劉蘊(yùn)哲

摘 要：生物滯留系統(tǒng)是使用較為普遍的一種城市雨水低影響開發(fā)技術(shù)，其對(duì)城市徑流中的懸浮物、重金屬、油脂類、致病菌以及營(yíng)養(yǎng)鹽等物質(zhì)均有較好的去除效果。該文闡述了目前國(guó)內(nèi)外生物滯留系統(tǒng)對(duì)不同徑流污染物去除機(jī)理及效果的研究現(xiàn)狀，總結(jié)并提出了生物滯留系統(tǒng)未來(lái)的研究和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：生物滯留系統(tǒng)；徑流污染；研究現(xiàn)狀；展望

中圖分類號(hào) X522 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）03-04-80-02

水不僅是生命之源，也是保障社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步的重要資源。中國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家，與此同時(shí)，我國(guó)的淡水資源卻普遍受到了污染甚至嚴(yán)重污染。治理水環(huán)境污染，源頭控制是關(guān)鍵。水環(huán)境污染源主要可分為點(diǎn)源和面源，在國(guó)家大力整治環(huán)境的努力下，工業(yè)廢水和城市生活污水等點(diǎn)源污染已得到了有效控制，面源污染取代點(diǎn)源成為了水環(huán)境污染的最重要的來(lái)源[1]。作為典型面源污染的城市地表徑流，由于地域范圍廣、隨機(jī)性強(qiáng)、成因復(fù)雜等特點(diǎn)，成為了當(dāng)今水環(huán)境污染研究的重點(diǎn)[2]。用于控制地表徑流污染的技術(shù)很多，如生物滯留系統(tǒng)、綠色屋頂和滲透路面等，其中生物滯留系統(tǒng)由于其高效的徑流持留、水質(zhì)凈化和污染負(fù)荷消減等能力而逐漸得到廣泛研究與應(yīng)用[3]。

1 生物滯留系統(tǒng)簡(jiǎn)介

生物滯留系統(tǒng)主要由表面植被、10～30cm的蓄水層、5～10cm的表面覆蓋層、0.7～1m砂、土、有機(jī)填料層和用于入流、出流及溢流控制的附屬物構(gòu)成[4-6]。該系統(tǒng)一般設(shè)置在居民區(qū)和商業(yè)區(qū)，用來(lái)管理小范圍已開發(fā)地區(qū)產(chǎn)生的暴雨徑流[5-6]。其主要通過(guò)攔截過(guò)濾、滲透、沉淀、蒸發(fā)蒸騰、揮發(fā)、吸附、植物同化、硝化反硝化、分解降解、熱衰減等物理、化學(xué)和生物的綜合作用實(shí)現(xiàn)徑流污染物的去除，地下水的補(bǔ)給和徑流的控制[4，7]。自20世紀(jì)90年代首先由美國(guó)馬里蘭州喬治王子郡投入使用以來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和試驗(yàn)應(yīng)用，生物滯留技術(shù)目前已快速成為世界上很多國(guó)家使用最廣泛的暴雨最佳管理措施（BMPs）之一[4]。如在美國(guó)低影響開發(fā)（LID）和澳大利亞水敏性城市設(shè)計(jì)（WSUD）中的大量使用。

2 生物滯留池徑流污染去除研究

2.1 TSS的去除 生物滯留系統(tǒng)主要通過(guò)沉淀和過(guò)濾的作用去除總懸浮顆粒（Total suspended solids，簡(jiǎn)稱TSS），去除效果很好，大都能到達(dá)95%以上，雖然有可能會(huì)出現(xiàn)淋洗現(xiàn)象，但那只是因?yàn)槌跗谔盍现屑?xì)骨料被沖出的結(jié)果，會(huì)隨著系統(tǒng)的逐步穩(wěn)定而消失[4，8-11]。

2.2 重金屬的去除 生物滯留系統(tǒng)有很強(qiáng)的重金屬去除能力，去除率幾乎都在90%以上[6，8-9，12-13]。2003年，Davis通過(guò)填料中金屬聚集程度判斷20a后生物滯留池的土壤將充滿毒性，不能使用[12]。2008年，Bratieres等發(fā)現(xiàn)Cu的去除波動(dòng)性最大，這也在以往的研究中有過(guò)報(bào)道[8，12]。Blecken等于2009年發(fā)現(xiàn)增設(shè)有碳源的厭氧區(qū)對(duì)重金屬的去除有很大的影響，且碳源只對(duì)Cu的去除有很大幫助，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)與Cu的作用最強(qiáng)，能夠結(jié)合成復(fù)合物從而將Cu截留。其還發(fā)現(xiàn)在滯留池中是土壤填料而不是植被占據(jù)著去除重金屬的主導(dǎo)作用，重金屬在經(jīng)過(guò)填料上部150mm便能達(dá)到很高的去除（>82%），因此，要想有效去除重金屬，500mm的填料深度就足夠了[13]。

2.3 油脂的去除 Hsieh和Davis于2005年發(fā)現(xiàn)使用混合填料的柱狀滯留系統(tǒng)能夠去除徑流攜帶的96%以上的機(jī)油[11，14]。其中烴類的去除主要發(fā)生在覆蓋層，因?yàn)楦采w層中的本土微生物會(huì)將捕獲的烴類在較短的時(shí)間內(nèi)降解掉。在New Hampshire的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，柴油中的石油烴類去除率達(dá)99%[10]。

2.4 致病菌的去除 生物滯留系統(tǒng)之所以能夠去除致病菌，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)過(guò)濾、吸附等作用將致病菌截留后，在2場(chǎng)降雨之間的干期內(nèi)，土壤水分流失讓致病菌暴露在干旱和太陽(yáng)照射的情況下，導(dǎo)致致病菌的死亡[4]。Hunt等發(fā)現(xiàn)滯留池對(duì)糞大腸桿菌和大腸桿菌的去除率為70%左右[15]，而Rusciano和Obropta則認(rèn)為糞大腸桿菌的去除平均能達(dá)到91.6%[16]。Bratieres等在2008年發(fā)現(xiàn)生物滯留池對(duì)大腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌和F-RNA噬菌體的去除效果分別能達(dá)到69%、99%和93%[8]。

2.5 營(yíng)養(yǎng)鹽（N、P）的去除 生物滯留系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果波動(dòng)比較大。滯留系統(tǒng)主要通過(guò)土壤/填料的靜電力或離子交換實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氮的去除[6]，去除效果良好，大多在90%以上[6，8-9]。總凱氏氮的去除效率一般在55%～75%[6，17]。然而滯留系統(tǒng)對(duì)NO3-的去除效果卻很差，Davis在2001年所做的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)NO3-的平均去除率只有24%，甚至有時(shí)會(huì)出現(xiàn)NO3-的淋洗，Kim在2003年則發(fā)現(xiàn)NO3-淋洗的現(xiàn)象還很普遍，這最終導(dǎo)致總氮的去除不甚理想[6，18]。除此之外，總磷的去除效果也不穩(wěn)定，效果好時(shí)可達(dá)90%的去除率，差時(shí)只有40%，淋洗的情況時(shí)有發(fā)生[6，8]。

影響磷去除的唯一因素就是土壤和填料種類。Bratieres分析了3種填料的除磷效果（一種含有機(jī)質(zhì)，另外2種不含），發(fā)現(xiàn)采用含有機(jī)質(zhì)填料的滯留系統(tǒng)對(duì)磷只有40%的去除率，而剩下2種則高達(dá)90%，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)中的磷會(huì)析出，從而導(dǎo)致除磷效果的變差[8]。因此fawb規(guī)定土壤和填料中磷含量必須少于100mg/kg[19]。同時(shí)，可以適當(dāng)增加Ca、Al和Fe的含量以提高其磷的能力。

NO3-的去除效果差是因?yàn)槠渥鳛殛庪x子，不能被土壤填料所吸附，在土壤/水的系統(tǒng)中通常是不固定的，加上被截留的氨氮和有機(jī)氮在間歇期會(huì)被氨化和硝化為NO3-，導(dǎo)致滯留系統(tǒng)中NO3-的含量進(jìn)一步增加，從而出現(xiàn)在隨后的降雨事件中NO3-過(guò)量排出的現(xiàn)象[4，18]。為了提高NO3-的去除，有人將生物滯留系統(tǒng)的出水口抬高以使滯留系統(tǒng)底部出現(xiàn)一定高度的淹沒(méi)區(qū)，形成厭氧區(qū)域，再于其中投入合適的碳源，人為創(chuàng)造反硝化環(huán)境。Kim等于2003年對(duì)此方法首次進(jìn)行了小試和中試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有厭氧區(qū)的滯留系統(tǒng)對(duì)NO3-和NO2-的總?cè)コ蔬_(dá)到70%～80%，其中碎報(bào)紙是最好的碳源，其效果理論上能維持20a[18]。Zinger和Blecken等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別于2007和2009年發(fā)現(xiàn)去除NO3-、總氮和重金屬的厭氧區(qū)最佳深度恰好吻合，都是450mm[13，20]。植物種類不同對(duì)NO3-和總氮的去除影響巨大，根系越發(fā)達(dá)，對(duì)氮的攝取越有利，脫氮效果越好[8-9]。

3 思考與展望

雖然生物滯留系統(tǒng)在控制地表徑流污染上有著顯著的作用，但是以下問(wèn)題有作待進(jìn)一步的研究與解決：

（1）厭氧區(qū)的設(shè)置使得硝態(tài)氮的去除得到了提高，但效果并不像氨氮一樣穩(wěn)定，低去除率的情況有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)[13，18，20]。筆者認(rèn)為，硝態(tài)氮不能像氨氮一樣在進(jìn)水時(shí)被厭氧區(qū)填料吸附，干旱期被反硝化是主要原因。故應(yīng)進(jìn)行厭氧區(qū)填料的硝態(tài)氮吸附能力對(duì)硝態(tài)氮去除的影響方面的研究。

（2）脫氮和除磷之間的矛盾在生物滯留系統(tǒng)中也依舊存在，如何在設(shè)置厭氧區(qū)的情況下阻止除磷效果的惡化乃至進(jìn)一步提高磷的去除值得進(jìn)一步的研究。

（3）植物的地域性特征顯著，不同的植被會(huì)導(dǎo)致生物滯留系統(tǒng)徑流污染控制效果的顯著差異，因此應(yīng)加強(qiáng)不同地區(qū)本土適宜植物類型的篩選研究。

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