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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

生物滞留系统中典型POPs的去除及归趋研究

生物滞留系统是一种有效的海绵城市的建设,可以有效地截留和去除城市雨水径流污染过程中的持久性有机污染物(POPs)。同时,POPs的积累也会对生物滞留系统中的生物产生毒性和抑制作用,甚至形成污染源向外扩散,从而影响其使用寿命,引起周边土壤以及地表水和地下水的污染问题。该研究分析了典型POPs在城市地表径流中的来源和特征以及在生物滞留系统中典型POPs的去除效果、影响因素、分布状况及其去除机理。指出生物滞留设施中POPs的积累、迁移、转化及修复是今后的主要研究方向。     

雨前干旱期对生物滞留系统氮素去除的影响

生物滞留系统是海绵城市建设中控制径流污染的主要设施之一,但生物滞留系统对氮素的去除效果不稳定并受雨前干旱期(antecedent dry period,ADP)影响较大。该研究通过设计带有淹没层的生物滞留体系,设置一定强度的人工模拟地表径流和不同雨前干旱期(1、3、5和10 d),研究短期ADP对各种形态氮素去除率的影响,并根据出流过程中水质的变化规律,分析影响的机理。结果表明:生物滞留系统对氨氮的去除较为稳定,受ADP的影响不显著;硝氮的去除率波动较大,范围为37%~78%,ADP越长其去除率越高;有机氮的去除率随ADP的增大而减小;不同ADP条件下总氮的去除率没有显著差异。不同ADP条件下各种氮素去除率变化的主要原因是ADP的长度会影响生物滞留体系的种植土层和淹没层中硝化、吸收、矿化和反硝化等氮转化作用的进行程度,进而影响不同形态氮的综合去除能力。     

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.     

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。     

多层渗滤介质系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化作用

根据北京市雨水地表径流污染的特点,设计了用于去除屋顶和机动车路面雨水径流污染物的多层渗滤介质系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对屋顶和机动车路面雨水径流中的氮磷污染物有明显的去除效果,NH+4-N、TN、TP的去除率分别达80%、90%、50%以上,出水浓度达到地表水Ⅱ类水质标准;"砂砾料"垫层对TP的去除效果稍好于"无砂混凝土"垫层;雨水径流中氮磷浓度愈高则对氮磷的去除率愈高.雨水径流氮磷浓度变化对氮磷去除效果的影响较小.多层渗滤介质系统通过微生物的硝化和反硝化作用实现生物脱氮是系统去除氮的主要途径;土壤的吸附与沉淀作用是多层渗滤介质系统去除磷的主要途径.系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化能力主要发生在垫层及地基土层0.3m以内.     

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。     

植物滞留系统中草本植物对磷的去除效果研究

以黑麦草、地毯草、高羊茅和早熟禾为研究对象,研究4种草本植物在植物滞留系统中不同介质、不同入口浓度下对城市非点源(人工降雨径流)中污染物磷的富集能力和去除效果。结果表明:4种草本植物对人工降雨径流中的磷均有明显的去除效果,TP平均去除率在60.24%～83.56%。不同草本植物去除人工降雨径流中TP的能力,从强到弱的顺序依次为:早熟禾>黑麦草>地毯草>高羊茅。其中,对于同一种草本植物同样的入口浓度情况下,沙土Ⅱ为最佳土壤介质,具有最佳的去除磷能力。4种草本植物对磷的去除率随入口浓度的增加,去除率也随之增加。4种草本植物地上部和地下部磷累积量分别为2.27～5.92 mg和4.33～6.46 mg;其中黑麦草磷累积总量最高,其次是地毯草,最低的是早熟禾。综合考虑污染物去除率和磷在植物体内的累积量,交替种植早熟禾和黑麦草可提高植物滞留系统去磷能力且有利于延长系统寿命。     

复合填料生物渗滤系统处理城市雨水径流的研究

为有效控制无锡市道路雨水径流面源污染,根据当地径流污染的特点,设计了能去除多种道路径流污染物的复合填料生物渗滤系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对道路雨水中的悬浮性颗粒物(SS)、耗氧有机污染物(COD)和氮磷污染物均具有明显的去除效果;所有类型的复合填料生物渗滤系统对于SS均具有较高的去除率,能够达到90%以上;以活性炭填料为主的渗滤系统(GAC)对于COD和磷类污染物的去除效果相对较优,以沸石填料为主的渗滤系统(ZFM)对氮类污染物的去除效果相对较优.木屑在系统中的添加能够有效提高系统对氮类污染物的去除率;在系统中混合分散放置木屑的装填方式相较于集中分层的装置方式能够减少木屑溶出物的释放,可使系统达到更高的COD和氮磷污染物的去除效率.     

设计配置对生物滞留设施污染物去除性能的影响研究

生物滞留是一种常用的低影响开发技术,通过不同机理去除径流中的各种污染物。设施面积、消能池设置、表面覆盖物的合理设计可降低外界的不利影响;内部斜坡与多元结构可优化设施性能,介质层的改良填料和较长深度可提高污染物的去除效率;配置适宜植物可提高环境耐受能力与污染物去除效果,引入多样植物可提高设施生物多样性,有利于发挥动植物相互作用,提高设施的稳定性与整体性能。     

生物滞留技术控制城市面源污染的作用与机理

生物滞留设施可以有效削减降雨径流,并通过过滤、吸附和生物降解去除雨水径流水中的氮、磷、多环芳烃、油脂、重金属、细菌和病毒等,其主要设计参数是:暴雨重现期、面积、稳定下渗率、下凹深度和淹水时间。建议改造城市附属绿地为生物滞留,加快该技术在我国的推广应用。     

生态沟渠-生物滞留池组合控制农村径流污染

生态沟渠和生物滞留池因其良好的径流污染控制能力和生态效益,日益受到广泛关注和应用,但单一的生态沟渠或生物滞留池在农村径流污染控制中常存在氮磷去除效果不稳定和基质易堵塞等问题.将两者串联构建组合系统,利用生态沟渠预处理去除部分污染物,可降低生物滞留池污染负荷和减轻基质堵塞;同时在生物滞留池中设置淹没区并添加天然载体碳源提升系统脱氮效果.研究了载体碳源、降雨强度和干湿交替等条件对生态沟渠-生物滞留池组合系统控制农村径流污染的影响.结果表明,投加稻草和木屑两种天然载体碳源分别将生物滞留池段的TN去除率提升19.9%和20.4%.模拟降雨强度从小雨增至大雨时,外加碳源组合系统COD、 NH⁺₄-N、 TN和TP去除率平均下降17.0%、 16.8%、 20.4%和17.2%,其中生态沟渠段对4种污染物的去除贡献平均降低16.3%、 13.0%、 24.2%和22.1%.干湿交替运行可提高系统的污染物去除效果,相较连续进水,干旱3周后木屑组TN平均去除率提升12.3%.微生物群落分析结果显示,木屑组和稻草组生物滞留池样品的α多样性高于对照组;投加载体碳...     

下凹式绿地径流污染控制与径流量消减影响因素分析

通过搭建下凹式绿地装置,人工配水模拟地表降雨径流污染物,考察了下凹式绿地中不同植被种类、基质厚度、不同重现期下对径流污染物的去除效果,同时通过监测短历时和长历时降雨事件,考察了下凹式绿地对径流量的消减效果。研究结果表明,在降雨重现期为1 a的情况下,当植被种类选取百喜草,基质厚度为60 cm,下凹式绿地污染物去除效率最好、并且有很强的滞留径流的能力,对COD、TP、TN、SS的平均去除率分别为56.3%、72.1%、47.1%、74.3%,在降雨过程中,下凹式绿地延缓径流峰值的时间为24~30 min。随着降雨重现期的增大,径流污染负荷增大,1 a重现下的COD、TP、SS的平均去除率比5 a、10 a重现期的污染物消减率高出2.9%~43%。研究结果以期为提高下凹式绿地径流污染控制和径流总量消减效率及推广应用提供参考。     

透水路面-生物滞留池组合道路的城市面源污染控制效果评估

不同低影响开发(LID)技术组合对于控制城市面源污染具有重要应用价值,但是其对城市面源污染形成过程(污染物累积-冲刷-输送)的影响及污染负荷削减效果的评估鲜见报道.本研究以深圳市国际低碳城为例,分析了6场降雨事件下透水路面-生物滞留池组合对城市面源晴天污染物累积量、降雨径流冲刷量、不同LID设施的削减量、溢流的负荷量的影响.结果表明,研究区地表颗粒物平均累积量为(15.80±3.79)g·m~(-2),粒径250μm的颗粒物质量占比约为65.14%;6场不同强度降雨对地表颗粒物的平均冲刷率为17.15%,粒径105μm的颗粒物冲刷率为62.71%~74.94%;降雨冲刷地表径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为2.02、0.025、0.001 3 g·m~(-2);透水路面下渗、过滤作用对污染物SS、TN、TP的去除率分别为70.26%、46.29%、19.27%;生物滞留池对径流二次净化去除率分别为85.25%、20.22%、70.27%;入河径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为0.08、0.011、0.000 3 g·m~(-2),是地表冲刷污染负荷的4.05%、43.47%、24.39%.透水路面-生物滞留池组合应用对道路径流中污染物的净化效果显著.通过定量化表征透水路面-生物滞留池组合应用道路的城市面源污染形成过程,以期为城市面源污染形成过程的污染负荷估算及LID工程绩效评估提供科学依据,为LID在国内的推广应用和海绵城市设计提供参考.     

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。     

南方红壤区生物滞留池的效果模拟和影响研究

南方红壤区降雨量大且相对集中,红壤保肥性差、渗透性低,对生物滞留池的建设造成较大压力。通过室外人工模拟中试实验,选取3类设计影响因素:植物种类、填料层砂土比(1∶3、1∶4和1∶5)和水力/污染负荷,研究其对雨水径流中污染物的去除效果及影响。实验结果表明:W1—W7的7套生物滞留池对NH_3-N、NO~-_3-N、TN、TP和COD的平均去除率分别为54.98%～83.61%、 64.18%～83.63%、59.99%～77.15%、76.85%～85.17%和45.11%～85.44%,红壤对P具有较好的吸附作用,使TP的去除效果显著;重金属Pt、Cu、Zn和Cd的平均去除率分别为88.31%～97.00%、84.56%～86.03%、96.88%～97.21%和96.39%～97.44%,去除效果高效、稳定。影响研究表明:杜鹃和狗牙根对雨水径流污染物的去除效果略优于月季;砂土比与N类污染物的去除率正相关,与COD的去除率负相关,对TP的去除率影响不显著;雨水径流污染物的去除率随水力负荷的增大逐渐减小,随污染负荷的增大逐渐增大。