海绵城市生物滞留设施关键技术研究进展

海绵城市生物滞留设施是适用于分散式雨水处理与利用的代表性生态技术,但目前仍旧存在一些问题制约其运行效率及寿命。综述了海绵城市建设中生物滞留设施关键技术及国内外研究进展,指出高效净化能力填料的研制、污染物迁移转化模型的建立及设计参数的优化、有机微污染物累积风险评价及修复技术的构建等将成为海绵城市生物滞留设施未来的研究热点。     

降雨径流中玉米芯营养素淋出及吸附特性

为评估玉米芯作为生物滞留设施中填料土添加剂的可行性,通过理化性质测试、摇床淋出试验、等温吸附试验,与现有添加剂柳木屑、陶粒、稻壳生物炭进行对比,研究玉米芯的理化性质和营养素的淋出及吸附特性。结果表明：玉米芯轻质多孔,具有较大的比表面积和阳离子交换量,其氮磷含量低,有丰富的含氧官能团;以玉米芯作为添加剂,在去离子水的淋洗作用下,氮磷营养素淋出量低、淋出速度快,在降雨径流中氮磷营养素淋出量降低,淋出速度减缓;在营养素质量浓度为2 mg/L的典型降雨径流中,玉米芯可吸附25 mg/kg的NH⁺₄和79 mg/kg的PO■,相较于其他材料,玉米芯吸附效果突出。玉米芯可作为填料土添加剂用于生物滞留设施中,施用玉米芯可降低填料土营养素淋出风险,提升生物滞留设施对降雨径流中污染物的吸附和去除效果。     

生物滞留系统去除城市地表径流中多环芳烃的研究进展

低影响开发(LID)生物滞留系统是净化城市地表径流的重要措施。多环芳烃(PAHs)作为难降解有机污染物,是城市雨水径流中的重要成分之一。通过总结城市地表径流中PAHs污染现状和国内外应用生物滞留系统去除PAHs的研究动态,系统分析了PAHs类污染物的去除机理、效果和影响因素。研究结果表明:生物滞留系统主要通过填料吸附、微生物降解、植物吸收、挥发等作用去除PAHs,平均去除率在30%~90%。影响去除效果的主要因素包括PAHs性质、系统组成与设计、微生物及环境因子等。建议关注生物滞留系统中PAHs的积累和长期运行效果,并开展系统优化设计和作用机制研究工作。     

建筑废弃料对改良土壤蓄渗效果的试验及模拟研究

为了解决我国华南地区土壤质地黏重、渗透性能极差,无法及时排干随着不透水路面剧增而增长的城市径流雨水的问题,依据生物滞留池典型构造原理制备实验室自制滤柱装置,通过测试不同重现期下滤柱装置的下渗曲线,以评估不同粒径级配的建筑废弃料对土壤蓄渗的改良效果。结果表明:中小雨强下符合华南地区土壤特征和降雨条件的最优建筑废弃料粒径级配为5~9mm,且随着降雨重现期的增加,蓄渗改良效果更为明显,产渗流时间也显著提前;在SWMM中构建LID生物滞留池模块,根据试验结果进行模型率定,可为生物滞留池提供合理设定参数。研究成果拓展了建筑废弃料在低影响开发措施中的应用,以期为华南地区大规模海绵城市低影响开发措施的土壤蓄渗改造提供科学参考和评估工具。     

生物滞留池水文水质效应模拟分析

为研究生物滞留池措施对雨水水文水质的调控作用,以宜兴市城区某试验区为研究区域,利用SWMM模拟软件,在5年、10年、100年设计重现期下,分别模拟城市化后有无生物滞留池措施的水文水质状况,并将两者比较分析。研究发现:占研究区域总面积10.75%的生物滞留池措施下,雨水径流量减少了12%左右,峰值流量降低了8%左右,入渗量增加了22%左右;污染物SS、COD、TN、TP总负荷量的削减率分别在10%、7%、9%、8%左右。结果表明:随着城市化进程日益加快,生物滞留池可有效地降低雨水径流量、增加雨水入渗量,削减雨水径流的峰值流量;同时还可以拦截一定量的颗粒悬浮物、营养物质、重金属等污染物。研究成果对海绵城市建设和雨水资源调控利用具有参考价值,对城市水生态建设具有重要意义。     

倒置生物滞留技术水量水质控制效果研究

生物滞留技术是目前应用较为广泛的雨洪控制利用措施,生物滞留技术在应用过程中也出现一些问题。针对传统生物滞留设施存在的水土流失、污染物表层累积、填料层更换困难等问题,提出了一种新型倒置生物滞留技术。通过实验室模拟试验,研究了不同重现期条件下,倒置生物滞留技术的水量、水质控制效果,并与传统生物滞留技术进行了比较。结果表明:倒置生物滞留技术在径流总量控制率、峰值削减率方面比传统生物滞留分别提高了9%～21%和1%～32%;在峰值延迟时间方面最大延长了8 min;倒置生物滞留对TP、TN、COD、NH_4~+-N等污染物的平均去除率比传统生物滞留分别提高了约6%、4%、3%、6%。研究成果可为倒置生物滞留技术在海绵城市建设中广泛应用提供技术支撑,为生物滞留技术的完善与发展提供借鉴和参考。     

基于径流污染控制的生物滞留设施填料优化研究

为实现对径流污染的有效控制,对生物滞留设施种植土层之下的人工填料层组成优化进行了系统性研究,在静态条件下考察了9组填料对氮磷营养物的吸附性能。结果显示,蛭石和沸石对氨氮的吸附性能较好,对氨氮的吸附量分别为3.7和3.2 mg/g,并且粒径越小,吸附性能越好;蛭石和麦饭石对磷酸盐的去除效果较好,磷酸盐去除量分别为0.13和0.1 mg/g。由此筛选出对污染物净化效果较好的1~3 mm沸石和蛭石、2~3 mm麦饭石作为去除污染物的功能性填料。动态水力循环试验显示,相同体积的蛭石和沸石对氨氮的吸附效果接近,水力停留时间(HRT)为60 min时,对氨氮的去除率均接近100%,此时麦饭石对氨氮的去除率为93%。对磷酸盐吸附效果的优劣排序为蛭石>麦饭石>沸石,当HRT为60 min时,对磷酸盐的去除率分别为78.8%、53%和19.7%。填料掺混体积比为沸石∶蛭石∶麦饭石∶砂=3∶7∶1∶6的组合系统对氨氮、磷酸盐和COD的去除效果最好,且下覆5 cm砂层有利于降低出水颗粒物导致的浊度。在此填料配比条件下,当填料层厚度在30~50 cm之间时,对氮、磷和COD的综合去除效果最好。     

基于SWMM的生物滞留池布置水文时空效应

利用SWMM中的低影响开发模块,根据汇流时间将研究区的子汇水区划分为上游和下游,生物滞留池按照不同位置(上游和下游)和不同规模布设,研究其遭遇不同重现期降雨下的水文时空效应。结果表明:在低降雨重现期下,生物滞留池的雨洪控制效果较好;相同重现期时,规模较大的生物滞留池效果较好,而布设的越分散,其降低径流系数的效果越好,但削减洪峰的效果较差。     

基于HYDRUS-1D生物滞留设施雨水径流水文调控模拟EI北大核心CSCD

为研究生物滞留设施水文调控效能,基于HYDRUS-1D建立生物滞留设施模型,通过物模试验数据率定模型参数,验证模型可靠性;利用验证后的模型开展模拟试验,采用径流总量和峰值削减率及产流和峰现延迟时间定量分析水力负荷参数、蓄水层高度和初始含水率对生物滞留设施水文调控效应的影响。结果表明:所建模型模拟值与实测值的均方根误差最高仅为0.134,相对误差为-2.28%~7.59%,纳什效率系数和决定系数均在0.8以上,模拟结果可靠;综合考虑水力负荷参数,汇流比小于10∶1的生物滞留设施对于重现期小于1a并且降雨时长小于120 min的降雨过程有较好的调控效果,随着汇流比、重现期和降雨时长的增加,设施水文调控效果不断削弱;增加蓄水层高度会提升生物滞留设施水文调控效果,当蓄水层高度由0 cm增加至25 cm时,径流总量和峰值削减率分别增加86.16%和96.74%,产流和峰现延迟时间分别为57.8 min和36.0 min;初始含水率的增大会降低设施水文调控效果,其径流总量和峰值削减率变化范围分别为49.32%~54.11%和22.84%~45.37%,产流和峰现延迟时间变化范围分别为24.1~25.0 min和1.0~2.5 min。     

剩余污泥改良生物滞留设施雨水径流控制效果

为应对城市面源污染控制及污水厂剩余污泥处置问题,用剩余污泥改良生物滞留设施基质,通过理化特性分析筛选适宜的掺泥比例范围,并考察剩余污泥基质生物滞留设施的雨水径流调控效果。结果表明：在上层15cm基质掺入比例≤44.8%的剩余污泥可有效提升生物滞留设施雨水径流调控能力。基质中掺泥比例越大,生物滞留设施雨水径流总量调控效果越优,而出水污染物浓度则呈现略有上升的趋势。与砂土基质相比,40%剩余污泥基质生物滞留设施的次径流总量削减率可提高16.9%,出水COD、TN、NH₄⁺-N和TP平均浓度分别为29.10 mg/L、3.25 mg/L、1.66 mg/L和0.093 mg/L,可满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》ΙⅤ类、Ⅴ类、Ⅴ类和Ⅱ类水质标准。