徐雪婧，王 欣

(1.中國電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計院有限公司，南昌 330031；2.中國電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計院有限公司，南昌 330031)

引言

近年來，城市化的迅速發(fā)展導(dǎo)致不透水路面的增多，從而帶來一系列的水環(huán)境問題。在城市面對強(qiáng)降雨天氣時，雨水無法及時排出造成城市內(nèi)澇，城市地表也因雨水所帶的污染物所污染，周龍[1]指出城市地表的污染僅次于農(nóng)業(yè)污染的第二大面源污染。為了號召國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，越來越多的雨水處理措施應(yīng)用在實(shí)際中。生物滯留池作為一個典型的雨水處理措施，對雨水徑流水質(zhì)方面具有良好的處理效果。本文就生物滯留池的組成及功能進(jìn)行簡單的介紹，分析了生物滯留池強(qiáng)化去除氮磷的途徑，并對生物滯留技術(shù)提出展望。

1 生物滯留池簡介

生物滯留池是指利用植物、微生物以及土壤之間的關(guān)系來處理雨水中的污染物，包括沉淀、過濾、還原、微生物作用等，是集物理、化學(xué)、生物為一體的過程[2]。生物滯留池包括蓄水層、植被層、填料層以及排水層，如圖1[3]。

圖1 生物滯留池構(gòu)造示意圖

1.1 蓄水層

蓄水層作為生物滯留池的首層結(jié)構(gòu)，主要的作用是儲存并且預(yù)先處理要流入的雨水[4]，給雨水提供暫時滯留的空間，并且對于整個結(jié)構(gòu)起到一個緩沖的作用。

1.2 植被層

植被層作為生物滯留池結(jié)構(gòu)的第二層，對蓄水截污有一定的影響，一方面可以攔截在雨水沖刷下的顆粒，并且防止土壤被沖刷造成水土流失，另一方面，植被層可以減緩形成雨水徑流的速度，有一定蓄水能力。在選擇植物種類的時候，應(yīng)考慮選用根系發(fā)達(dá)穩(wěn)固、耐澇耐旱的植物，有學(xué)者提出八寶景天和鳶尾[5]對生物滯留池出水效果較好且應(yīng)用廣泛。

1.3 填料層

填料層作為生物滯留池中最為重要的一層，它不僅能作為植物的載體，還具有一定的吸附截留作用。常見的填料類型有沸石、蛭石、珍珠巖等[6]，許航等[6]通過對這幾種常見的填料進(jìn)行吸附效果研究，試驗結(jié)果表明蛭石和沸石對氨氮、總氮、總磷等的吸附效果較好。王玉冰等[7]用沸石作為填料來探討除污效果，研究表明沸石對TP的去除率較低，可能的原因是填料對TP的吸附性較差，另一方面也可能是因為填料本身有P析出，甚至去除率出現(xiàn)負(fù)值。

1.4 排水層

排水層起到臨時儲存水的作用，在生物滯留池的底部設(shè)立穿孔管接雨水灌渠[8]，能為雨水提供儲蓄空間，并作為最后一道過濾工序，設(shè)置排水管直徑為50 mmm-100 mm，最后雨水排入水管后再進(jìn)行循環(huán)利用。

2 生物滯留池強(qiáng)化去除氨氮途徑

傳統(tǒng)的生物滯留池對氨氮去除效果有一定的限制，有學(xué)者提出通過對生物滯留池進(jìn)行改良，來提高對氮磷的去除效果。至今研究的改良技術(shù)，需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)及技術(shù)兩方面來看。在適應(yīng)當(dāng)?shù)赝寥赖那疤嵯?，再考慮其改良技術(shù)的建設(shè)成本，因此改良技術(shù)需要結(jié)合改良材料以及施工技術(shù)。目前，常見的改良手段包括改變填料配比、添加生物炭、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等[9]。

2.1 改變填料配比

為了提高生物滯留池對雨水徑流的凈化效果，填料的單一性往往不能滿足研究學(xué)者對好的效果的追求，在此基礎(chǔ)上，愈來愈多的研究重點(diǎn)放在幾種不同配比填料上。李大超等[10]考察火山巖、沸石、草炭土以及凹凸棒粉末這四種填料不同配比對氨氮和COD的去除效果，結(jié)果表明沸石能在一定的程度上去除氨氮，草炭土的去除效果明顯。填料對污染物的去除主要是以離子交換和吸附為主，有學(xué)者[11]提出沸石去除氨氮的原理是溶液與沸石表面形成的氨氮濃度差，造成氨氮向沸石遷移，從而達(dá)到去除氨氮的效果。萬哲希等[12]使用發(fā)酵木屑作為基質(zhì)的有機(jī)成分，實(shí)驗結(jié)果表明對徑流中的總氮、總磷等污染物具有較好的去除效果，其中對總氮的平均去除率能達(dá)到37.8%。雷曉玲等[13]選取蛭石、火山石、沸石這三種除氮性能較好的填料按照不同的體積比混合，實(shí)驗結(jié)果表明在于土壤混合時，蛭石為35%、沸石為35%和火山巖為20%時的配比為最佳配比，對氨氮的去除率可高達(dá)95%左右。

2.2 添加生物炭

相關(guān)的研究表明，生物炭可以用于土壤中，可以幫助土壤保持水分并且去除污染物[14]。在生物滯留池中添加生物炭的技術(shù)措施研究較少，這項技術(shù)作為一種改良技術(shù)也逐步地應(yīng)用于海綿城市生物滯留池中。湯逸帆等[15]就添加生物炭進(jìn)行對照實(shí)驗，試驗表明添加生物炭后的土壤填料對凈化雨水徑流的效果有大幅度的提高，這也初步判定了生物炭作為土壤填料的可行性。饒凱[16]采用生物炭作為改良填料應(yīng)用于生物滯留池中，試驗表明生物炭占比的因素影響顯著，對填料蓄水性能的影響可以用下式表示：生物炭占比>土壤占比≈生物炭種類。生物炭作為土壤填料的可行效果得到一致的認(rèn)可后，但基于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的綜合性因素考慮，有學(xué)者[17]將鐵改性生物炭和普通生物炭進(jìn)行對比研究，試驗結(jié)果表明添加普通生物炭的生物滯留池的性能較差，平均去除率不到60%，相反鐵改性生物炭的生物滯留池性能較好。更有學(xué)者提出生物炭組合的強(qiáng)化方式來探究生物滯留池對COD、NH4+-N、TN、TP的去除效果，引入了活性炭、導(dǎo)線、活性炭加導(dǎo)線和內(nèi)加催化鐵這四種方式，實(shí)驗結(jié)果表明添加了活性炭的實(shí)驗組的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未添加的，對總氮的去除率提高了10%～20%[18]。

2.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

為了使反應(yīng)更好的進(jìn)行，通過改造生物滯留池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。促進(jìn)硝化反應(yīng)，可以改善上層填料的結(jié)構(gòu)，形成好氧條件；促進(jìn)反硝化反應(yīng)，可在下層填料中形成好氧條件[19]。此外，生物滯留池存在介質(zhì)堵塞的問題，在其長期運(yùn)行的過程中，顆粒固體、雜質(zhì)等在其某些介質(zhì)中堵塞，從而影響滲透性能。針對這個問題，有學(xué)者指出設(shè)置預(yù)處理措施，現(xiàn)研究的措施包括設(shè)置前置池、截污筐、截污掛籃等[20]。而在內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化這方面，除了改良填料，還可以對排水管進(jìn)行改良，在傳統(tǒng)的生物滯留池的底部會設(shè)置穿孔排水管，袁瑜蔓[21]選擇在礫石層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做出改良，首先控制礫石粒不超過30 mm，在排水管圈外包裹一層透水土工布，再將PVC材質(zhì)的排水管換成雙壁波紋滲透管，結(jié)果表明在到達(dá)礫石層時除了少量的泥沙和水外，污染物較少，說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)層優(yōu)化后，對處理效果大大提升。

3 結(jié)論及展望

生物滯留池作為雨水管理的重要措施之一，提高其蓄水能力和水質(zhì)凈化效果是研究的重點(diǎn)。大部分學(xué)者從生物滯留池的基本結(jié)構(gòu)去剖析，其中就包括了填料的配比及改性、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的改良等等，這些措施對于生物滯留池都具有較好的指導(dǎo)意義。在結(jié)合國內(nèi)外對生物滯留池的研究趨勢，建議未來的研究重點(diǎn)可以從以下幾個方面考慮。

(1)生物滯留池作為海綿城市重要雨水措施，應(yīng)該充分發(fā)揮出“滯、蓄、滲、凈”這四大功效。在進(jìn)行改良填料時，應(yīng)重點(diǎn)考慮改良填料的耐久性、是否會引起二次污染、填料的堵塞等方面；在進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，要對其結(jié)構(gòu)滲透過程有一個詳細(xì)的研究，要凸顯生物滯留池各層的優(yōu)點(diǎn)，有效蓄水和凈水。

(2)在添加生物炭的改良措施中，應(yīng)該考慮生物滯留池在長期運(yùn)行中，生物炭的吸附能力是否減弱，生物炭本身是否村子結(jié)塊、壓實(shí)等情況，這些因素往往影響生物滯留池處理雨水徑流的效能。因此在今后的研究中可以加入對改良填料的使用壽命的研究。

(3)深入研究已有成果，對生物滯留池運(yùn)行的關(guān)鍵性的因素進(jìn)行探討，在未來的生物滯留池的設(shè)計中，如何通過控制關(guān)鍵因素的變化來實(shí)現(xiàn)其蓄水能力及凈化水質(zhì)能力的最大化，這是生物滯留池推廣運(yùn)用的關(guān)鍵問題所在。