生物滯留池研究綜述

城市地表徑流凈化研究綜述眾所周知，水是人類生產(chǎn)、生活不可或缺的資源，在城市化進(jìn)程中，由不透水地表所引起的降雨徑流量增加，同時高密度的人口和產(chǎn)業(yè)對水環(huán)境的需求逐漸增加，對水環(huán)境的影響和改變也越來越強(qiáng)，使得水系不斷萎縮，河流湖泊的富營養(yǎng)化逐漸加重，城市水環(huán)境質(zhì)量日益惡化。而中國又是一個缺水的國家，這就需要我們充分的利用雨水，個別地方由雨水排放不當(dāng)所造成的環(huán)境污染已相當(dāng)嚴(yán)重。因此城市水環(huán)境質(zhì)量的改善就成為了當(dāng)今社會亟需解決的重要問題。1研究背景與意義在我國，隨著點(diǎn)源污染得到有效的解決，面源污染成為了水體惡化的重要貢獻(xiàn)者。同時，隨著城市化進(jìn)程的加速，城市的面積迅速擴(kuò)展，大量天然綠地被不透水下墊面取代，可滲透地表面積越來越少，城市面源將成為重要污染源，將嚴(yán)重威脅城市水體、海岸線、河口等水體環(huán)境［1］。城市降雨徑流不經(jīng)預(yù)處理，直接排進(jìn)受納水體，極易造成水體富營養(yǎng)化，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)。而磷是水質(zhì)評價的重要指標(biāo)，磷酸鹽被認(rèn)為是水生植物大量繁殖的重要因素之一，能引起水體富營養(yǎng)化。所以由暴雨徑流產(chǎn)生的面源污染已成為城市水環(huán)境惡化的重要原因［2］。不透水面積的增加使得很小的雨量就會形成地表徑流，地表徑流沖涮瀝青路面上的工業(yè)廢水、汽車尾氣、生活垃圾和建筑材料等造成含有懸浮物、耗氧物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)、有毒物質(zhì)、油脂類物質(zhì)等多種污染物的城市地表徑流污染，不經(jīng)過凈化處理的城市地表徑流極易引起富營養(yǎng)化、水華等環(huán)境問題，對生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞［2,3］。城市地表徑流污染已成為僅次于農(nóng)業(yè)面源污染的第二大面源污染，其中氮、磷被認(rèn)為是水體富營養(yǎng)化的最主要原因［4，5］。據(jù)統(tǒng)計,我國主要湖泊處于因氮、磷污染而導(dǎo)致富營養(yǎng)化的占統(tǒng)計湖泊的56%，水體富營養(yǎng)化會造成水中藻類等水生生物大量地生長繁殖，水體中有機(jī)物積蓄，破壞水生生態(tài)平衡，造成水體感官性能變差、自凈能力減弱、水質(zhì)下降、供水成本提高和湖泊沼澤化，影響食物鏈，使人類、動物、家畜等中毒死亡等等［6］。隨著我國西部地區(qū)，特別是長江中上游的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，重慶的經(jīng)濟(jì)地位更加突出，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對水環(huán)境的壓力持續(xù)增加。兩江新區(qū)快速發(fā)展，土地覆蓋/土地利用類型發(fā)生變更，大片農(nóng)田、林地成為城市建設(shè)用地，不透水地表顯著增加，排水管網(wǎng)快速形成，改變河道水文條件，雨水快排快泄，必然帶來地表徑流水量和污染物量急劇增加，對水體的瞬間沖擊力加強(qiáng)，也帶來長久的水體污染隱患。因此開展生物滯留池對城市面源污染控制技術(shù)的研究，對解決快速城市化下山地城市水環(huán)境問題具有重要的科學(xué)意義。2研究現(xiàn)狀城市地表徑流污染來源城市地表徑流污染是指地表沉積物與大氣沉降物等在降雨的淋溶和沖刷作用下，以廣域分散的形式進(jìn)入河湖而引發(fā)的水體污染［7］，它主要有不透水屋頂表面、不透水地面和部分暴露的表面三個來源［8］。不透水的屋頂表面可以作為將大氣中污染物傳播到水體的傳播途徑，即屋頂在干氣候條件下，作為污染物的匯，累積大氣沉降的污染物，在降水過程中又有效地將污染物傳遞到城市徑流中，有機(jī)質(zhì)等污染多來自大氣沉降；另外，構(gòu)建屋頂需要用到金屬材料如銅、鋅等也是重金屬污染物的來源之一。不透水地面的徑流污染主要來源是道路交通和大氣沉降：來自道路交通的污染主要包括汽車尾氣、輪胎、剎車墊、道路表面磨損、機(jī)車油劑泄露以及腐蝕產(chǎn)物等；大氣沉降包括以降塵為代表的大氣干沉降和以降雨、降雪、降霧為代表的大氣濕沉降。部分暴露的表面包括長滿植物的庭院、城市綠化場地和多孔的砂石地面。大氣沉降所帶來的污染仍存在于該種表面上，如污染物可以附集在植物葉片上，在降雨過程中進(jìn)入到地表徑流中；另外，與農(nóng)業(yè)面源污染相似，農(nóng)藥化肥的施用會帶來新的污染，同時還存在土壤中的病菌被轉(zhuǎn)移到城市水體中的風(fēng)險。城市地表徑流污染及其特征城市降雨徑流污染是指在降雨過程中雨水及其徑流流經(jīng)城市地表（如商業(yè)區(qū)，居民區(qū)，停車場等），聚集一系列的污染物（如氮、磷、重金屬、有機(jī)物等，）最后直接排入水體從而造成的水體非點(diǎn)源污染［9,10］。隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，不透水地面越來越多，使得由降雨形成的地表徑流流量增加，峰值加大，洪峰出現(xiàn)的時間提前，進(jìn)一步推動了城市地表徑流污染的發(fā)生。城市化過程中，人口密集度增加，人類各種頻繁的活動使得城市地表累積了較多的不同污染物質(zhì)，這為城市地表徑流污染進(jìn)一步提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，在城市不透水地表積累的各種污染物，在降雨及其所形成的徑流的沖刷、溶解和運(yùn)移作用下就形成了城市地表徑流污染。城市地表徑流是隨著城市化進(jìn)程產(chǎn)生的，是人類過度活動對環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響的表現(xiàn)。城市降雨徑流，尤其是降雨初期徑流［11,12］，不經(jīng)過初期凈化處理，就直接排進(jìn)受納水體，會對水體產(chǎn)生污染，極易造成水體的富營養(yǎng)化和水華等問題，威脅著水生生態(tài)系統(tǒng)的健康和生活用水的安全。影響城市地表徑流污染的因素有很多，其主要因素包括：降雨特征、城市土地利用類型、大氣污染狀況、城市地表的衛(wèi)生管理狀況、排水系統(tǒng)的狀況等［13］，他們一起影響著地表污染物的產(chǎn)生、運(yùn)移、累計和轉(zhuǎn)變等方面，且許多因素是隨機(jī)因素，所以地表徑流的污染也具有隨機(jī)性。趙子成等也認(rèn)為城市降雨徑流污染具有隨機(jī)影響因素多、污染物的含量高、成分復(fù)雜、徑流的偶然性較大、發(fā)生時機(jī)具有潛伏性和滯后性等特點(diǎn)［14］。降雨徑流污染除了空氣質(zhì)量的影響外，最重要的影響因素是屋面材料、道路類型及路面污染狀況、氣溫、降雨強(qiáng)度、降雨量和降雨間隔時間等。城市降雨徑流對地表水的污染是一種非點(diǎn)源污染［15］，這類研究始于20世紀(jì)70年代初期的美國，后來在西方國家受到普遍重視，然而在中國，關(guān)于城市地表徑流污染方面的研究開展得相對較少［16］。城市地表徑流是影響城市水環(huán)境質(zhì)量的第二大污染源，也是僅次于農(nóng)業(yè)面源污染的第二大非點(diǎn)源污染源，隨著城市工業(yè)廢水和生活污水等點(diǎn)源得到了有效控制，城市地表徑流污染問題將越來越突出［15］。城市降雨徑流污染作為水體惡化的一大主要原因［17］，如果不進(jìn)一步控制城市降雨徑流污染，就很難從根本上改善城市水環(huán)境質(zhì)量。1990年美國進(jìn)行的有關(guān)水體污染的調(diào)查表明，地表水體中約30%的污染物超標(biāo)是由面污染源所造成的［18］。國外的歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，即使在點(diǎn)源污染達(dá)到零排放的情況下，仍然不能保證城市的水環(huán)境質(zhì)量達(dá)到滿意，其原因主要是城市地表徑流在水環(huán)境質(zhì)量的惡化中占了很大的比重［19］。從國外一些城市的發(fā)展歷程來看,隨著城市化進(jìn)程，城市面積擴(kuò)展迅速,城市面源將成為重要污染源,對城市水體、海岸線、河口等水體環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅［20］。在國內(nèi)，李立青等對武漢市漢陽城區(qū)降雨徑流污染進(jìn)行了連續(xù)3年的監(jiān)測研究，發(fā)現(xiàn)在降雨期由降雨徑流向受納水體輸入的污染負(fù)荷占有很大的比例，是引起城市水環(huán)境質(zhì)量惡化的主要原因之一。在城市集水區(qū)尺度上，由城市降雨徑流輸出的TP占集水區(qū)總污染負(fù)荷的10.1%［2i］。車伍等對1999年和2000年雨季數(shù)十場降雨的天然雨水、屋面雨水和路面雨水水質(zhì)進(jìn)行了分析和研究,結(jié)果表明天然降雨中污染指標(biāo)濃度較低，水質(zhì)基本良好，而城市雨水徑流的水質(zhì)很差，初期徑流的污染程度甚至超過城市污水［22］。由次可見，由降雨徑流引起的面源污染是水體惡化的一個重要貢獻(xiàn)者,通過降雨徑流，將不透水地面上的營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)绞芗{水體，從而使水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化［23］，由于氮、磷等營養(yǎng)元素是水體富營養(yǎng)化的重要的影響因素［24］，以及降雨徑流的徑流量很大，所以每年通過降雨徑流進(jìn)入受納水體中的營養(yǎng)物質(zhì)的污染負(fù)荷就不容忽視。磷是評價水質(zhì)的重要指標(biāo)，磷酸鹽被認(rèn)為是水生植物過量生長的關(guān)鍵因素之一，能引起水體富營養(yǎng)化。城市降雨徑流中的磷主要來源于生活、洗滌劑和莊家施的肥料、腐爛的動植物遺體，盡管磷是植物生長過程的必須營養(yǎng)，但過量進(jìn)入水體，會引起水體的富營養(yǎng)化和藻類的大量繁殖，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，生物多樣性減少。經(jīng)專業(yè)人士研究認(rèn)為，城市地表徑流污染的特征包括三個方面［8］：第一，具有面源和點(diǎn)源的雙重性，城市地表徑流污染屬于面源污染的范疇，但是從嚴(yán)格意義上來說，城市地表徑流兼具面源和點(diǎn)源的雙重特征，主要表現(xiàn)為污染物在晴天時在城市地表累積，在降雨時隨地表徑流而排放，具有面源間歇式排放特征，同時污染物自城市地表經(jīng)由排水系統(tǒng)進(jìn)人受納水體，具有點(diǎn)源排放形式，即集中排放的特征；第二，具有很大的隨機(jī)性和偶然性，影響城市地表徑流污染的因素很多，且許多為隨機(jī)性因素，在地表污染物的累積和沖刷兩個主要環(huán)節(jié)中都有隨機(jī)性因素起作用，如兩場降雨之間的間隔時間、降雨歷時、降雨強(qiáng)度、城市土地利用類型、大氣污染狀況、地表清掃狀況等；第三，具有污染負(fù)荷時空變化幅度大的特點(diǎn)，由于隨機(jī)性的存在，城市地表徑流的污染負(fù)荷并不是穩(wěn)定不變的，不同的城市功能區(qū)，其人類活動的方式與強(qiáng)弱不同，相應(yīng)的地表沉積物的數(shù)量和性質(zhì)也不同，產(chǎn)生的徑流污染負(fù)荷差異較大，污染負(fù)荷在時間上也存在一個明顯的初期效應(yīng)，即在一場降雨過程中，占總徑流20%或25%的初期徑流，沖刷排放了徑流排污量的50%污染物。城市地表徑流污染的控制措施美國和歐洲一些國家就雨水徑流造成的城市面源污染問題開展了較全面的研究，近年來美國提出低影響開發(fā)(LowImpactDevelopment,LID)設(shè)施，對雨水進(jìn)行分散控制，強(qiáng)調(diào)在雨水徑流產(chǎn)生的地方盡可能地就近蓄存和處理雨水，從而通過降低管道中雨水流量峰值來減少合流制管道溢流(CombinedSewerOverflow，CSO),并在一定程度上緩解城市管道排水能力不足導(dǎo)致的積水或內(nèi)澇問題，同時降低城市地表徑流中的污染物濃度［25］。LID作為新興的雨洪資源調(diào)控措施，從根本上改變了傳統(tǒng)雨洪資源調(diào)控的理念，通過一系列分布在整個區(qū)域上的措施從源頭上對雨洪進(jìn)行調(diào)控，可以使徑流在大小及頻率方面恢復(fù)到該區(qū)域開發(fā)前自然狀態(tài)下的水平［26］。LID的主要措施包括生物滯留池、綠色屋頂、透水性路面和草皮溝［27］，均是通過減少不透水面積、增加雨水滲濾實(shí)現(xiàn)可持續(xù)雨洪管理。我國落后的雨洪管理體系導(dǎo)致了一系列嚴(yán)重的生態(tài)問題，隨著城市的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的雨水、污水處理方法已經(jīng)不能滿足生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需求［4］，考慮到我國城市土地資源緊缺，占地面積很大的面源污染控制設(shè)施難以應(yīng)用，因而水力負(fù)荷較高的生物滯留設(shè)施在我國的低影響開發(fā)建設(shè)中具有重要發(fā)展?jié)摿Γ?8］。國內(nèi)對該技術(shù)的研究起步較晚，目前在其研究現(xiàn)狀、作用機(jī)理、影響因素、設(shè)計方法、應(yīng)用效果等方面的綜述性報道較多，近年來也開始出現(xiàn)一些小試試驗(yàn)及模型模擬的研究，甚至是實(shí)際的工程實(shí)例，但總體上研究未形成系統(tǒng)，對某些設(shè)計參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行效果等諸多方面仍需長期、大量的研究。城市降雨徑流污染嚴(yán)重，國際上從20世紀(jì)60年代就開始進(jìn)行了研究，尤其是較發(fā)達(dá)的歐美國家，環(huán)保意識較高，在點(diǎn)源污染得到有效控制后，對城市降雨徑流污染控制的研究做得比較全面［29,30］。尹澄清等研究指出，生態(tài)工程技術(shù)是解決面源污染的根本途徑之一［31］，但由于面源污染的隨機(jī)性，以及污染物來源和組成的復(fù)雜性，使得污染的控制比較困難，目前城市降雨徑流污染控制措施還不夠完善，還處于不斷地研究和更新中，控制措施的機(jī)理研究、經(jīng)濟(jì)效益還在深入和廣泛的進(jìn)行。在城市面源污染控制的措施中，還是美國的暴雨最佳管理措施(BMPs-Bestmanagementpractices)最為全面和系統(tǒng)，在國內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用，其中，低影響發(fā)展技術(shù)是城市地表徑流污染控制中的新一代最佳管理措施，對城市地表徑流的污染源區(qū)水質(zhì)和水量有嚴(yán)格的控制［32］。BMPs是針對降雨徑流水質(zhì)水量的管理，是一種方法、技術(shù)和工程性的控制措施。美國環(huán)境保護(hù)局把BMPs定義為：“為預(yù)防和減少水體污染而采取的預(yù)防措施、維護(hù)方法及操作程序”［33］。BMPs主要包括非工程性措施和工程性措施兩大類。非工程性措施是指通過加強(qiáng)管理來控制污染，具體方法包括法律規(guī)章制度的制定、環(huán)境保護(hù)宣傳教育、無害化農(nóng)藥的使用、路面清掃等［34］。非工程性措施是強(qiáng)調(diào)源頭控制［33］，因而常被稱為源控制措施。工程性措施是通過建造各種工程型措施或工程手段，來減少降雨徑流的排放量，進(jìn)而減少和控制污染負(fù)荷排放的一種措施。經(jīng)常用于徑流的流動過程中，因而也被稱為徑流控制措施。目前，在城市面源污染控制中比較廣泛應(yīng)用的工程性措施是生態(tài)工程，具體有過濾系統(tǒng)、滲透設(shè)施、植被過濾帶、人工濕地、生物滯留池等技術(shù)［35］。這些工程性措施在應(yīng)用過程中各自都有突出的特點(diǎn)，也有很多不足之處。過濾系統(tǒng)過濾系統(tǒng)是指用碎石、砂粒、卵石或者其混合物作為過濾介質(zhì)來控制污染物的一種措施。由于介質(zhì)的多種多樣，這種過濾系統(tǒng)可以依據(jù)場地的實(shí)際情況、材料費(fèi)用、出水水質(zhì)的要求等條件，來調(diào)整系統(tǒng)的介質(zhì)組成。過濾系統(tǒng)有的是多室的，前面的室主要用于對沉降大顆粒物和短期存儲徑流，后面的室主要用于進(jìn)一步處理細(xì)小顆粒物和其他污染物。有研究表明，用土壤作為過濾系統(tǒng)的介質(zhì)來處理降雨，其對有機(jī)物、病菌有較好的去除效果［36］。過濾系統(tǒng)的主要作用是控制徑流的水質(zhì)，去除徑流中的大顆粒物，若過濾系統(tǒng)與控制水量的措施結(jié)合使用，會達(dá)到更好的處理效果。通常在過濾系統(tǒng)前加設(shè)對徑流有控制作用的措施，如人工濕地、滯留塘等，以減少基質(zhì)堵塞。滲透設(shè)施滲透設(shè)施是指在下凹的溝渠內(nèi)填砂石或者卵石而形成的。滲透設(shè)施主要由覆蓋層、細(xì)砂過濾層、碎石過濾層、多孔管等組成，其設(shè)計深度一般為0.9?3.6m，長寬根據(jù)場地條件和地表徑流量而定［37］。滲濾系統(tǒng)是通過將地表徑流暫時存儲起來，在暴雨過后再使其慢慢滲透到地下的一種暴雨徑流控制措施。滲透系統(tǒng)通常包括透水路面、滲井、滲渠等，主要用于可溶性污染物的去除，其去除機(jī)理主要是過濾、吸附和離子交換等，大部分污染物在流經(jīng)過濾層時被過濾，減少了徑流量，同時也削減了徑流峰值，因此，滲透系統(tǒng)既可控制地表徑流的水質(zhì)，也可控制徑流的水量，還可減少徑流中的污染物負(fù)荷，減弱下游的洪峰流量，補(bǔ)給地下水和附近的河流。滲透設(shè)施在使用時需要進(jìn)行定期的清理，以防堵塞滲透渠，降低雨水的滲透率。土壤的滲透率直接影響著滲透設(shè)施的滲透效率，因此滲透設(shè)施不適合建在黏土地區(qū)。另外，滲透設(shè)施的凈水能力有限，也不適合建在徑流污染較嚴(yán)重和地下水位較高的地區(qū)。由于滲透設(shè)施的尺寸可以根據(jù)場地條件而進(jìn)行調(diào)整，因此適用于小面積排水和用地較局限的地區(qū)，如商業(yè)區(qū)、停車場、廣場等地方。植被過濾帶植被過濾帶是指設(shè)置在污染源與受納水體之間由密集植物覆蓋的帶狀區(qū)域，利用地表植物對污染物進(jìn)行截流，使進(jìn)入受納水體的徑流水質(zhì)得到改善，從而能夠保護(hù)受納水體［37,38］。植被過濾帶對片流處理效果好，對徑流較集中的處理作用不大，因而常與導(dǎo)流裝置配合使用。蘇天楊等研究表明，由于植被過濾帶主要由植物構(gòu)成，為了保證污染物的處理效果，要求其寬度不應(yīng)小于7.5m［39］。長度不應(yīng)小于4.5m，縱向坡度應(yīng)不大于5%［40］。植被過濾帶是一種天然的凈化措施，對懸浮固體顆粒和有機(jī)污染物有較好的去除效果，對土壤的滲透性要求不是很高，基建費(fèi)用較低，并能降低徑流的流速、過濾懸浮固體、減輕徑流對土壤的侵蝕、減少水土流失，起保護(hù)土壤的作用。植被過濾帶的沉積、過濾、入滲和顆粒吸附等作用，也可使一部分的污染物得到去除。其主要適用于小面積的平坦區(qū)域，不適用于坡度較大的區(qū)域，可建于居民區(qū)、公園等不透水場地、道路周邊。2.3.4人工濕地近十幾年來，濕地污水處理技術(shù)被廣泛用于暴雨徑流的處理，其被認(rèn)為是一種低成本、實(shí)用有效的面源污染控制技術(shù)。濕地是由土壤-植物-微生物組成的系統(tǒng)，當(dāng)降雨徑流進(jìn)入濕地時，徑流中的有機(jī)質(zhì)以及氮、磷等營養(yǎng)成分就會發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物轉(zhuǎn)化作用，從而達(dá)到降低徑流中營養(yǎng)物質(zhì)污染負(fù)荷的目的。在城市地表徑流的處理中，濕地技術(shù)可以和其他技術(shù)進(jìn)行靈活的組合使用，在徑流流入濕地前，可通過修建過濾塘來攔截顆粒物，徑流流經(jīng)濕地后，可通過滲透措施來強(qiáng)化處理。人工濕地的影響因素有很多，如植被、濕地的長寬比、濕地面積等都影響著污染物的去除，其去除機(jī)理主要包括顆粒物的過濾、沉淀、分解、吸附、離子交換、微生物代謝以及植物的攝取等［41］。與日常污水相比，暴雨徑流具有明顯的突發(fā)性，其水質(zhì)水量變化很劇烈，因而用人工濕地技術(shù)對暴雨徑流進(jìn)行處理時，必須根據(jù)暴雨徑流的實(shí)際特點(diǎn)來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、設(shè)計［42-44］。由于暴雨徑流中總懸浮顆粒物的濃度比較高，因此，徑流在進(jìn)入人工濕地前應(yīng)該進(jìn)行一定的處理，以去除大顆粒物，防止其堵塞濕地的基質(zhì)。在雨季，濕地的最高水位應(yīng)進(jìn)行合理的控制，避免植物被長時間的淹沒。在旱季，濕地應(yīng)保有足夠的水量，以確保植物的生存。人工濕地所選的植物應(yīng)是耐旱或耐淹的。2.3.5生物滯留池生物滯留池又被稱為雨水花園，或者生物入滲池，是指種有植物（通常是耐水淹的植物）的下凹洼地，其結(jié)構(gòu)一般包括植物層，種植土層，過濾層和排水管等4個組成部分，為保證較高的滲透率，一般在排水管和種植土層之間鋪設(shè)粗、細(xì)兩種粒徑大小的碎石過濾層各一層。生物滯留池一般建于流域上游，主要通過植物、微生物以及土壤的物理、化學(xué)、生物作用來進(jìn)行污染物的去除的，從而達(dá)到水質(zhì)水量的控制［45］。生物滯留池有較強(qiáng)的水文功能，能夠減小雨水徑流量，降低雨水的溫度，還能通過植物、土壤的吸附作用過濾污染物。從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。生物滯留池是發(fā)達(dá)國家應(yīng)用最廣泛的一種措施［32］，在美國，大部分園林設(shè)計都采用生物滯留池來解決降雨徑流問題，因?yàn)闇舫卦靸r相對較低，施工較簡單。實(shí)際上，滯留池所起到的功能就是暫時儲存雨水，再以一定的流量排出，這樣一來，既保證了雨水下泄量不超過一定的數(shù)值，又起到了雨水過濾的作用［46］。居民可以在自家庭院中設(shè)置小型的生物滯留池，來調(diào)控自家及鄰居屋頂雨水的水質(zhì)水量，最后通過排水系統(tǒng)排走。生物滯留池是一種實(shí)時實(shí)地對徑流進(jìn)行調(diào)控的措施，旨在打斷城市不透水地表徑流的連續(xù)性，從而降低徑流的集中性，延長徑流時間，增加了地下水的入滲。生物滯留池可根據(jù)地表徑流的調(diào)控目標(biāo)而設(shè)計，通過模擬區(qū)域在天然條件下的水文徑流情況，來將其作為生物滯留池的調(diào)控依據(jù)，從而使該區(qū)域通過生物滯留池的調(diào)控，最終會恢復(fù)或者接近天然狀態(tài)下的水文條件。生物滯留池的基建費(fèi)和維護(hù)費(fèi)用都較低，但所占面積較大，可與城市的景觀規(guī)劃相結(jié)合，在植物選擇和配置上進(jìn)行精心的設(shè)計，還要防止蚊蟲的滋生，這樣便起到了美化和綠化環(huán)境的作用。生物滯留池的徑流控制效果與面積呈一定的正相關(guān)關(guān)系［37］，因此其適用于公園、低密度的居住區(qū)等用地空間較大的地方，生物滯留池還可與道路、停車場等景觀相結(jié)合。尹澄清等研究表明，生態(tài)工程技術(shù)是解決面源污染的根本途徑之一［35］，而選擇合適的基質(zhì)是提高生態(tài)工程處理效果的關(guān)鍵。生物滯留池旨在從源頭上控制城市降雨徑流污染，它在歐美等發(fā)達(dá)國家已成為了最有效、最廣泛應(yīng)用的城市暴雨最佳管理措施(BMPs)之一，國外通過實(shí)驗(yàn)室模擬和野外試驗(yàn)的研究，結(jié)果表明生物滯留池能有效去除降雨徑流中的氮、磷以及TSS、重金屬等污染物［47-49］,生物滯留池不僅在改善城市雨水水質(zhì)方面取得了較好的效果，而且還可以有效地減少城市地表的洪峰和徑流，達(dá)到水質(zhì)水量雙重控制的目的，生物滯留池是控制由降雨徑流引起的城市面源污染較好的工程性措施，它的設(shè)計靈活多變，易與市政規(guī)劃相結(jié)合，后期的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，是城市降雨徑流治理與綠化的首選措施，因此用生物滯留池來改善城市暴雨徑流水質(zhì)已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。3生物滯留技術(shù)對氮、磷的控制生物滯留作為LID體系中的一項(xiàng)重要技術(shù)，又稱“雨水花園”，于20世紀(jì)90年代發(fā)源于美國馬里蘭州［50］，其在徑流量削減、徑流污染控制、地下水回補(bǔ)及景觀方面具有顯著的生態(tài)效應(yīng)［51］。生物滯留設(shè)施主要通過腐殖質(zhì)、土壤、微生物、植物、填料等物理、化學(xué)和生物的綜合作用凈化雨水，包括過濾沉淀、物理吸附、離子交換化學(xué)吸附、微生物吸收轉(zhuǎn)化與降解、植物同化吸收、揮發(fā)、蒸發(fā)等［52］，具有基建費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)簡單、應(yīng)用靈活、不受場地限制、生物多樣性豐富、易由城市綠化帶改造而成等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于城市道路、停車場、庭院、各類建筑小區(qū)等諸多場合［53］。生物滯留技術(shù)誕生20年來，在美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭、韓國、挪威、瑞典等世界各地國家得到廣泛應(yīng)用，有關(guān)其水文效應(yīng)及水質(zhì)改善效果的研究非常豐富，已成為在美國和其他一些地方最為常用且應(yīng)用形式最多樣化的雨水最佳管理實(shí)踐(BMP)措施。3.1生物滯留技術(shù)對氮的控制生物滯留設(shè)施對氮的去除主要通過同化作用、吸附作用、硝化作用與反硝化作用三個途徑［54］:氮的同化作用是將無機(jī)氮(氨氮、硝氮、亞硝氮)通過微生物和植物的吸收固定作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，其中氨氮最易被微生物同化；氮的吸附作用是污染物中的氮被填料捕獲，顆粒態(tài)氮主要通過吸附作用去除，無機(jī)氮中氨氮也能被帶負(fù)電荷的土壤移除；氮被植物或微生物同化或者被填料吸附都只是臨時地去除了氮，微生物的反硝化作用可將no3-轉(zhuǎn)化為n2釋放到空氣中永久去除。截留在生物滯留設(shè)施中的氨在干期有氧條件下可發(fā)生硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為no3-，反硝化反應(yīng)將no3-作為終端電子受體，發(fā)生no3-^no2-^no^n20^n2一系列作用去除硝態(tài)氮。生物滯留系統(tǒng)對氮的去除主要是通過硝化作用與反硝化作用。硝化作用是在有氧的條件下，經(jīng)亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌，將氨氮轉(zhuǎn)化成硝氮的過程，亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌都是化能自養(yǎng)型細(xì)菌，硝化反應(yīng)需高度好氧條件和中性至微堿性的pH值；反硝化作用是在缺氧的條件下，經(jīng)反硝化細(xì)菌，將硝氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)獾倪^程，反硝化細(xì)菌有自養(yǎng)型也有異養(yǎng)型，反硝化反應(yīng)需足夠的碳源和厭氧的苛刻條件以及足夠的厭氧作用時間，反硝化反應(yīng)最適宜pH值為7?8。相對于溶解性磷，溶解性氮遷移性更強(qiáng)，控制難度更大，生物滯留設(shè)施對氮尤其是硝氮的去除效果很不穩(wěn)定。有研究發(fā)現(xiàn)生物滯留設(shè)施對總氮去除效率為－312％?58.4％，對硝氮的去除效率為－650％?84.6％［52］。針對生物滯留設(shè)施對氮去除效果不顯著這一情況，有研究發(fā)現(xiàn)，通過在設(shè)施底部設(shè)置淹沒厭氧區(qū)和投加碳源，可使生物滯留系統(tǒng)對硝態(tài)氮的去除率提高至75%，無這種設(shè)置時對硝態(tài)氮的去除率僅為13%[55]。3.2生物滯留技術(shù)對磷的控制生物滯留設(shè)施主要通過反應(yīng)介質(zhì)的滲透、過濾、吸附、離子交換、植物吸收以及微生物攝取等聯(lián)合作用去除雨水徑流中的磷，可概括為以下兩方面[4]:反應(yīng)介質(zhì)的作用。物理化學(xué)反應(yīng)吸附磷的過程分為快反應(yīng)和慢反應(yīng)?？旆磻?yīng)發(fā)生在介質(zhì)表面，以可逆吸附反應(yīng)為特征，或被填料捕獲，或由于沉降、吸附等作用被去除。除此之外，反應(yīng)介質(zhì)中的鋁、鈣和鐵會與PO43-反應(yīng)而沉淀，形成自由能、可逆性和溶解性均很小的鈣、鐵、鋁磷酸鹽，即慢反應(yīng)。微生物和植物的吸收固定作用。微生物能夠?qū)搅髦械膽腋∥?、膠體和溶解性污染物進(jìn)行降解。根據(jù)微生物種類和形成生物膜的不同，分為好氧過程和厭氧過程：在土壤表層氧含量較豐富易形成好氧膜，聚磷菌附著在其表面吸附大量的磷，從而達(dá)到去除效果；在遠(yuǎn)離植物的根部或土壤深層，氧含量較少形成厭氧環(huán)境，厭氧微生物將難降解的有機(jī)物分解成易降解無機(jī)物。植物在生長過程中會吸收利用反應(yīng)介質(zhì)中的磷，剩余的磷殘留在植物中，通過植物的收割得到去除。參考文獻(xiàn)趙建偉，單保慶，尹澄清.城市旅游區(qū)暴雨徑流污染過程中的不透水面效應(yīng)[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2006(12):50-53.李家科，劉增超，黃寧俊，張佳揚(yáng)，李懷恩，沈冰，低影響開發(fā)(LID)生物滯留技術(shù)研究進(jìn)展[J]，干旱區(qū)研究，2014，31(3)：431-429。潘國艷，夏軍，張翔，王紅萍，劉恩民，生物滯留池水質(zhì)效應(yīng)的模擬試驗(yàn)[J],陜西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，40(3)：97-101。李海燕，羅艷紅，馬玲，生物滯留設(shè)施對地表徑流中磷去除效果的研究述評[J],中國水土保持，2014，(6)：26-31。⑸王書敏，何強(qiáng)，徐強(qiáng)，宋力，生物滯留系統(tǒng)去除地表徑流中的氮素研究評述[J],水科學(xué)進(jìn)展，2015，26(1):140-150。⑹孫華，梁偉，我國水體磷污染及其監(jiān)控管理技術(shù)的研究[J]，浙江師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，30(2):201-205。陳玉成，李章平，李章成，許紅艷，城市地表徑流污染及其全過程削減城市地表徑流污染及其全過程削減[J]，水土保持學(xué)報，2004,18(3):133-136。張蕾，周啟星，城市地表徑流污染來源的分類與特征[J],生態(tài)學(xué)雜志，2011,29(11):2272-2279.賀纏生，傅伯杰，陳利頂.非點(diǎn)源污染的管理及控制[J].環(huán)境科學(xué).1998(05):88-92.李立青.漢陽地區(qū)城市降雨徑流污染過程與控制措施研究[D].中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,2007.劉勇華，高超，王登峰，等.城市降雨徑流污染初始沖刷效應(yīng)對BMPs選擇的啟示[J].水資源保護(hù).2009,25(6):29-32.蔣海濤，丁丹丹，韓潤平.城市初期雨水徑流治理現(xiàn)狀及對策[J].水資源保護(hù).2009(03):33-36.TsihrintzisVA,HamidR.Modelingandmanagementofurbanstormwaterrunoffquality:areview[J].WaterResourcesManagement.1997,11(2):136-164.趙子成，禹華謙.我國城市降雨徑流污染的相關(guān)探討[J].四川建筑.2012(02):259-263.陳玉成，李章平，李章成，等.城市地表徑流污染及其全過程削減[J].水土保持學(xué)報.2004(03):133-136.趙劍強(qiáng)，孫奇清.城市道路路面徑流水質(zhì)特性及排污規(guī)律[J].長安大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版.2002,22(2):21-23.馬英.城市降雨徑流面源污染輸移規(guī)律模擬及初始沖刷效應(yīng)研究[D].華南理工大學(xué)，2012.WuJS，AllanCJ，SaundersWL，etal.Characterizationandpollutantloadingestimationforhighwayrunoff[J].JournalofEnvironmentalEngineering-ASCE.1998，124(7):584-592.LeeJH，BangKW.Characterizationofurbanstormwaterrunoff[J].WaterResearch.2000，34(6):1773-1780.趙建偉.城市旅游區(qū)面源污染特征及工程控制技術(shù)研究一以武漢動物園為例[D].北京：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，2006.李立青，尹澄清，何慶慈，等.武漢市城區(qū)降雨徑流污染負(fù)荷對受納水體的貢獻(xiàn)[J].中國環(huán)境科學(xué).2007(03):312-316.車伍，歐嵐，汪慧貞，等.北京城區(qū)雨水徑流水質(zhì)及其主要影響因素[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2002(01):33-37.CarpenterSR，CaracoNF，CorrellDL，etal.Nonpointpollutionofsurfacewaterswithphosphorusandnitrogen[J].EcologicalApplications.1998，8(3):559-568.LazzarottoP，PrasuhnV，ButscherE，etal.PhosphorusexportdynamicsfromtwoSwissgrasslandcatchments[J].JournalofHydrology.2005，304(1):139-150.李平，王晟，生物滯留技術(shù)控制城市面源污染的作用與機(jī)理[J],環(huán)境工程，2014年，(3)75-79.孫艷偉，魏曉妹，C.A.Pomeroy，低影響發(fā)展的雨洪資源調(diào)控措施研究現(xiàn)狀與展望，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