生物滞留系统去除雨水病原微生物的研究进展

雨水虽是一种可持续的非常规水源,但径流过程中携带的病原微生物对公共卫生及人类健康存在潜在风险。生物滞留系统是海绵城市建设中径流污染控制的常用源头措施,其不仅可去除常规性污染物,还可在一定程度上控制病原微生物,在雨水处理回用方面具有良好的应用前景。文章结合回用水质标准重点分析了生物滞留系统对病原微生物的削减效果,综述了强化型生物滞留系统对病原微生物的去除研究进展。传统生物滞留系统虽可有效去除病原微生物,但难以满足雨水回用要求,而选用抗菌性植物,增设抗菌填料或添加生物炭介质可显著提高系统对病原微生物的去除率。作者提出,今后的研究将重点关注雨水径流中病原微生物在生物滞留系统中的去除机理与过程模型,进而探寻系统的最佳运行条件与工艺设计参数,以提高系统对病原微生物的去除效果与稳定性。     

雨水生物滞留设施脱氮途径及效能研究进展

生物滞留系统中氮污染控制是雨水径流源头净化的关键环节,对缓解受纳水体的氮污染物负荷具有重要作用.本文总结了雨水径流中氮污染形态及来源,并分析了生物滞留系统中脱氮反应途径及其主要影响因素.生物滞留系统氮污染控制的主要反应途径包括同化反应、吸附、硝化反应、反硝化反应、异化还原为铵,主要依赖于脱氮功能微生物群落.此外,影响脱氮效果的主要因素包括植物类型、填料类型、淹没区设置、雨前干燥期及电子供体,并综述了因素影响下生物滞留系统中的脱氮效能.最后,对提高生物滞留氮污染控制效能提出了建议和展望.     

沸石改良雨水生物滞留系统去除污染物研究

作为重要的低影响开发技术之一,雨水生物滞留系统在控制径流污染和削减径流总量及峰值方面具有良好的效果。传统生物滞留系统对于TSS、重金属和COD有较好的去除效果,但对硝氮去除效果差,砂土填料空隙率小,对水量的调蓄效果差,水力停留时间长,容易堵塞。本研究尝试采用沸石作为滞留系统的基质填料,并在系统底部设置淹没区创造缺氧环境提高系统对硝氮的去除效果。对比了在有无淹没区条件下对模拟雨水中各种污染物的去除效果。在无淹没区条件下,系统对进水TSS负荷的变化有很好的抗冲击能力,当进水TSS浓度在100~400 mg/L范围内变化时,出水TSS始终在20 mg/L以下。当进水COD浓度为150~250 mg/L,TP浓度为2.5~7.0 mg/L,NH_4~+-N浓度为3.0~4.0 mg/L,NO_3~--N浓度为6.0~10.0 mg/L时,系统对COD、TP、NH_4~+-N、NO_3~--N的平均去除率分别为67%、73%、88%、5%。在有淹没区且进水浓度基本相同的条件下,系统对TSS、COD、TP、NH_4~+-N等污染物的去除均没有大的变化,但对NO_3~--N的平均去除率则上升为74%。同时,系统对Pb、Zn、Cu、Cd等重金属也有良好的去除效果。     

生物滞留强化脱氮除磷技术研究进展

生物滞留是使用最为广泛的一种城市雨水低影响开发技术,其对城市径流中悬浮物、重金属、油脂类及致病菌等物质的去除效果较好,但脱氮除磷效果不够稳定。通过对国内外常规生物滞留池对污染物质净化效果的总结,探讨了常规生物滞留池氮磷去除不稳定的主要原因,阐述了目前国内外生物滞留池强化脱氮除磷的技术改进方法、机理及效果,指出了未来的发展方向。     

模拟生物滞留池强化径流雨水中的氮磷去除研究

为改善生物滞留池对径流雨水中氮和磷的去除效果,考察了不同组合填料和淹没区深度分别对总磷和硝酸氮的影响,找出最优工况,采用小试实验研究优化后的模拟生物滞留池对径流雨水中氮磷的去除效果。结果显示,最优工况是选择麦饭石组合填料,设置淹没区深度为35 cm。经优化后的模拟生物滞留装置在7场模拟降雨实验中,对COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN和TP去除率分别为:68.65%~82.86%、73.47%~91.69%、29.35%~74.56%、58.66%~74.88%和78.37%~93.90%。该装置对模拟径流中的污染物去除稳定,适合应用于道路滞留带。     

生物滞留介质类型对径流雨水净化效果的影响

生物滞留措施能够有效去除径流雨水中的污染物,而介质类型对其净化效果具有重要影响。该研究以粗砂、细沙、黏土、建筑垃圾为介质,研究了生物滞留单元对径流雨水中污染物的净化效果。结果表明,各单元对COD、氮、磷污染物的平均去除率分别为63.9%、62.2%、83.3%;Cd为77.2%,Cu、Pb、Cr、Zn均在92.9%以上。介质类型、介质填装方式、粒径级配等因素对氮、磷等污染物的净化效果影响较大,对重金属的净化效果影响较小。各种介质去除污染物能力依次为黏土细沙粗砂建筑垃圾;建筑垃圾的粒径越小,对径流雨水中污染物净化效果越好。基于上述结果,对各单元出水水质进行回用风险评估,黏土复合介质滞留单元的出水回灌地表水的风险最小;各单元出水均可满足绿地灌溉(GB/T 25499-2010)水质标准。     

生物滞留设施研究进展

通过分析近年来生物滞留设施在土壤介质、气候与热冲击、生物多样性、生命周期成本等方面的研究内容得到,优化土壤介质可提高系统的处理性能。增加模型的兼容性与输入端控制可提高模型预测的准确性。小规模设施耐热冲击性能较好。生物滞留设施相比草坪、花园有更丰富的生物多样性,利用植物根系与生物多样性增强设施的性能还有待研究。通过主动性控制指导、加强施工段控制可降低设施的周期成本,成本模型预测的准确性还需加强基础资料的收集与资源的共享。     

生物滞留池用于城市雨水径流控制研究现状和展望

生物滞留池是一种采用分散方法,从源头削减雨水和控制污染物迁移的高效LID措施。从水文效应、水质处理及模型建立三方面回顾了国外生物滞留池的研究现状,对生物滞留池用于国内城市雨水径流控制展望如下:在满足水量负荷下对溶解性N和颗粒悬浮物去除的研究;生物滞留池长期运行稳定性研究,包括填料的二次污染和自然再生等;生物滞留池水力模型和水质模型的研究必须与理论研究相结合,以减少试验周期和优化试验参数。     

改良填料折流式生物滞留系统对雨水中氮磷削减的效果

针对生物滞留池对雨水中氮、磷去除效果不稳定,甚至出现负去除现象,开展改良生物滞留系统的研究。通过构建直流式和折流式2种生物滞留系统,分别填充传统填料和羟基铝蛭石污泥颗粒（HAVSP）改良填料,搭建传统填料直流式生物滞留柱（1^#）、改良填料直流式生物滞留柱（2^#）、改良填料折流式生物滞留柱（3^#）3个模拟试验柱;比较了3个模拟试验柱对雨水中氮、磷的去除效果,并探讨了HAVSP对生物滞留填料的改良作用。结果表明：HAVSP改良填料折流式生物滞留系统对氮、磷的削减效果比传统填料和改良填料直流式生物滞留系统更加明显,且在350 mm淹没出流高度时对氮、磷削减效果最佳,总氮和硝态氮去除率最高可达76%和77%。

     

生物滞留系统设置内部淹没区对径流污染物去除的影响

生物滞留系统是一种能有效控制雨水径流污染的低影响开发技术。在基质中添加铝污泥能保证系统对磷的高效稳定去除,设置内部淹没区可以提高除氮能力,但有研究表明设置淹没区却降低了对磷的滞留效果。为了明确设置淹没区对铝污泥改良基质生物滞留系统去除污染物的影响,采用按一定质量比例配制的砂土铝污泥(15%铝污泥+85%砂土)作为滞留系统填料,并设置不同淹没高度和滞留时间的淹没区,对比污染物在无淹没区及不同淹没高度和滞留时间下的去除率。结果显示,在铝污泥改良基质生物滞留系统中,淹没区的设置对NH+4-N、TP、重金属的去除影响甚微,但能提高对COD和NO-3-N的去除。600 mm淹没高度下NO-3-N的去除效果较200 mm淹没高度下去除效果更加稳定且高效,滞留时间对COD、NO-3-N的去除影响较小。     

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.     

生物滞留设施对城市地表径流低浓度磷吸附基质研究

城市地表径流是淡水水体磷的重要来源之一.国际上生物滞留设施被广泛应用于城市地表径流污染的控制,其中基质组成是影响生物滞留设施除磷效果的主要因素.本研究探讨了紫色土与河砂混合作为生物滞留设施基质吸附去除城市地表径流低浓度磷的可行性.结果表明:山地城市重庆不透水地表(包括居住区道路、商业区道路、停车场以及交通干道)径流TP浓度变化范围为0.04~7.00 mg·L-1,均值为(0.75±1.08)mg·L-1;TDP浓度变化范围为0.02~0.46 mg·L-1,均值为(0.15±0.10)mg·L-1.根据重庆降雨特征与不透水地表径流磷污染特征,生物滞留设施规模为10%不透水面积,预期服务时间10a,基质对城市地表径流P的预期吸附量需达到7.5 mg·kg-1.中、酸性紫色土草酸浸提态Fe、Al含量影响P吸附能力,紫色土P吸附能力与草酸浸提态Fe和Al含量与磷含量之比(OR)呈显著正相关,20%紫色土与80%河砂混合基质可以满足重庆生物滞留设施基质对城市地表径流P的预期吸附量要求.20%紫色土与80%河砂混合基质(厚度60 cm)对P浓度0.30mg·L-1的进水长期模拟运行,出水P浓度均低于0.05 mg·L-1.利用紫色土和河砂混合基质吸附去除水文过程与水质变化情况下的城市地表径流低浓度P是可行的.     

防渗型生物滞留中试系统降雨径流水质与三维荧光特征

构建了两套防渗型生物滞留中试系统,在2017年3~4月期间,跟踪监测了系统在低温小强度降雨条件下的径流水质特点,并同步分析了降雨径流的三维荧光光谱特征.系统降雨径流水质监测结果表明,经系统净化后,出水污染物浓度波动较小,对NH_4~+-N和TP均有相对稳定的去除效率,可分别达到78.38%~95.03%和72.04%~76.04%.荧光光谱特征分析表明,生物滞留系统出水中的主要溶解性有机物(dissolved organic matters,DOMs)为蛋白类物质和类腐殖质物质,主要来自生物或水生细菌代谢物;系统对于Ⅰ区、Ⅱ区蛋白类荧光有机物和类富里酸具有较好的去除效果,去除率可分别达到57.33%~61.30%、29.82%~31.28%和35.55%~43.16%.径流水质与DOMs相关性分析表明,系统径流出水中的TN、TP和TOC均与芳香类蛋白质含量呈显著正相关关系,而NO_3~--N和NH_4~+-N与芳香类蛋白质含量呈显著负相关关系;TN浓度均与Ⅳ区DOMs(微生物代谢产物)和V区DOMs(类胡敏酸)呈显著负相关关系.     

人工湿地控制暴雨径流污染的研究进展

介绍了国外在人工湿地控制暴雨径流污染方面的研究动态，概述了其处理机理和工艺设计，并提出了该领域的研究方向。     

生物滞留池添加发酵木屑对污染物去除的研究

在实验室环境下利用生物滞留土柱模拟雨水径流污染物去除过程,通过向不同配比的沙壤土中添加不同含量的发酵木屑（5%、10%）,并控制添加位置（上层、下层以及混合添加）的不同,分析各污染物的去除效果。结果表明,外加发酵木屑有利于COD、NO_3^--N和TN的去除,混合添加更有利于去除有机物和脱氮,且5%添加量较10%有着更好的去除效率。当添加量为10%时,淋失风险更大。12 h内碳源组溶解氧含量较对照组下降更为迅速导致硝化作用降低是碳源组NH_4--N和TN的去除,混合添加更有利于去除有机物和脱氮,且5%添加量较10%有着更好的去除效率。当添加量为10%时,淋失风险更大。12 h内碳源组溶解氧含量较对照组下降更为迅速导致硝化作用降低是碳源组NH_4⁺-N平均去除率低于对照组的原因。试验后期TP淋失现象严重是导致碳源组去除率降低的原因。因此,应控制发酵木屑添加位置为混合添加,且添加量为5%以促进生物滞留系统去除污染物。     

北京市城市降雨径流水质评价研究

选取北京市城市天然雨水与3个不同下垫面(屋面、单位内部道路和环路干道道路)的降雨径流为研究对象,在2010年7～10月期间,测定了8场降雨中的13个理化指标,并采用灰色关联分析和主成分分析方法进行水质综合评价和污染物来源分析.结果表明,环路干道径流的综合水质最差,其他依次为屋面径流、单位内部道路径流和天然雨水,其中环路干道径流综合水质超出国家地表水Ⅴ类水质标准,天然雨水、单位内部道路径流和屋面径流综合水质满足国家地表水Ⅱ类水质标准;天然雨水与各下垫面降雨径流的主要污染物为氮,其中TN和NH4+-N平均浓度为5.49～11.75 mg.L-1和2.90～5.67 mg.L-1;环路干道径流中第一类污染物为P、SS和有机污染物,其主要来源为车辆轮胎和路面材质的磨损;第二类污染物为N和溶解态重金属,其主要来源为车辆尾气和大气干湿沉降.本研究结果可以为城市雨水水质评价、城市面源污染控制和雨水回收利用提供科学依据.     

生物滞留系统中植物去除氮素机理及影响因素

植物在生物滞留系统中具有改善系统的水力性能,提高污染物的去除能力,以及增加景观舒适性等作用,而植物的选择将直接影响功能发挥与运行寿命。国外对植物的作用机理及筛选进行了一系列研究,取得了相应的研究成果,而国内在这方面的研究相对较少,缺乏必要的理论与实践基础。为此,总结分析了植物对氮素的去除效果,并结合氮素在生物滞留系统中的去除途径及影响因素阐释了植物去除氮素的作用机理,研究认为植物同化作用对氮素去除的贡献比例最高,同时赋存的氮素以同化-矿化-释放的顺序迁移转化,并受植物种类、干湿条件、季节性气候变化,以及植物与微生物的协同作用等因素影响。在此基础上提出生物滞留系统中植物的筛选原则,以期为生物滞留技术的进一步研究和应用提供参考。