功能型生态滤床技术处理高速公路桥面径流

□文/苗 乾 张 帆 周 盛

高速公路运营期，在暴雨天气下，雨水降落在桥面形成地表径流，冲刷、淋洗、富集、运移一系列污染物，这些污染物排入周边河流、湖泊、湿地等水体，影响受纳水体水质，造成地表水体污染[1～2]。此外，高速公路危险化学品车辆的倾覆，会对倾覆点周边生态环境造成严重影响，因此桥面初期雨水的污染治理尤为必要。

1 主要污染物构成

桥面径流冲刷、淋洗、富集、运移一系列污染物主要包括有机物、颗粒物、油类、营养物质、重金属等，见表1。

表1 高速公路桥面径流的主要污染物浓度 mg/L

另外在北方严寒地区，冬季降雪后融雪剂的使用，导致大量无机盐进入水体或路域土壤中，造成河流、湖泊及水库的水质下降；这些对公路沿线水资源的破坏和污染一旦产生，就很难恢复[3]。

2 治理目标

通常从降雨初期到形成径流的30 min 内，雨水中的悬浮物和油类物质的浓度比较高；30 min后，其浓度随着降雨历时延长下降较快；降雨历时40～60 min后，路面基本被冲洗干净，路面径流污染物的浓度相对稳定在较低水平；因此，治理的目标主要是前30 min内的初期雨水[4～5]。

国家环保部华南环保所曾对路面径流污染情况进行过试验，采用人工降雨方法形成路面径流，两次人工降雨间隔时间段为20 d，车流和降雨已知，降雨历时为1 h，降雨强度为81.6 mm，在1 h 内按不同时间采集水样，最后测定分析路面污染物变化情况，见表2。

表2 不同时间段路面径流中污染物浓度测定值mg/L

由表2 可以看出，桥面径流的治理目标为前30 min之内的径流，后面的雨水基本不需治理，可以直接进入周围生态沟或边坡。

3 传统治理方法

3.1 沉淀池和应急池组合

此种方案是较早期的一种设计，应急池用来处理事故用，沉淀池的基本作用是通过物理沉淀减少SS和部分COD等污染物，主要依赖自然蒸发来减少桥面径流对周边生态环境的影响。但此种方法对初期桥面径流的污染物去除能力非常有限[6]。

3.2 调节池和人工湿地组合

调节池除可以对桥面径流进行充分的沉淀和混合外，还可以临时收纳意外泄漏的危险品。人工湿地处理系统净化主要是通过大型水生植物吸收附着在植物和土壤上的微生物，降解桥面径流中的污染物，具有处理径流污水和美化环境等作用。但在北方较为干旱地区，这种方式有极大的局限性。我国北方地区冬季气温普遍较南方低，导致人工湿地中水生植物不能存活；此外，低温环境下滤料和土壤板结严重，导致水流不通，最终将导致人工湿地处理失效。见图1。

图1 北方地区失效的人工湿地

即使是在雨水较为充沛的南方地区，人工湿地也是需要定期翻晒滤料和更新滤料等维护，后期较高的运营成本。

3.3 生态边沟和生态种植槽等

生态种植槽从上到下依次由表面绿化植物、种植土壤、配置填料和蓄水块石层构成，自然降雨和路面汇集的径流进入种植槽内，经过植被控制、植物根系吸收、土壤吸附、填料过滤和微生物降解达到对净化效果。见图2。

图2 生态种植槽剖面

降雨达到一定量后，进入底层的块石储水空间进行静置、存储，待缺水时储存的雨水又供给植物生长需要。此方法是一种兼具排水、净水、蓄水、节水等功效的方法；缺点同样来自于北方气候的不适应性和植物吸收效率的不可控性。

4 功能型生态滤床技术

4.1 原理

功能型生态滤床主要填充材料是功能性催化生物载体，而不是传统的滤料和砂土。系统对污染物的消除是通过滤床内的填充材料，而不是植物。滤床内主要填充材料是专利技术“铁基质催化活性生物载体”，见图3。

图3 铁基质催化生物载体的生物膜形态

通过铁基质催化活性生物载体放热过程，促进滤床内填料的化学、生物耦合作用，将污水中有机物、氮、磷和重金属悬浮物等污染物彻底去除。初期雨水经过收集漕流入沉淀池，然后翻过隔墙，经布水管从上至下均匀穿过滤床各层填料，在滤池停留3～5 d 后即可满足排放，经泵提排入排水边沟。见图4。

图4 功能型生态滤床剖面

此载体可以综合生物膜的生物降解功能和铁碳(Fe-C)内电解电化学反应功能，是养与异养耦合的污水深度处理技术，广泛适用于不同的气候条件。

主要作用机理为：

1）络合作用，连续释放的亚铁离子成为络合剂；

2）混凝作用，连续释放的亚铁离子成为高效的混凝剂；

3）还原作用，产生的新生态氢使一些显色基团脱色；

4）氧化作用，产生一定量的新生态氧，具备很强氧化性，可氧化部分有机物。

4.2 工艺流程

工艺主要分三部分：桥面径流经过导流池至初沉池；经过初沉池后至生态滤床；经过生态滤床处理后至达标后排放。见图5。

1）导流池：主要作用是将需要处理的桥面径流导流至桥面径流处理池中，主要为桥下U型槽。

图5 桥面径流处理工艺流程

2）初沉池：主要作用是去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷，使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化固液分离效果；对胶体物质具有一定的吸附去除作用。一定程度上，初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果，减缓水质变化对后续生化系统的冲击。

3）生态滤床：由铁基质填料、火山岩、透水箅子和布水管组成。铁基质填料和火山岩的在放热过程中，促进滤床内填料的化学、生物耦合作用并将污水中有机物、氮、磷和重金属悬浮物等污染物彻底去除。透水箅和布水管则使得桥面径流和铁基质填料和火山岩充分接触。

5 结论

功能型生态滤床处系统内高效水处理填料催化反应及微生物新陈代谢的作用，去除受污染雨水中的有机物。通过工程实际应用显示效果良好，该项技术经济效益和环境效益显著，主要结论如下：

1）功能型生态滤床处系统运行成本低，不需要人工加药或更换滤料、翻晒等维护；

2）后期维护方便高效，无需派人值守，除了正常的提升泵放空外，无其他动力设备；

3）载体寿命长，损耗很小，5 a 之内不需要对载体进行补充和更换；

4）占地较小，是人工湿地占地面积的1/2；

5）出水水质符合相关标准中pH、COD、氨氮、总磷、总氮、石油类等物质的排放限值要求。