒径范围(1000-2000μm)，60℃溶出率略高于常温溶出率。 含铅汽油、润滑油燃烧后的废气排放，车辆轮胎、刹车里衬的机械磨损是公路沿线重金属颗粒物的重要来源。这些含重金属的颗粒物，一部分直接沉积在路面，一部分飘散在空气中或通过干湿沉降沉积到公路两侧土壤中，对公路灰尘和两侧土壤造成一定程度的重金属污染;影响公路两侧土壤中重金属含量的因素有交通流量、地形、路况以及气候和气象条件;研究路段两侧土壤Cd、Cu和Pb的含量分别是背景值的10.15、1.87和1.81倍;用地累积指数法进行分析发现，Cd已达到强污染的水平，Pb的污染水平介于轻污染和中等污染之间。 沥青混凝土对Zn、Pb、Cu、Ni和Cr的吸附有着相同的变化特征;以Zn为对象，小孔隙沥青混凝土对Zn的吸附率由高浓度时的8.9％增加到低浓度时的64.2％，大孔隙沥青混凝土对Zn的吸附率由高浓度时的4.05％到低浓度时的23.04％;水样中Zn的浓度较高时，渗透压强对Zn吸附率的影响较小，随着水样中Zn浓度的降低，渗透压强的影响逐渐增加;渗透压强为0.01MPa时，小孔隙率沥青混凝土对高浓度、EMC（事件平均浓度）和低浓度Zn的吸附率高于大孔隙率沥青的吸附率，前者分别是后者的2.2、3.27和2.78倍。 分析国内外径流污染控制措施，选择生态边沟+人工湿地作为研究区径流污染控制措施，计算人工湿地的建设参数，采用滴灌技术将经过处理的路面径流应用于高速公路边坡绿化中，实现了高速公路边坡自动灌溉，具有较大的经济与社会效益。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 选题的目的和意义

1．3 国内外研究进展

1．3．1 国外研究进展

1．3．2 国内研究进展

1．3．3 问题及发展方向

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 研究区概述

2．1 工程简介

2．2 地形地貌

2．3 地质条件

2．4 水文特征

2．5 主要气象条件

2．6 土壤植被

2．7 研究路段选取

3 高速公路径流污染特征研究

3．1 研究区域

3．2 研究方法

3．2．1 样品采集方法

3．2．2 样品处理方法

3．2．3 指标统计方法

3．3 结果与分析

3．3．1 降雨特征分析

3．3．2 路面径流中污染物浓度分析

3．3．3 污染物浓度随降雨的变化

3．3．4 污染物相关性分析

3．3．5 污染效应分析

3．4 国内外研究对比分析

3．5 本章小结

4 高速公路路面颗粒物特征研究

4．1 研究区域

4．1．1 区域位置

4．1．2 采样点布设

4．2 样品测定

4．2．1 颗粒物筛分

4．2．2 实验方法

4．2．3 指标测定

4．3 结果与分析

4．3．1 颗粒物粒径分布

4．3．2 重金属吸附分析

4．3．3 重金属溶出分析

4．3．4 COD，TN，TP吸附量

4．3．5 COD，TN，TP溶出分析

4．4 路面颗粒物研究分析

4．5 本章小结

5 高速公路对周围土壤的重金属污染研究

5．1 研究区域

5．1．1 区域位置

5．1．2 采样点布设

5．2 分析方法

5．2．1 样品处理方法

5．2．2 指标分析方法

5．3 结果与分析

5．3．1 土壤中重金属含量分析

5．3．2 土壤中重金属污染程度分析

5．3．3 土壤中重金属影响因素分析

5．4 公路两侧土壤重金属含量研究结果对比分析

5．5 本章小结

6 高速公路路面材料对径流污染的吸附研究

6．1 实验材料

6．1．1 长深路路面结构与材料

6．1．2 沥青柱的制作过程

6．1．3 实验沥青柱选取

6．1．4 过滤水样

6．2 实验装置和方法

6．2．1 实验装置

6．2．2 实验方法

6．3 结果与分析

6．3．1 路面材料对不同污染物的吸附分析

6．3．2 径流污染物浓度对吸附的影响分析

6．3．3 渗透压强对吸附的影响分析

6．3．4 路面材料孔隙率对吸附的影响分析

6．4 沥青路面材料对径流污染控制研究

6．5 本章小结

7 高速公路径流污染控制及资源化研究

7．1 高速公路径流污染控制措施及选取

7．1．1 高速公路径流污染控制措施分类

7．1．2 高速公路径流污染控制措施的选取

7．2 研究区域概况

7．3 径流蓄积分析

7．3．1 可利用径流量

7．3．2 用水量分析

7．4 径流污染物净化系统分析

7．5 路面径流利用系统分析

7．5．1 径流利用系统的布局分析

7．5．2 路面径流利用系统参数

7．6 效果分析

7．7 本章小结

8 结论

8．1 论文主要结论

8．2 论文创新点

8．3 研究展望

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文及研究成果