海綿城市生物滯留設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)分析

1、海綿城市生物滯留設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)分析摘要：在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，海綿城市建設(shè)受到了國(guó)家和人民群眾的高度關(guān)注，在海綿城市中生物滯留設(shè)施是分散式雨水處理和利用的重要條件，但就當(dāng)前實(shí)際情況來(lái)看，海綿城市生物滯留設(shè)施仍然存在不足，其壽命和效率也會(huì)隨之受到影響。本文以海綿城市生物滯留設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)分析為題，分別介紹生物滯留設(shè)施填料改良、生物滯留設(shè)施工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和生物滯留設(shè)施填料污染修復(fù)，希望通過(guò)本次研究，為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。關(guān)鍵詞：海綿城市；生物滯留設(shè)施；填料改良引言：我國(guó)城市化在近些年呈高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但在城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，城市內(nèi)澇、水資源短缺等問(wèn)題卻逐漸出現(xiàn)。加強(qiáng)對(duì)城市水資源的控制和利用，則有助于上述

2、問(wèn)題的解決。在查閱文獻(xiàn)資料后得知，城市雨水徑流中的污染物含量較多，在利用雨水之前，需要對(duì)這些污染物進(jìn)行控制，這是回收利用水資源的前提條件。海綿城市生物滯留設(shè)施適用于分散式雨水處理和利用，但其存在的不足，卻影響了設(shè)施的運(yùn)行效率和壽命。因此，對(duì)此項(xiàng)課題進(jìn)行研究，具有十分重要的意義。1. 海綿城市滯留設(shè)施設(shè)計(jì)建設(shè)的必要性在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，硬質(zhì)下墊面逐漸增加，城市雨水徑流污染愈發(fā)嚴(yán)重，尤其是初期徑流，其污染物濃度嚴(yán)重超標(biāo)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出飲用水標(biāo)準(zhǔn)，最終使城市環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。在查閱文獻(xiàn)資料后得知，我國(guó)部分大中型城市的初期雨水徑流主要污染物濃度如表1所示。表1國(guó)內(nèi)部分大中型城市初期雨水污染物濃度單

3、位：毫克/升指標(biāo)北京上海廣州深圳珠海化學(xué)需氧量1231.21747.69223.0876.52348.78固體懸浮物1834.751832.45570.31568.32335.2總磷量5.591.022.030.430.42總氮量12.993.135.254.9511.73鉛含0.27/0.089量現(xiàn)有研究成果表明，城市綠地在消減城市雨水地表徑流量和徑流污染時(shí)，可以發(fā)揮重要的作用，與下沉式綠地相比，生物滯留設(shè)施能夠通過(guò)主動(dòng)性設(shè)計(jì)，并依靠復(fù)合系統(tǒng)對(duì)雨水徑流中的污染物進(jìn)行截留、蓄滲和凈化，這種復(fù)合系統(tǒng)的組成部分包括植被、土壤和微生物。在國(guó)際上生物滯留設(shè)施又被稱(chēng)為生物過(guò)濾系統(tǒng)和生物植草溝。鑒于其實(shí)際

4、應(yīng)用效果和經(jīng)驗(yàn)，生物滯留設(shè)施建設(shè)對(duì)于我國(guó)海綿城市建設(shè)發(fā)展而言至關(guān)重要。具體表現(xiàn)在以下方面：1.生物滯留設(shè)施有利于控制年徑流總量美國(guó)法律要求地方政府，對(duì)占地面積超過(guò)465平方米的項(xiàng)目進(jìn)行雨水徑流控制，控制目標(biāo)為95%的徑流總量，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，美國(guó)政府部門(mén)應(yīng)用生物滯留技術(shù)，究其原因，主要是與其他技術(shù)相比，這種技術(shù)具有高效性的特征，屬于控制年徑流總量最有效的手段。2. 有利于去除雨水徑流污染國(guó)外研究機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果表明，應(yīng)用強(qiáng)化生物過(guò)濾設(shè)計(jì)的生物滯留設(shè)施，在處理雨水時(shí)，對(duì)鈣、鋅等重金屬元素的去除率可達(dá)90%以上，除磷率也超過(guò)80%。與其他設(shè)施相比，生物滯留設(shè)施對(duì)鈣的去除效果極為顯著。生物滯留設(shè)施如圖

5、1所示。圖1生物滯留設(shè)施二、海綿城市生物滯留設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)研究一）生物設(shè)施填料改良技術(shù)填料對(duì)于生物滯留設(shè)施而言至關(guān)重要，究其原因，主要是填料會(huì)直接影響設(shè)施水量削減和水質(zhì)凈化功能的實(shí)現(xiàn)。為促進(jìn)設(shè)施運(yùn)行效果的提升，改良填料已經(jīng)受到研究人員的高度關(guān)注，現(xiàn)有填料主要分為兩種，一種是混合填料，另一種是分層填料。相較于國(guó)內(nèi)而言，國(guó)外在填料選擇和研發(fā)上，已經(jīng)投入了大量的資金，同時(shí)將混合式填料作為主要填料，而國(guó)內(nèi)填料研究則處于落后地位，多以借鑒國(guó)外研究經(jīng)驗(yàn)為主。在改良生物滯留填料時(shí)，需要對(duì)以下影響因素進(jìn)行考慮1。1.生物滯留設(shè)施填料改良對(duì)水量削減作用結(jié)合上文可知，生物滯留設(shè)施能夠依靠負(fù)荷系統(tǒng)對(duì)城市雨水徑流進(jìn)行截

6、留和蓄滯，從而有效減少洪峰流量，降低城市給排水管道的壓力，城市內(nèi)澇現(xiàn)象也會(huì)得到緩解。近些年，國(guó)內(nèi)外研究者為提升填料的滲透性和持水能力展開(kāi)了大量研究，其中，國(guó)外學(xué)者利用25ML.砂質(zhì)土壤、亍MU有機(jī)質(zhì)和5%黏土作為混合填料，研究結(jié)果表明，這種混合填料的滲透性和持水能力較強(qiáng)，且造價(jià)較低，具有良好的應(yīng)用前景。另有一部分學(xué)者在試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，土壤和填料滲透率會(huì)隨著水力負(fù)荷的增加而下降，整體下降趨勢(shì)為降低-穩(wěn)定-快速下降。再加上水體壓實(shí)和沉積物產(chǎn)生的聯(lián)合作用，導(dǎo)致填料被堵塞，填料滲透系數(shù)也隨之減少。為改良填料性能，研究者結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)，將改良劑添加到填料之中，試驗(yàn)結(jié)果表明，在填料中添加草炭土、珍珠巖等改良劑，

7、可以促進(jìn)填料持水性能的提升，在填料持水性提升后，生物滯留設(shè)施儲(chǔ)水量和植物生長(zhǎng)情況顯著增強(qiáng)?？傊盍现陵P(guān)重要，是海綿城市生物滯留設(shè)施的關(guān)鍵性技術(shù)之一，在研究過(guò)程中，必須予以高度重視。2.生物滯留設(shè)施填料改良對(duì)水質(zhì)凈化的作用城市雨水徑流中含有大量的污染物，如何去除這些污染物，成為了研究的熱門(mén)話(huà)題，在查閱文獻(xiàn)資料后得知，傳統(tǒng)生物填料對(duì)污染物的去除效果一般，無(wú)法滿(mǎn)足雨水處理的要求。有鑒于此，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了填料改良研究，簡(jiǎn)言之，就是通過(guò)使用改良劑的方式，增強(qiáng)填料的水質(zhì)凈化效果。改良劑選擇必須符合經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性原則，目前，應(yīng)用范圍較為廣泛的改良劑包括給水污泥和蒙脫石等。就事實(shí)而言，生物滯留設(shè)施在處理

8、懸浮物和油脂類(lèi)污染物時(shí)，所表現(xiàn)出的效果較為顯著。究其原因，主要是雨水在流經(jīng)生物滯留設(shè)施后，其懸浮固體會(huì)被填料所滯留、沉淀和吸收。尤其是植生滯留槽、雨水花園對(duì)雨水徑流中總懸浮固體負(fù)荷的削減率更是高達(dá)90%，且穩(wěn)定性極強(qiáng)2。但在對(duì)比后得知，傳統(tǒng)生物滯留設(shè)施在去除營(yíng)養(yǎng)物時(shí)，所表現(xiàn)出的效果卻相對(duì)一般。為彌補(bǔ)其缺陷，研究人員將硬木屑、草稈等外部碳源添加其中，從而使填料吸收營(yíng)養(yǎng)物的能力提升。另有研究人員指出，氮源添加和設(shè)置內(nèi)部蓄水區(qū)，是提升生物滯留設(shè)施去除營(yíng)養(yǎng)物的重要措施?？傊?，填料作為海綿城市生物滯留設(shè)施關(guān)鍵性技術(shù)之一，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都對(duì)此展開(kāi)了深入研究，但國(guó)內(nèi)研究尚處在落后的位置，在填料選擇時(shí)依然以借鑒國(guó)

9、外經(jīng)驗(yàn)為主，但由于國(guó)外氣候條件和土壤類(lèi)型與國(guó)內(nèi)差別顯著，因此，國(guó)外的填料選擇方式，很難被國(guó)內(nèi)直接應(yīng)用。為此，建議我國(guó)學(xué)者將改良填料生物滯留設(shè)施長(zhǎng)期水質(zhì)凈化效果作為研究方向，以此為城市面源污染控制提供可行的思路和方法。（二）生物滯留設(shè)施工藝參數(shù)設(shè)計(jì)在海綿城市建設(shè)階段，需要考慮不同城市的環(huán)境特點(diǎn)和地質(zhì)條件，并在此基礎(chǔ)上提出不同的雨水控制要求，而生物滯留設(shè)施水量和水質(zhì)模擬模型的構(gòu)建，有助于最佳參數(shù)的獲取。1.生物滯留設(shè)施污染物遷移轉(zhuǎn)化原理生物滯留設(shè)施水量和水質(zhì)模擬模型建設(shè)的前提條件就是明確污染物遷移轉(zhuǎn)化原理，現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外研究人員已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。其中國(guó)外學(xué)者在研究后發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)WTR改良后，生物

10、滯留系統(tǒng)去除溶解性活性磷和溶解性有機(jī)磷的能力大幅度增強(qiáng)，能夠有效規(guī)避顆粒態(tài)磷的淋浴現(xiàn)象。另有研究結(jié)果表明，填料內(nèi)的污染物濃度與污染物背景和負(fù)荷存在密切的關(guān)聯(lián)，在系統(tǒng)初次運(yùn)行階段，部分污染物的淋浴量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出積累量，在系統(tǒng)運(yùn)行中期，浸出量少于污染物積累量。就實(shí)際情況而言，國(guó)內(nèi)外對(duì)于生物滯留設(shè)施污染物遷移轉(zhuǎn)化原理的研究尚未透徹，建議研究人員將同位素示蹤法引入其中，以強(qiáng)化研究的效果。2.生物滯留設(shè)施模型模擬現(xiàn)階段，有關(guān)生物滯留設(shè)施的模型包括WW小以及im-RL-S等，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均對(duì)上述模型進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者以KECARhA為基礎(chǔ)，對(duì)生物滯留設(shè)水文特性進(jìn)行了模擬，研究結(jié)果表明，生物滯留池面積會(huì)影響徑流

11、削減幅度、積水時(shí)間和地下水補(bǔ)給幅度。而國(guó)外學(xué)者依托于hKAIXMOU模型，模擬了不同地區(qū)的生物滯留設(shè)施，結(jié)果表明，模擬地區(qū)的生物滯留設(shè)施具有良好的排水和蒸發(fā)能力。另有學(xué)者基于m廠(chǎng)“山模型，研究雨水花園蓄水層深度和運(yùn)行效果之間的關(guān)系，結(jié)果表明，蓄水層深度越深，雨水花園凈化能力越強(qiáng)，反之則亦然。總之，想要進(jìn)一步增強(qiáng)海綿城市生物滯留設(shè)施的雨水處理效果，構(gòu)建高精度、高靈敏性和應(yīng)用范圍廣泛的機(jī)理模型至關(guān)重要3。3. 生物滯留設(shè)施填料修復(fù)技術(shù)自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將研究重點(diǎn)放在了生物滯留設(shè)施去除污染物效果方面，但去除過(guò)程、生態(tài)毒性和修復(fù)卻是研究薄弱點(diǎn)。1.生物滯留設(shè)施有機(jī)微污染物的去除過(guò)程在海綿城

12、市建設(shè)后，雨水徑流污染處理方式發(fā)生了變化，在處理過(guò)程中生物滯留設(shè)起到了關(guān)鍵性的作用。但雨水徑流中的有機(jī)微污染物難以有效去除，故建議研究人員加強(qiáng)對(duì)去除過(guò)程的研究，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，生物滯留設(shè)施在去除有機(jī)微污染物時(shí)，主要運(yùn)用的方式包括植物吸收、微生物降解和填料吸附。其中填料吸附的作用最為顯著，可達(dá)70%左右，生物降解的作用為12%，而植物吸收的作用為18%。部分研究人員在監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，雨水花園在去除多環(huán)芳烴時(shí)，可以取得良好的效果，年平均負(fù)荷削減率不低于85%。建議國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展對(duì)生物滯留設(shè)施有機(jī)微污染物去除過(guò)程的深入研究，并通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，使生物滯留設(shè)施有機(jī)微生物處理效率提升，避免這些污染物質(zhì)滲入地下水，破壞水循環(huán)系統(tǒng)。2.生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)伴隨著設(shè)施運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，其性能會(huì)持續(xù)下降，影響設(shè)施性能的因素包括植物入侵、管道堵塞、地質(zhì)條件變化等。在眾多影響因素中，對(duì)生物滯留設(shè)施污染處理性能影響最為嚴(yán)重的因素是有機(jī)污染物累積，具體表現(xiàn)為污染物的大量累積，會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)和堵塞，從而使設(shè)施運(yùn)行效果受到嚴(yán)重影響。針對(duì)此類(lèi)現(xiàn)象，建議采用生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用普遍的修復(fù)技術(shù)是微生物修復(fù)、植物修復(fù)和聯(lián)合修復(fù)。所謂的微生物修復(fù)是指利用微生物方法增強(qiáng)設(shè)施的處理效果。