基于HYDRUS-1D模型的不同生物滞留池中水分及溶质运移特征模拟

通过生物滞留池中试和HYDRUS-1D软件,构建了水分和溶质在不同填料生物滞留池中的运移模型,研究了不同情景下生物滞留池对水量和水质的调控效果.同时,利用Morris筛选法对模型参数的不确定性进行分析.结果表明,V、h、θs、n、Ks等参数对水分运移的影响较大,V、c、h、Kd等参数对溶质运移的影响较大.选取试验1~4的数据对模型进行率定,试验5~9的数据对模型进行验证,水量及溶质的Nash-suttcliffe模拟效率系数(Ens)均在0.85以上.采用率定后的模型对预设情景进行模拟,结果表明,人工填料层为粉煤灰+沙的生物滞留池对水量综合削减率为70.54%,对污染物负荷综合削减率为83.88%,效果最佳;增加填料层的厚度可以提高水量削减效果和污染物去除效果,在30、40、50 cm 3种厚度下,填料厚度为50 cm时,水量综合削减率为64.00%,污染物负荷综合削减率为77.71%,效果最佳.进水水量的增大会降低水量削减效果和污染物去除效果,1年重现期下比10年重现期下水量综合削减率大35.97%,污染物负荷综合削减率大20.19%.污染物的去除效果随进水浓度的增大而降低,高、低浓度进水下污染物负荷综合削减率相差7.49%.     

植物及存水区对南方生物滞留池去污效果的影响

以柳叶马鞭草、菖蒲、鸢尾和美人蕉及南方红壤构建5个生物滞留池模拟装置,研究植物和IWS(内部存水区)及其交互作用对径流中TSS、COD、NH_3-N、NO_3~--N、TN和TP去除的影响,定期测定植物的叶绿素含量、株高和游离脯氨酸含量等生理指标,以探讨植物的生长适宜性。结果表明:植物对COD、NO_3~--N和TN的去除影响较大,其去除率分别为68.84%~77.28%、13.09%~59.61%和42.41%~71.75%,柳叶马鞭草和美人蕉的NO_3~--N及TN去除能力显著高于菖蒲和鸢尾(P柳叶马鞭草>鸢尾>菖蒲,美人蕉和柳叶马鞭草的去污效果和长势较好,适宜在南方生物滞留池中种植。     

木屑生物炭对填料土的氮磷吸附及雨水持留改良影响

现阶段生物滞留系统的填料土存在氮磷营养盐净化效果不稳定、雨水持留能力下降等问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统填料土添加剂的改良效果,选用对照填料土和施用了木屑生物炭的改良填料土进行对比研究,通过理化性质测试、等温吸附实验、土柱实验和土水特征曲线测定,研究木屑生物炭对填料土的改良影响与优化机制.结果表明,木屑生物炭孔隙率大、比表面积大、饱和含水率高和CEC高,可优化填料土的结构,提升填料土的离子交换能力;木屑生物炭对填料土的氮磷吸附改良效果突出,对NH4+-N的最大吸附量提高了 2.80倍,去除率由31.30％提高至64.10％,对PO43--P的最大吸附量提高了 1.28倍,去除率由61.90％提高至90.00％;经木屑生物炭改良后,填料土的饱和含水率提高1.63倍,渗透系数提高2.43倍,在各含水率下的基质吸力明显增加.木屑生物炭的添加可优化生物滞留系统填料土的性能,加强对雨水径流中氮磷营养盐的吸附,提高系统的渗透性和雨水持留能力.     

Performance Assessment of Rain Gardens1

Abstract: The most widely used approach for evaluating the performance of stormwater best management practices (BMPs) such as rain gardens is monitoring, but this approach can involve a long time period to observe a sufficient number and variety of storm events, a high level of effort, and unavoidable uncertainty. In this paper, we describe the development and evaluation of three approaches for performance assessment of rain gardens: visual inspection, infiltration rate testing, and synthetic drawdown testing. Twelve rain gardens in Minnesota underwent visual inspection, with four determined to be nonfunctional based on one or more of the following criteria: (1) presence of ponded water, (2) presence of hydric soils, (3) presence of emergent (wetland) vegetation, and (4) failing vegetation. It is believed that these rain gardens failed due to a lack of maintenance. For the remaining eight rain gardens, an infiltrometer was used to determine the saturated hydraulic conductivity (K_sat) of the soil surface at several locations throughout each basin in what is termed infiltration rate testing. The median K_sat values for the rain gardens ranged from 3 to 72 cm/h. Synthetic drawdown testing was performed on three rain gardens by filling the basins with water to capacity where possible and recording water level over time. The observed drain times for two of those rain gardens were in good agreement with predictions based on the median of the infiltrometer measurements. The observed drain time for the third rain garden was much greater than predicted due to the presence of a restrictive soil layer beneath the topsoil. The assessment approaches developed in this research should prove useful for determining whether the construction of the rain garden was performed properly, a rain garden is functioning properly, and for developing maintenance tasks and schedules.     

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.     

两种生物滞留系统脱氮除磷效果比较研究

为提升生物滞留系统的脱氮除磷效果,构建了折流式和直流式两种生物滞留系统,研究了径流流态与降雨强度对生物滞留系统脱氮除磷效果的影响.结果表明：①折流式系统可沿径流路径创造多个好氧、缺氧区块,相较直流式系统,总氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）去除率分别提升29.76%与159.30%.②折流式结构与降雨强度对系统下渗速率产生影响,进而影响系统脱氮除磷效果,低下渗速率（0.99 mm·min^-1）可提升系统脱氮效果（NO₃^--N：160.07%）,高下渗速率（2.96 mm·min^-1）可提升除磷效果（总磷（TP）：5.14%;磷酸盐（PO₄^3--P）：3.96%）.③在折流式系统中,氨氮污染负荷的81.02%通过植物吸收、微生物同化、硝化作用等途径去除,硝态氮污染负荷的52.33%被排出系统.     

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.     

径流溶解性有机物对生物滞留介质去除Cu2+和Pb2+的影响

分别以惰性介质（土、砂）和强化介质（给水厂污泥、铁锰复合氧化物）为研究对象,考察道路径流溶解性有机物（DOM）存在对生物滞留介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺过程的影响,并揭示其主要响应组分及作用机制.结果表明,径流DOM、DOM各分子量组分和各化学组分均可抑制惰性生物滞留介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附去除,促进强化生物滞留介质对两者的吸附去除;其中,径流DOM中<1kDa分子量组分和亲水性组分对惰性介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺的抑制作用最明显、对强化介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺的促进作用也最明显,是影响生物滞留介质对Cu²⁺和Pb²⁺吸附过程的关键DOM组分.<1kDa分子量组分存在使砂介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量减少了62.96%和83.70%,使铁锰复合氧化物介质对Cu²⁺和Pb²⁺吸附量增加了81.16%和4.67%;亲水性组分存在使土介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量最高减少了41.43%和69.12%,使给水厂污泥介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量最高增加了32.35%和39.06%.     

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.     

生物滞留池改善城市雨水径流水质的研究进展

如何有效控制城市雨水径流所带来的面源污染已成为城市管理工作所面临的重要难题之一.作为城市暴雨最佳管理措施(BMPs)中的技术之一,生物滞留池可有效控制城市面源污染.总结了生物滞留池在改善城市雨水径流水质方面的研究进展,简要分析了生物滞留池去除污染物的机制.研究结果表明,生物滞留池对雨水径流中的总悬浮颗粒物(TSS)、重...