路面清掃對(duì)地表徑流污染控制研究

王 盼，肖 震，柯 杭

[1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092；2.上海市排水管理事務(wù)中心，上海市200085]

0 引 言

地表雨水徑流已成為影響河道水環(huán)境質(zhì)量的主要因素之一[1]。國(guó)內(nèi)外研究實(shí)踐表明，綠色源頭LID控制設(shè)施是雨水徑流污染控制的重要工程措施[2，3]，我國(guó)近年來(lái)也持續(xù)開(kāi)展海綿城市建設(shè)，大量LID 工程建設(shè)推廣[4-6]。但傳統(tǒng)雨水花園、植草溝等設(shè)施需要一定的場(chǎng)地條件實(shí)施且服務(wù)面積有限，在高密度既有城區(qū)推廣應(yīng)用困難。針對(duì)高密度建成區(qū)、污染控制工程措施實(shí)施難度大的特點(diǎn)，考慮到大部分徑流污染物直接來(lái)自于地面積聚的污物（如大氣污染沉降物、垃圾、輪胎摩損、路面材料的破碎與釋放物等）[7，8]，路面清掃是一種有效控制路面徑流污染的非工程措施[9，10]，其對(duì)污染物的去除效果與清掃形式、清掃設(shè)備及頻率等密切相關(guān)。

本文選取蘇州市某建成區(qū)為研究區(qū)域范圍，篩選代表性主干路、次干路、廣場(chǎng)，研究人工作業(yè)、機(jī)械作業(yè)等不同清洗方式對(duì)道路路面污染物的去除效果，同時(shí)與LID 等工程措施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，為當(dāng)?shù)氐缆佛B(yǎng)護(hù)部門(mén)工作提供指導(dǎo)建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域位于蘇州市平江新城區(qū)域，城市建設(shè)用地中約75%為已建成用地，以居住用地為主，其次為道路交通用地、綠地與廣場(chǎng)、商業(yè)用地、工業(yè)用地、公服用地等。研究所選道路為區(qū)域內(nèi)的主干路、次干路，主干路為雙向八車道，道路寬度約36 m，次干路為雙向四車道，道路寬度約20 m，廣場(chǎng)路面約10 000 m2。

1.2 采樣方法

依據(jù)《城市道路塵土量檢測(cè)方法及限值》（SZDB/Z 162-2015）[11]中采樣方法要求，在選取的代表性主干路、次干路和廣場(chǎng)上，選取不同點(diǎn)位采樣，機(jī)動(dòng)車道選取最外側(cè)車道，采樣區(qū)域內(nèi)選取3 個(gè)采樣點(diǎn)，即框定3 個(gè)面積1 m×1 m 的道路路面，每個(gè)采樣點(diǎn)位于距道路路牙不小于0.5 m 的位置。采樣點(diǎn)相距在2～2.5 m 之間，采樣區(qū)域內(nèi)無(wú)油漬、痰跡、明顯垃圾等。具體采樣點(diǎn)分布及參數(shù)示意見(jiàn)圖1。

圖1 采樣點(diǎn)示意圖

在采樣點(diǎn)范圍內(nèi)，用水濾式干濕真空吸塵器（額定功率1.8 kW）采集路面污染物。在路面干燥的情況下，針對(duì)單個(gè)采樣點(diǎn)吸塵至少三次，再將路面噴濕，且不形成徑流，再吸塵至少三次，連續(xù)完成3 個(gè)采樣點(diǎn)的吸塵，以上步驟為一次采樣。

完成一次采樣后，將所有采樣點(diǎn)的混合懸濁液從吸塵器中轉(zhuǎn)移到容器內(nèi)，并沖洗吸塵器各個(gè)部件至少三次。樣品用蒸餾水定容至1 L，測(cè)試SS、COD、TN、TP、Pb 等指標(biāo)。

1.3 分析方法

SS、COD、TN、Pb 測(cè)試采樣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。懸浮物SS 測(cè)試采用重量法，化學(xué)需氧量COD 測(cè)試采用快速消解分光光度法，TN 測(cè)試采用過(guò)硫酸鉀氧化分光光度法，Pb 測(cè)試采用原子吸收法。

將懸浮物按照粒徑分級(jí)，將樣品按粒徑分為5個(gè)區(qū)間[12，13]：小于20 μm，20～75 μm，75～150 μm，150～300 μm，大于300 μm，將樣品依次按所劃分粒徑段進(jìn)行篩分。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同道路路面清掃方式研究

常用的路面清掃包括機(jī)械作業(yè)和人工作業(yè)，機(jī)械作業(yè)指使用機(jī)動(dòng)車輛、設(shè)備進(jìn)行的道路清掃保潔作業(yè)，包括機(jī)械掃路、機(jī)械洗掃、機(jī)械清洗沖刷、機(jī)械灑水和噴霧、機(jī)械吸塵等作業(yè)方式，常用作機(jī)動(dòng)車道清掃作業(yè)；人工作業(yè)指使用人力進(jìn)行的道路清掃保潔作業(yè)，包括人工清掃、人工撿拾、果皮箱清掏、果皮箱清潔等作業(yè)方式，常用作人行道、廣場(chǎng)、小區(qū)等清掃作業(yè)。

通過(guò)調(diào)研，蘇州市常用機(jī)械作業(yè)包括機(jī)械清掃作業(yè)、機(jī)械清洗作業(yè)等，機(jī)械清掃作業(yè)指利用機(jī)械控制的掃刷，對(duì)城市道路進(jìn)行恢復(fù)原狀的環(huán)衛(wèi)清潔作業(yè)。機(jī)械清洗作業(yè)指利用帶有噴嘴和掃刷等裝置的機(jī)械化洗掃一體設(shè)備，采用一定水壓的水流沖擊路面污染物，并使清洗路面后的污物和污水等一并掃刷吸附進(jìn)隨車容器內(nèi)的環(huán)衛(wèi)清潔作業(yè)，作業(yè)通常在機(jī)械化清掃作業(yè)后。研究考察旱天情況下不同機(jī)械清掃、機(jī)械清洗和人工清掃方式及機(jī)械清掃時(shí)速對(duì)污染物的去除效果。

試驗(yàn)考察了不同等級(jí)道路廣場(chǎng)機(jī)械清掃（福龍馬FLM5180TSLDF6 掃路車、德國(guó)哈高HakoCitymaster 600 掃路車）、機(jī)械清洗（中聯(lián)ZLJ5160TXSE4洗掃車）、人工清掃等方式對(duì)路面污染物的去除效果。研究過(guò)程中采用不同清掃方式對(duì)不同路面開(kāi)展清掃，具體效果見(jiàn)圖2?？梢钥吹?，不同方式的清掃對(duì)路面的SS、COD、TN、Pb 等污染物均有較好的去除效果。對(duì)于SS 污染物指標(biāo)，經(jīng)過(guò)道路機(jī)械化清掃作業(yè)后，次干路機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道的SS 濃度可降低約20%，再經(jīng)過(guò)機(jī)械化清洗作業(yè)后，SS 濃度進(jìn)一步降低約20%～30%，廣場(chǎng)人工清掃對(duì)SS 也有較好去除效果。對(duì)于COD 污染物指標(biāo)，經(jīng)過(guò)機(jī)械化清掃作業(yè)后，次干路機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道的COD 濃度降低較少，但經(jīng)過(guò)機(jī)械化清洗作業(yè)后，COD 濃度降低明顯，比例約40%。主要原因?yàn)槁访嬗袡C(jī)物污染多為溶解性，清洗作業(yè)時(shí)，利用水流沖刷路面，污染物溶解后經(jīng)真空吸入至清洗車內(nèi)。此外，機(jī)械化清洗作業(yè)后，路面TN 污染物濃度降低約13%、Pb 污染物濃度降低40%。主要原因?yàn)槁访鍼b 類污染物主要以顆粒態(tài)形式存在[14]，通過(guò)機(jī)械化清掃可伴隨著SS 一同去除。

圖2 不同清掃方式的污染物去除效果（單位：mg/L）

污染物形態(tài)與顆粒物有著密切的關(guān)系，為了進(jìn)一步明確不同清掃方式后，不同粒徑區(qū)間顆粒分布，分析了不同類型道路清掃后各顆粒粒徑段中的SS濃度，具體見(jiàn)表1?？梢钥吹?，路面清掃前后SS 污染物顆粒粒徑多集中在20～75 μm之間，占整個(gè)污染物比例約90%以上，這一結(jié)論也與相關(guān)研究中一致[14，15]，當(dāng)降雨發(fā)生后，雨水徑流挾帶的污染物中以小于75 μm的特細(xì)顆粒為主。值得注意的是，路面清掃對(duì)粒徑大于150 μm的大顆粒污染物去除效果較好，對(duì)微小粒徑污染物去除相對(duì)較弱。該部分顆粒將是雨水徑流的主要污染物，應(yīng)通過(guò)其他措施去除。

表1 不同清掃方式后不同粒徑區(qū)間懸浮物濃度比例

2.2 清掃作業(yè)速度的影響研究

為保障清掃效果，道路清掃機(jī)械作業(yè)設(shè)備車速一般不應(yīng)太高，根據(jù)江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《城市道路環(huán)衛(wèi)機(jī)械化作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ32/TJ 172—2014）[16]的相關(guān)規(guī)定，機(jī)械化清掃作業(yè)行駛速度宜不超過(guò)10 km/h，機(jī)械化保潔作業(yè)行駛速度宜不超過(guò)15 km/h。為考察機(jī)械設(shè)備清掃作業(yè)速度的影響，研究車速在10 km/h、15 km/h 下的清掃效果。設(shè)備車輛為德國(guó)哈高HakoCitymaster 600 掃路車，路段選取上述次干路。清掃效果見(jiàn)表2?？梢钥吹剑鍜咦鳂I(yè)速度為10 km/h時(shí)，對(duì)路面污染物去除效果可提升近10%。因此，建議實(shí)際機(jī)械化清掃作業(yè)時(shí)清掃時(shí)速控制在10 km/h，不應(yīng)超過(guò)15 km/h。

表2 不同清掃作業(yè)速度對(duì)污染物去除效果

2.3 不同道路徑流污染控制方式分析

由于汽車尾氣排放、汽車橡膠輪胎老化磨損、車體自身的磨損、路面材料的老化磨損、殺蟲(chóng)劑和肥料的使用、丟棄的廢物、空氣的干、濕沉降（工業(yè)粉塵、建筑揚(yáng)塵）等原因，道路雨水徑流通常存在污染負(fù)荷高、污染成分和影響因素復(fù)雜等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外常用的道路徑流污染控制方式主要包括工程類措施和非工程類措施。工程類措施包括截污裝置、過(guò)濾設(shè)施、透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、植草溝、雨水塘、雨水濕地等源頭LID 設(shè)施。不同LID 控制設(shè)施對(duì)污染物去除效果較好，如生物滯留設(shè)施對(duì)SS 去除效果在75%～90%，透水鋪裝對(duì)SS 去除效果在80%～90%左右[8]。但是源頭LID 設(shè)施功能的充分發(fā)揮需要考慮服務(wù)面積、土壤基質(zhì)、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境和后期維護(hù)等多方面限制條件。表3 總結(jié)了四類LID 設(shè)施的應(yīng)用條件及建設(shè)運(yùn)維成本?？梢钥吹?，各項(xiàng)LID 設(shè)施的使用壽命在10～20 a，建設(shè)運(yùn)維成本也不盡相同，其中生物滯留設(shè)施的運(yùn)維成本相對(duì)較高，主要是對(duì)設(shè)施的植物進(jìn)行常年維護(hù)。

表3 不同LID 設(shè)施應(yīng)用條件及建設(shè)運(yùn)維成本

非工程類措施主要指通過(guò)加強(qiáng)管理來(lái)達(dá)到控制道路污染的目的，通過(guò)控制污染源來(lái)降低路面徑流中污染物的含量。非工程措施主要包括加強(qiáng)道路運(yùn)輸管理和路面清掃。

管理措施主要是通過(guò)加強(qiáng)管理和公眾教育來(lái)實(shí)現(xiàn)路面徑流污染的削減，包括源頭控制、維護(hù)及公眾教育與參與，這些措施在發(fā)達(dá)國(guó)家受到特別的重視。源頭控制、維護(hù)包括以下幾個(gè)方面[8]：（1）強(qiáng)化路面交通管理，應(yīng)適當(dāng)控制車輛行駛，盡可能減少因加速、減速、剎車和啟動(dòng)等帶來(lái)的污染；實(shí)施嚴(yán)格的車輛漏油、尾氣排放超標(biāo)控制等。（2）路面養(yǎng)護(hù)，及時(shí)進(jìn)行雨水口清理、違法排污控制等。（3）加強(qiáng)對(duì)道路及周邊綠化帶的維護(hù)和管理。（4）選用安全的道路建筑材料、除草劑等。

常規(guī)的路面清掃最多只能去除30%的污染物。因?yàn)槁访媲鍜邔?duì)粒徑較大的顆粒物（大于200 μm）有較好的去除效果，而對(duì)粒徑較小但污染潛力較大的細(xì)小顆粒則難于去除，所以其控制污染的能力受到了限制。根據(jù)前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，蘇州市研究區(qū)域由于采用了較為先進(jìn)高效的清掃機(jī)械設(shè)備和清掃頻率，機(jī)械化清掃以不低于2 次/d 的頻率進(jìn)行作業(yè)，機(jī)械化清洗以不低于2 次/周的頻率進(jìn)行作業(yè)。因此，對(duì)路面污染物的去除率可達(dá)到40%～50%，但隨之帶來(lái)養(yǎng)護(hù)成本的提高，考慮人工費(fèi)、物資消耗費(fèi)、機(jī)械使用費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)等因素，對(duì)于平江新城機(jī)械化清掃作業(yè)，每年養(yǎng)護(hù)成本約0.45 元/m，對(duì)于區(qū)域內(nèi)機(jī)械化清洗作業(yè)，每年養(yǎng)護(hù)成本約0.6 元/km，對(duì)于人工清掃，每年養(yǎng)護(hù)成本約9～15 元/m2，綜合清掃養(yǎng)護(hù)成本約10～16 元/m2/a。但與上述源頭LID 設(shè)施運(yùn)維成本相比，清掃養(yǎng)護(hù)的成本更低。但路面清掃后小于75 μm的特細(xì)顆粒仍大量存在，若不加以控制，會(huì)引起水體污染。

因此，應(yīng)選用適宜的源頭LID 設(shè)施，對(duì)路面污染物進(jìn)一步去除。同樣地，由于高效率、高頻次的路面清掃，進(jìn)入LID 設(shè)施的污染物會(huì)進(jìn)一步降低，LID 設(shè)施的去除效果和運(yùn)行使用周期進(jìn)而增強(qiáng)延長(zhǎng)，運(yùn)維成本則會(huì)下降。

3 結(jié) 論

（1）經(jīng)過(guò)道路機(jī)械化清掃作業(yè)后，路面SS 污染物濃度可降低約20%，再經(jīng)過(guò)機(jī)械化清洗作業(yè)后，SS濃度進(jìn)一步降低約20%～30%，人工清掃對(duì)SS 也有較好去除效果。機(jī)械化清掃作業(yè)對(duì)路面COD 污染物濃度作用較少，但機(jī)械化清洗作業(yè)后，COD 濃度可降低40%。此外，機(jī)械化清洗作業(yè)后，Pb 污染物濃度可降低40%。

（2）路面清掃對(duì)粒徑大于150 μm的大顆粒污染物去除效果較好，對(duì)微小粒徑污染物去除相對(duì)較弱。該部分顆粒將是雨水徑流的主要污染物，應(yīng)通過(guò)其他措施去除。

（3）路面清掃非工程措施綜合清掃養(yǎng)護(hù)成本約10～16 元/m2/a，低于源頭LID 設(shè)施運(yùn)維成本。針對(duì)不同區(qū)域，應(yīng)選擇適宜的LID 設(shè)施與路面清掃等聯(lián)動(dòng)實(shí)施，提高污染物去除效果的同時(shí)降低運(yùn)維成本。