城市道路积尘颗粒理化性质受车辆交通特征影响规律及其吸附石油烃机制研究

Road deposited sediments (RDS) is a mixture with complex physical and chemical properties and is the key carrier of transporting traffic related pollutants into stormwater runoff. Currently, the research areas of RDS adsorbing pollutants are primarily source identification, spatial and temporal distribution and pollutant toxicity and environmental and human health risk assessment. However, limited research studies focus on the micro-interfacial processes of RDS adsorbing pollutants and relevant mechanisms, which are essential to RDS environmental effect. Additionally, few researchers focus on total petroleum hydrocarbon (TPH), which is a highly toxic traffic related pollutant. This research study will investigate role of RDS physical and chemical properties, which are influenced by traffic characteristics including average daily traffic volume, traffic congestion condition and diesel/gasoline vehicle rate on TPH adsorption. This study will also analyze the influence of RDS physical and chemical properties such as particle size, mineral composition and lattice structure, cation exchange capacity and organic carbon contents on TPH micro-interfacial adsorption mechanisms by using FTIR, XPS and GC-MS. The research outcomes will contribute to the in-depth understanding of RDS environmental effect, improving stormwater treatment system design and safeguarding reuse safety. Additionally, this outcomes will also extend the knowledge on environmental media’s adsorption in the field of stormwater runoff pollution.

道路积尘（RDS）作为理化性质复杂的混合物，是将交通污染物带入雨水径流的关键载体。目前，RDS吸附交通污染物的研究主要集中于“污染的源解析”、“时空分布规律”及相关的“生态及人体健康风险评价”三个方面。但对影响RDS环境效应具有重要作用的其吸附污染物微界面机制及相关因素的作用原理尚未深入进行；同时，对毒性较高的新兴交通污染物石油烃（TPH）关注不足。据此，本项目拟通过研究日均车流量、拥堵系数、柴/汽油车辆比例等不同交通特征条件下，RDS理化性质的分异规律；并结合红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、气相-质谱（GC-MS）等分析手段，深入揭示RDS粒径、矿物质的组成及晶格结构、离子交换容量、有机碳含量等关键理化性质对TPH吸附机制的影响。本研究将为全面了解RDS的环境污染效应和开发道路雨水处理及回用技术提供理论支持，并拓展对雨水径流污染领域内环境介质吸附行为的科学认识。

城市道路积尘（RDS）作为理化性质复杂的混合物，是将交通污染物带入雨水径流的关键载体。因此RDS污染是影响道路雨水径流水质的主要原因，也是影响道路雨水回用安全的重要因素。尽管目前针对RDS污染的研究已屡见不鲜，但关于其表面负载的石油烃类污染物（TPH）以及与RDS理化性质和道路环境特征的相关性研究还未深入开展。据此，本项目通过道路RDS样品采集、RDS理化性质分析、RDS表面负载的TPH检测等方法深入解析了典型城市道路特征对RDS的负荷分布及理化性质影响规律，系统研究了RDS吸附TPH（挥发性有机物VOC，半挥发性有机物SVOC、不挥发性有机物NVOC）的特征规律，重点开发了RDS表面负载污染物的溯源方法，成功揭示了RDS的综合毒性效应。结果表明，RDS在不同道路特性中均表现为小于150微米的小粒径占80%以上，且以石英为主要矿物质。其中小于75微米粒径的RDS中含有90%以上的有机质。针对RDS表面负载的TPH研究发现，对其贡献比重排序为RDS负荷>功能区>城市交通>路面粗糙度。其中工业区道路的TPH累积负荷最高。研究也发现，VOC相比于SVOC和NVOC来说，其累积规律更具有特殊性。由于VOC具有较强的挥发性，其累积规律与气象条件相关性较强，尤其是温度。在温度较低的秋冬季节，VOC累积负荷较高，但空间分布分异较小。而在温度较高的春夏季节，累积规律则相反。通过对RDS负载的重金属污染物溯源分析得到，Cr， Ni， Pb 的主要来源为汽油车尾气排放，Cu为刹车片磨损、Zn为轮胎磨损。本项目也构建了“等效毒理面积”法，比较了不同道路环境特征下产生的RDS的综合毒性。结果发现哺乳动物细胞比淡水藻响应RDS的毒性更为敏感，这说明受RDS污染的道路雨水回用更应关注人体健康风险。同时，也创新性地提出了“污染物-毒性”耦合的雨水安全回用保障评价方法，为制定有效的雨水安全回用策略提供理论支撑。本项目的研究能够为全面理解RDS的环境效应以及其表面负载的TPH等污染物的综合毒性水平提供重要的理论支持，也为受RDS影响的道路雨水回用安全保障提供关键科学依据。