基于海绵城市理念下生物滞留设施的研究进展.docx

基于“海绵城市”理念下生物滞留设施的研究进展

摘要：随着我国城市化进程的加快，由城市下垫面改变和降水径流引发的环境问题日益严重，作为低影响开发措施之一，生物滞留技术对于消纳、净化降水径流具有重要作用[1-2]。通过对生物滞留系统去除污染物存在的问题和国内外现在研究的解决方案综合分析。为进一步深入研究生物滞留系统提供参考性建议。
关键词：生物滞留设施；雨水污染；雨洪管理
随着城市化进程加快，由雨水引发的城市水质恶化、洪涝灾害等问题日益凸显。一方面，由于城市开发不合理，可渗透地表面积越来越少，由暴雨径流产生的面源污染已成为城市水环境恶化的重要原因。降雨径流中含有悬浮物、耗氧物质、营养物质、有毒物质、油脂类物质等多种污染物，这些污染物随径流流进江河湖泊，造成了水污染[4]。美国国家环保署把城市降雨径流列为导致全美河流、湖泊污染第三大污染源，城市雨水径流对河流污染的贡献占9%，129种重点污染物中约有50%在城市径流中出现，在一些州，城市径流和其他非农业的面源被列为主导污染源，城市水体BOD年负荷40%-80%来自雨水径流[5]。我国90%以上城市水体污染严重，很多城市水体有黑臭或水华现象发生，严重影响社会经济可持续发展。
针对城市径流污染及相应的雨洪管理，传统的末端治理设施占地面积大、建设集中、却无法改善城市环境。受全球气候变化影响，强降雨引发的城市地表径流强烈波动，使城市洪涝问题面临不断加剧的风险。目前，城市发展迫切需要可持续性的雨洪管理新策略，低影响开发就是目前国际上城市水环境保护和可持续发展的于洪管理新策略[6]。低影响开发（lowimpactdevelopment,简称LID）就是目前国际上城市水环境保护和可持续发展的雨洪管理新策略。LID措施于20世纪90年代发源于美国马里兰州，主要采用分散[7]。多样。小型、本地化的技术从源头上储存、渗滤、蒸发以及截留雨水，最大程度地保护开发改造地区水文机制，减少负面环境影响，其主要包括生物滞留、绿色屋顶、可渗透路面铺装等措施，均是通过减少不透水面积、增加雨水渗滤，利用雨水资源实现可持续雨洪管理。其中，生物滞留技术目前较流行，其净化水质效果在美国及其他发达国家得到广泛认同和应用，但在国内尚属于新兴领域。
1生物滞留设施内涵
生物滞留技术指在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的技术。生物滞留设施分为简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留设施，按应用位置不同又称作雨水花园如图1、生物滞留带、高位花坛、生态树池等。
生物滞留系统如图2所示，由表面雨水滞留层、种植土壤覆盖层、植被及种植土层、砂率层和雨水收集等部分组成[8]：
（1）表面雨水滞留层
在系统表面留有一定低于周边地表标高的空间，用以收集径流雨水以及当径流量大时暂时储存雨水。
（2）种植土壤覆盖层
在种植土表层铺树叶、树皮等覆盖物，防止雨水径流对表面土层的直接冲刷，减少水土流失。还可以使植物根部保持潮湿，为生物生长和分解有机物提供媒介，并过滤污染物。
（3）砂率层
在砂率层和种植土层间添加土工布防治土层被侵蚀进入砂率层堵塞渗管。渗管开孔率不小于2%，砂率层采用黄豆大小的滤料。

图1雨水花园

图2生物滞留设施典型结构

2生物滞留对水质净化效果
2.1对氮的去除效果
LucasWC,GreenwayM[10]研究得出生物滞留技术对NH+4-N的去除效果最好,去除率大多在70%以上;分析认为生物滞留系统中硝化反应的发生以及土壤颗粒的吸附作用对氨氮的去除起到了重要作用。对TN的去除率大多在30%—60%;对NO-3-N的去除效果最不稳定,去除率为54%-90%。
2.2对SS的去除效果
通常情况下,在沉淀和过滤的作用下,运行稳定、成熟的生物滞留系统对SS的去除非常有效。针对SS的去除率较低或出水负荷高于进水的情况,在[10-11]中提到可能是填料填充时间较短,在没有完全稳定的情况下细骨料被冲出造成的。
2.3对磷的去除效果
系统中的磷主要通过植物吸收、微生物同化及填料吸附过滤去除,其中填料起到主要作用。粘粒含量较高的粘土对磷的吸附效果较好,但粘土含量过高会影响系统的渗透性能。为了提高生物滞留系统对TP的去除能力,Fletcher[11-12]等发现填料未添加腐殖土时(TP含量为150mg/kg),对P的去除率高达86%~88%,而添加腐殖土后(TP含量达380mg/kg)出现了严重的淋洗现象,这表明添加有机质造成填料中磷本底值过高,反而使出水水质恶化,因此应严格控制有机质的添加量。此外,粘粒含量较高的粘土对磷的吸附效果较好,但粘土含量过高会影响系统的渗透性能。所以要根据当地的降雨量、雨水水质、地势等情况选择合适的填料以及合适的填料比例。不同地区这些参数不一样。但是可以通过实验给出情况相似地区的参数值范围。
2.4