市区径流污染特点分析

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本文作者：李静静李云飞张宁张进徐挺谢继锋作者单位：安徽大学资源与环境工程学院

大量研究表明，地表径流中含有一定量的重金属［1］，重金属也是城市径流污染带给受纳水体污染负荷的重要污染物，起到主要的毒性作用，重金属不易降解并且能在生物体内富集，最终通过食物链进入人体，在人体内积累，当其达到一定浓度后对人体产生毒害作用［2－3］。20世纪70年代，国外率先调查分析路面径流中重金属污染［4－5］，这些重金属主要来源于汽车尾气、冶金企业的烟尘、化石燃料燃烧、风沙扬尘以及各种金属部件的腐蚀。我国对雨水径流的研究起步较晚，近年来对地表径流研究多集中在常规指标，如悬浮物(SS)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)等，而对重金属以及多环芳烃的研究均较少［6］，研究也主要集中在北京［7］、南京［8］、广州［9］几个城市。笔者以合肥市经开区几条不同类型的道路为研究对象，在降雨期间采集路面径流，并检测其中Cr、Cd、Cu、Mn、Pb等重金属的含量，着重分析重金属的出流特征以及颗粒吸附态重金属与悬浮物浓度之间的相关关系。

1材料与方法

1．1研究区概况

安徽省省会合肥地处中纬度地带，位于江淮之间，巢湖之滨，全年气温冬寒夏热，春秋温和，属于暖温带向亚热带的过渡带气候类型，为亚热带湿润季风气候。年平均气温15．7℃，1月份最冷，平均气温为7．7℃，7月份最热，平均气温为28．9℃;年平均降雨量近1000mm，雨量主要集中在5～6月的梅雨季节，约占全年降水量的41%，冬季降水较少，仅占降水量的11%;日照2100多个h。

1．2样品采集

结合合肥市降雨特点，考虑到该研究中试验规模和试验的可操作性，采样点主要集中在位于合肥市经开区的安徽大学磬苑校区及其周边地区(图1)。安徽大学磬苑校区位于合肥大学城的中西部，翡翠路以北，九龙路和汤口路以东，容城路以南，翡翠湖环湖西路以西，东邻翡翠湖公园景区。4个采样点分别为安徽大学磬苑校区南校门前校外道路(A)、安徽大学磬苑校区西门门口路面(B)、校园内榴园食堂附近路面(C)、金寨路明珠广场路段(D)(表1)。采样时间为2011年3月20日，为保证降雨对地表沉积物的有效冲刷，并体现单次降雨中的变化情况，从降雨开始形成有效地表径流5min内开始取样，以后每隔10、15、20、30min取1次水样，每次取样1000ml。共采集19个水样，平均每个采样点取5个样品，样品采集后送实验室待分析。采集所用采样瓶事先用8%硫酸浸泡24h，然后用超纯水冲洗干净，晾干备用。

1．3样品测定

径流水质测定的参数主要有悬浮物(SS)以及重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Pb含量。SS含量采用重量法(GB11901-89)测定。测定重金属含量时，首先进行水样的预处理，取500ml水样于旋转蒸发器上浓缩至20ml，移于25ml容量瓶中并定容;同时取相同水样500ml通过GF/F玻璃纤维滤纸(Whatman，UK)，滤液同上浓缩处理，悬浮物烘干并称重，剪碎待用;浓缩后的水样与悬浮物通过硝酸－双氧水体系进行湿法消解［10－12］，溶液比较澄清时将预处理后样品溶液定容至10ml;然后使用XSPIntrepidⅡ型等离子发射光谱仪(Thermo，US)，对样品中的重金属含量进行测定。

2结果与分析

2．1重金属污染总体分析

由表2可知，合肥地区的路面径流中重金属污染比较严重，这与雨前干燥期较长有很大关系，此前干燥期为一个月(期间有两场降雨均未产生径流，仅湿润地表)。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，Cr污染比较严重，4个点Cr含量几乎都高于V类水标准2～10倍以上;Mn与Cr一样，在A、D点污染较严重，均高于V类水标准，这主要是因为A点位于建设中工业区附近，会有一些大型车辆经过;D点为繁华地段交通主要干道，车流量和人流量均较大。同样，Cd的含量也高于V类水标准，污染也比较严重。B、C点Pb含量均较高，这是因为B点靠近公交站台，汽油中含大量Pb，导致Pb含量较高;C点靠近垃圾桶等污染源，会导致污染物浓度超高。

2．2重金属的出流特征分析

由图2～5可知，在整个径流污染过程中，初期径流所含的重金属质量浓度高于后期径流的重金属质量浓度，有较为明显的初期冲刷效应。这是由于路面累积的重金属大部分在降雨径流初期就被径流冲洗而迁移，随着路面径流的不断冲刷，路面径流中的重金属质量浓度逐渐降低。总体来看，重金属浓度随降雨过程逐渐减小，但也存在浓度回升的现象，这可能是由于降雨强度突然增大，冲刷地表污染物导致径流中重金属浓度增大，这与前人的研究结果相似［13－14］。

2．3重金属浓度与SS浓度的相关性分析

颗粒物除本身会影响水体透明度和危害水生生物外，其表面还能吸附其他污染物，如重金属和PAHs等，从而成为一种重要的污染物质［15］。分析径流中固体物质与重金属的相关性，有助于弄清重金属在径流中的赋存状态，有效地预测颗粒态污染物的浓度，从而促进城市公路路面径流污染的治理，为开发合理的径流控制措施提供依据。

2．3．1SS浓度变化。由图6可知，SS有典型的初期冲刷效应，有个别采样点SS浓度随降雨强度的增大出现再升高的现象。A点SS浓度较高，是由于安大南门附近经常有渣土车经过，且清扫频率不高，导致SS浓度较高;D点浓度最高，主要是因为明珠广场处于繁华地段，车流量和人流量均较高，因此SS浓度比其他点都要高。

2．3．2颗粒吸附态金属的比例。由图7可知，径流中悬浮颗粒物吸附的重金属量(即颗粒吸附态重金属)占总金属量的比例为0．74～0．99。可见，Cu、Mn、Pb几乎都是吸附在悬浮颗粒物上或者以重金属颗粒态存在;Cr所占的比例偏低，这与国内外研究结果相似［16－17］。

2．3．3颗粒吸附态重金属与SS浓度的相关性。由图8可知，在合肥市经开区地表径流中，颗粒吸附态重金属与SS浓度的相关性较好，与Cr、Cu、Mn的相关系数分别为0．9187、0．9007、0．8321(n=19)，而Pb只有0．5968(n=19)。研究表明，Pb与SS浓度相关系数可达0．80以上［18－20］。主要原因可能是B、C点由于车流量较少，SS基本由无机物质组成。在污染严重的A、D点相关性较高，而且通过检测溶解态的Pb浓度发现，Pb含量较低，这与上述其他研究成果相近。由图7和8可知，地表径流中重金属含量易受悬浮物含量的影响，通过控制悬浮物的含量可以有效控制地表径流中重金属的含量，一定程度上缓解地表径流导致的地表水污染问题。

3结论

(1)合肥市经开区路面雨水径流中重金属浓度较高，几乎都高于地表水环境标准V类水标准中重金属含量，特别是危害较大的Cr、Cu、Mn、Pb等，这与雨前干燥期长短以及采样点的周围环境状况等相关。(2)合肥市经开区路面地表径流中颗粒吸附态重金属与SS浓度的相关性较大，可通过SS浓度预测径流中与其相关的污染物浓度，从而促进降雨径流污染的有效治理。(3)合肥市经开区雨水径流中污染物负荷排放的初期冲刷效应比较明显，拦截并处理初期径流可去除整个降雨事件中所排放的大部分悬浮物和重金属。