生物滞留对城市地表径流磷的去除途径

根据武汉城市地表径流水文变化以及磷污染特征,通过1 a模拟运行监测,研究了生物滞留种植植物(狼尾草)、设置饱和带对城市地表径流溶解性磷(PO3-4-P)去除的影响及去除途径.结果表明,生物滞留采用75%河砂与25%当地黄棕壤混合基质,对地表径流PO3-4-P的平均去除率可达到90%以上.生物滞留种植狼尾草可显著降低出水PO3-4-P浓度.生物滞留设置饱和带可进一步提高对PO3-4-P的去除,不影响出水TP浓度.生物滞留通过基质吸附去除地表径流中的磷,表现为0~22.5 cm基质剖面中植物有效磷的增加,约占试验期间进水磷负荷的50%.从生物滞留系统磷输入(进水)与输出(出水与植物地上部分)角度分析,种植狼尾草一个生长周期地上部分吸收的磷可占进水磷负荷57.1%~76.1%,定期收割植物地上部分可作为城市地表径流磷可持续管理的主要途径.     

3种生物滞留设计对城市地表径流溶解性氮的去除作用

城市地表径流溶解性氮(N)的有效控制具有挑战性.2015构建了3种不同设计的生物滞留设施:壤砂种植紫穗狼尾草(CB)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带(MB1)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带并添加10%木块(MB2).在模拟城市地表径流水文、水质变化条件下,研究3种生物滞留种植植物、设置饱和带以及添加碳源对城市地表径流溶解性N(NH_4~+-N、NO_3~--N)的去除作用.通过为期1年试验监测表明,在进水NH_4~+-N浓度平均值为(5.45±2.21)mg·L-1情况下,3种生物滞留对NH_4~+-N均具有显著的去除作用(去除率95%).基质吸附、硝化与植物吸收是生物滞留有效去除城市地表径流NH_4~+-N的主要途径.在进水NO_3~--N平均值为(5.88±2.32)mg·L-1情况下,CB、MB1和MB2出水NO_3~--N浓度的平均值分别为(4.04±2.64)、(0.84±1.18)和(0.26±0.48)mg·L-1,相应去除率分别为31.3%、85.7%和95.6%.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带以及添加碳源均可显著降低出水NO_3~--N浓度,减少NO_3~--N淋溶输出,提高NO_3~--N去除率.植物吸收和微生物反硝化是生物滞留去除NO_3~--N的主要途径.进水NO_3~--N浓度、水量、间隔天数是影响生物滞留出水NO_3~--N浓度的主要因素.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带并添加碳源,在水文、水质变化情况下,仍可有效去除城市地表径流溶解性N.     

给水厂污泥改良生物滞留填料除磷效果的研究

通过静态吸附实验研究了土壤、给水厂污泥对磷的吸附特性,采用生物滞留模拟柱,考察生物滞留技术对城市径流中磷的去除效果,评价以给水厂污泥改良填料的可行性.结果表明,给水厂污泥对磷的吸附能力远大于土壤.在进水磷浓度为1.0 mg·L-1条件下,传统填料模拟柱出水总磷随着进水量的增加浓度逐渐增大,而改良填料模拟柱表现出稳定的长期去除效果,经7个月的连续运行,改良填料模拟柱出水总磷的浓度仍小于0.050 mg·L-1,满足地表水Ⅲ类水质标准.根据静态吸附实验估算结果,相同的控制条件下,添加4%给水厂污泥的改良填料对磷的吸附能力约为传统填料的4倍.无定型铁铝的沉淀、吸附作用是改良填料截留进水中磷的主要机制,工程应用中可在填料中添加4%~5%比例的给水厂污泥以提高生物滞留设施控制受纳水体富营养化的效果.     

生物滞留设施去除城市道路径流中邻苯二甲酸酯的效果评估

上海市区道路径流中存在邻苯二甲酸酯(PAEs)污染,平均浓度达到171.71μg·L~(-1),高于欧洲和澳大利亚道路径流浓度近一个数量级,直接排放会对地表水体造成污染.为了从源头控制道路径流中PAEs污染,在上海内环高架道路下建造了应用规模生物滞留设施,研究城市绿色基础设施对道路径流中6种美国EPA优先控制PAEs污染物的控制效果及机理.生物滞留设施表面积为20 m2,汇水面积约为400 m2,底部带有防渗膜,适用于高地下水位地区.结果表明,8场监测降雨事件中,设施出水∑6PAEs平均浓度为10.23μg·L~(-1),显著低于道路径流∑6PAEs平均浓度171.71μg·L~(-1)(p0.05).沉淀预处理对PAEs无显著去除效果,生物滞留池对DEHP的去除率与TSS的去除率呈显著正相关,主要通过基质层截留作用去除;DEP、DBP、DMP等低分子量PAEs的去除率与设施水力负荷呈负相关,主要通过生物滞留池基质的吸附作用去除.DEHP、DBP为我国《地表水环境控制标准》控制污染物,生物滞留池出水DBP浓度低于标准值3μg·L~(-1),达标率100%;出水DEHP浓度大多情况下低于标准值8μg·L~(-1),达标率为71%,生物滞留设施可以有效控制道路径流PAEs污染.本研究的结果适用于我国东南部地下水位较高的地区,可为绿色基础设施控制地表径流PAEs提供设计理论指导.     

北京市新建城区不透水地表径流N、P输出形态特征研究

2010年通过对北京市新建城区典型不透水地表径流水样的采集与分析,研究新建城区地表径流水质特征及其N、P输出形态组成,以期为城市地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,北京市新建区典型不透水地表屋面和道路地表径流污染初期冲刷效应显著,屋面径流污染负荷的输出主要集中在初期10 mm径流,而道路径流污染负荷的输出主要集中在初期15 mm径流.屋面地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为50.2、81.7、6.07、2.94、1.05和0.11 mg·L-1;道路地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为539.0、276.4、7.00、1.71、1.51和0.61 mg·L-1.屋面径流颗粒态COD、TN和TP分别占20.8%、12.3%和49.7%,道路径流颗粒态COD、TN和TP分别占68.6%、20.0%和73.6%.屋面径流溶解性氮素占总氮87.7%,其中NH4+-N和NO3--N分别占57.6%和22.5%,道路径流溶解性氮素占总氮的80.0%,其中NH4+-N和NO3--N分别占42.1%和35.0%.城市地表径流污染控制应加强NH4+-N和NO3--N的去除.     

绿色屋面不同基质组分对降雨径流水质和水量的影响

通过模拟降雨强度50~80 mm的降雨实验,研究了3种常用基质(商业基质、火山岩基质和田园土基质)绿色屋面的径流滞留率和径流水质的特点.结果表明:商业基质的径流滞留率最高,达到48.6%,火山岩基质和田园土基质的滞留率分别为33.6%和30.4%;随着降雨历时的延长,3种基质屋面径流中各水质参数浓度呈现出逐渐降低的趋势,但是,随着降雨强度的加大,商业基质径流中TN浓度和COD呈现出逐渐升高的趋势,而火山岩和田园土基质径流水质参数未呈现出明显变化;田园土基质屋面径流EC、TN、COD、TP和TSS的浓度均值高达3973.54、36.96、503.67、2.64和92.02 mg·L~(-1),显著高于商业基质屋面和火山岩基质屋面;商业基质屋面能够有效地中和模拟降雨的pH,且径流中EC、TP和TSS浓度与火山岩基质屋面径流无明显差异.但是,这2种基质屋面径流中TN和COD的浓度(商业基质:17.47 mg·L~(-1)和87.99 mg·L~(-1),火山岩基质:10.95 mg·L~(-1)和157.85 mg·L~(-1))均超出国家地表水环境质量V类标准;通过综合分析3种屋面基质径流滞留率和径流水质,认为商业基质是我国北方地区较为适宜的绿色屋面基质.研究结果可为绿色屋面的科学构建和城市暴雨径流管理提供科学依据,并为我国海绵城市的建设提供重要的理论依据.     

重庆市典型城镇区地表径流污染特征

以重庆大渡口区建胜镇为典型区域,选取水泥瓦屋顶、石棉瓦屋顶、水泥平屋顶、居民区水泥路面、餐饮沥青路面、油库沥青路面等不透水下垫面和附近一条合流制溢流渠为采样点,研究了城镇地表径流中营养性污染物和重金属排放特征.结果表明,路面径流中TSS、COD、TN、TP平均质量浓度为(1 681.2±677.2)、(1 154.7±415.5)、(12.07±2.72)、(3.32±1.15)mg·L-1,普遍高于屋面径流污染物平均质量浓度:(13.3±6.5)、(100.4±24.8)、(3.58±0.70)、(0.10±0.02)mg·L-1.不透水地表径流中,TDN、TDP分别占TN、TP的62.60%±34.38%、42.22%±33.94%.与中心城区相比,本城镇地表径流污染物质量浓度一般较高.合流制溢流中,TSS、COD、TDN、TN、TDP、TP为(281.57±308.38)、(231.21±42.95)、(8.16±2.78)、(10.60±3.94)、(0.38±0.23)、(1.51±0.75)mg·L-1,重金属质量浓度均未超过地表水环境质量Ⅴ类标准.合流制溢流中大部分污染物存在初期冲刷效应,而TSS的初期冲刷效应较弱.合流制溢流中,COD、TP与TSS都具有显著正相关关系,NH+4-N和TP、TDP、TN、TDP之间呈显著正相关关系,而NO-3-N和其它指标都呈负相关关系.     

塘-湿地组合系统对城市旅游区降雨径流污染的在线截控作用研究

以武汉动物园猩猩馆为例,进行了塘-湿地组合系统对城市旅游区降雨径流污染的在线截控作用研究.22场的降雨径流监测结果表明,由沉淀池、塘、一阶湿地和二阶湿地组成的系统对污染物表现出良好的持留能力.在2005年6月26日的暴雨连续流事件中,径流流速由系统入口处的65.5 cm·s-1降至系统出口处的17.7 cm·s-1,径流总量由213.4m3降至31.9 m3,TSS、CODCr、TN、TP的浓度分别由161mg·L-1、226.9mg·L-1、17.0 mg·L-1、0.99mg·L-1降至98.8 mg·L-1、52.8 mg·L-1、4.16mg·L-1、0.41 mg·L-1,颗粒物的体积平均粒径由312μm降低至23.9μm,系统对TSS、CODCr、TN和TP的持留率分别达到92.9%、96.0%、85.7%和80.9%.在2005年7月10日的间断流事件中,整个系统出口无地表径流输出,污染径流全部为塘-湿地组合系统截留.塘-湿地组合系统通过在线截留、缓冲和存储作用,对不同源区降雨径流的产流时间、流速和流量具有多重调控作用,延长了污染物在流域内部的滞留时间,使径流中的污染物浓度以及颗粒物的粒径逐级得到降低,减少了污染负荷的输出.     

生物滞留设施中添加铁质对磷的去除效果

城市地表径流是非点源污染的主要来源,磷作为主要污染物之一,被认为是水体富营养化的主要因素。生物滞留设施能有效通过沉淀、过滤、吸附以及生物过程达到对地表径流中污染物的处理。通过实验方法对比研究在生物滞留设施填料层中添加铁粉和纳米铁对磷的去除效果,讨论了铁质放置位置、采样时间以及材料种类对渗流中磷的去除效果的影响。通过对比放置在不同位置的去除率,得出铁质放置在中层对磷有较好的去除效果。通过将铁质放置在中层,研究了磷的去除率随时间的变化以及不同材料对磷的去除率的影响。     

生物滞留设施对雨水径流氮磷污染物净化机理和运行优化方式研究进展

生物滞留设施是城市雨水管理和海绵城市建设的典型技术措施之一,其对城市雨水径流中氮、磷污染物的净化机理和控制效果受到研究人员广泛关注。通过系统梳理生物滞留设施对不同形态氮、磷的净化机理研究进展,分析了传统生物滞留设施对雨水径流中氮、磷污染物的控制效果;进而从设施填料组合与配比、淹没出流区设置、碳源添加和填料填装方式4个方面,系统分析了生物滞留设施对雨水径流中氮、磷污染物净化效果的提升方式和效果。基于目前研究的不足和海绵城市建设中实际工程技术需求,从生物滞留设施对雨水径流氮、磷污染物控制方面展望了未来重点研究方向。     

单级和两级串联臭氧-生物活性炭深度处理垃圾渗滤液的比较研究

使用单级和两级串联臭氧-生物活性炭(O3-BAC)处理垃圾焚烧渗滤液的二级生物处理尾水,比较研究了污染物去除效果.结果表明,臭氧投加量为200 mg·L-1时,两级串联O3-BAC对COD、UV254和色度的去除率分别为75.9%±2.1%、78.8%±2.9%和96.8%±0.9%,处理出水COD基本保持在100 mg·L-1以下,色度低于40倍,满足GB 16889-2008排放要求;而单级O3-BAC对COD、UV254和色度的去除率分别为68.2%±1.3%、69.7%±0.5%和92.5%±1.1%,处理出水COD和色度分别为150 mg·L-1和60倍,不能达到排放要求.单级O3-BAC在290 mg·L-1臭氧投加量下,才能达到两级串联O3-BAC在200mg·L-1臭氧投加量下的污染物去除效果.此外,两级串联O3-BAC在臭氧投加量200 mg·L-1时的总磷去除率为63.5%±4.4%,出水总磷浓度稳定在1 mg·L-1以下,直接满足GB 16889-2008排放要求.     

不同供磷水平对四种超富集植物生长及吸收重金属的影响

本论文通过水培试验研究了以KH2PO4作为磷(P)源在不同浓度(0~45.52 mg·L-1)和以Ca3(PO4)2作为磷(P)源在22.76 mg·L-1对Zn/Cd超富集植物东南景天Sedum alfredii、Zn/Cd/Ni超富集植物遏蓝菜Noccaea caerulescens(两个品种)和Ni超富集植物庭荠属Alyssum murale在20 mg·L-1(Zn)、18 mg·L-1(Ni)、10 mg·L-1(Pb)和0.5 mg·L-1(Cd)胁迫下的生长和吸收重金属的影响.试验结果表明严重缺磷的无磷和磷酸钙源处理显著抑制了这些超富集植物的生长,但4种超富集植物的地上部生物量在11.38、22.76、45.52 mg·L-13个磷水平处理之间均无显著差异.正常营养液的供磷水平(22.76 mg·L-1),S.alfredii对Zn/Cd和N.caerulescen 1号对Zn/Cd/Ni的吸收累积达到最大值,而高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)显著抑制了这两种植物对相应元素的吸收;A.murale对Ni/Cd/Pb的吸收累积均在高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)获得最大;增加磷的供应对N.caerulescen 1号吸收累积Zn/Ni/Cd/Pb产生了不同的效应.这些超富集植物提取重金属的最佳供P水平因植物种类而不同.     

木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

生物炭吸附雨水径流难生物降解有机氮效能及机制

有机氮（ON）在雨水径流氮素污染中起关键作用,但多数研究只关注可生物降解有机氮的生物转化去除,忽略了占比较高的难生物降解有机氮.以生物炭作为吸附剂,探究其对雨水径流典型难生物降解有机氮（吲哚）的吸附效能及机制.结果表明,原始生物炭对吲哚有较高的单位吸附量（45 mg·g^-1）,生物炭投加浓度为0.4 g·L^-1时其表面平均吸附位点利用度最高.H₂O₂和NaOH改性生物炭对吲哚的吸附量是原始生物炭的1.3倍和1.6倍,吸附机制包括疏水相互作用、氢键和π-π电子供体-受体（π-π EDA）作用,以疏水相互作用为主,其中H₂O₂改性通过增加生物炭表面含氧官能团来加强氢键和π-π EDA作用,而NaOH改性生物炭通过大幅提高生物炭比表面积来加强疏水相互作用,故NaOH改性吸附效果更优.综上,生物炭对难生物降解有机氮具有较强去除作用,通过NaOH改性还能大幅提高效率,故在雨水径流氮素污染较高的地区把NaOH改性生物炭作为生物滞留池中的填料有着极大的应用潜力.     

猪粪堆肥中一株溶磷菌的筛选鉴定及溶磷能力初步测定

从猪粪堆肥中分离纯化得到一株具有较强溶磷能力的菌株PSM-1,进行了形态学和分子生物学鉴定,研究了其溶磷能力和遗传稳定性.结果表明:通过菌落形态和ITS基因序列分析鉴定,菌株PSM-1为产黄青霉(Penicillium chrysogenum);在3种不同无机磷源液体培养基中其溶磷量依次为Ca3(PO4)2(138.36 mg·L-1)Fe PO4(117.38 mg·L-1)Al PO4(113.76 mg·L-1),且PSM-1的溶磷量均与培养液p H值呈现出显著负相关性;以葡萄糖为碳源、硝酸铵为氮源时,菌株PSM-1的溶磷量最高可达195.67 mg·L-1,比初始有效磷高141.42%;该菌株对碳源和氮源的利用效率分别依次为:葡糖糖蔗糖麦芽糖淀粉,硝酸铵硝酸钾硫酸铵草酸铵;经过20次传代培养后PSM-1的溶磷量保持在(124.54±3.50)mg·L-1,说明其溶磷遗传稳定性良好.研究表明:PSM-1菌株具有良好的溶解无机磷的能力,在土壤微生态改良方面具有重要的应用潜力.     

暴雨径流对非常规水源补给城市河流水质冲击研究

选择北运河流域典型非常规水源补给城市河流(凉水河)为研究对象,阐述暴雨径流对非常规水源补给城市河流水体物理化学特征的影响.结果表明,非暴雨期间,凉水河水体p H和DO平均值分别为7.67和3.88 mg·L-1;耗氧物质COD和氨氮(NH+4-N)平均质量浓度分别为47.41 mg·L-1和8.39 mg·L-1;富营养化元素总氮(TN)和总磷(TP)平均质量浓度分别为16.34 mg·L-1和1.45 mg·L-1.暴雨期间,雨水径流汇入收纳水体后,COD、NH+4-N、TP平均质量浓度明显上升,最高值分别达到108、14.24、3.02 mg·L-1.在空间分布上,COD、NH+4-N、TN和TP质量浓度变化趋势随土地利用类型变化特征趋于一致,从城镇区至农村区,均呈逐渐上升趋势.