生物滞留设施去除城市道路径流中邻苯二甲酸酯的效果评估

上海市区道路径流中存在邻苯二甲酸酯(PAEs)污染,平均浓度达到171.71μg·L~(-1),高于欧洲和澳大利亚道路径流浓度近一个数量级,直接排放会对地表水体造成污染.为了从源头控制道路径流中PAEs污染,在上海内环高架道路下建造了应用规模生物滞留设施,研究城市绿色基础设施对道路径流中6种美国EPA优先控制PAEs污染物的控制效果及机理.生物滞留设施表面积为20 m2,汇水面积约为400 m2,底部带有防渗膜,适用于高地下水位地区.结果表明,8场监测降雨事件中,设施出水∑6PAEs平均浓度为10.23μg·L~(-1),显著低于道路径流∑6PAEs平均浓度171.71μg·L~(-1)(p0.05).沉淀预处理对PAEs无显著去除效果,生物滞留池对DEHP的去除率与TSS的去除率呈显著正相关,主要通过基质层截留作用去除;DEP、DBP、DMP等低分子量PAEs的去除率与设施水力负荷呈负相关,主要通过生物滞留池基质的吸附作用去除.DEHP、DBP为我国《地表水环境控制标准》控制污染物,生物滞留池出水DBP浓度低于标准值3μg·L~(-1),达标率100%;出水DEHP浓度大多情况下低于标准值8μg·L~(-1),达标率为71%,生物滞留设施可以有效控制道路径流PAEs污染.本研究的结果适用于我国东南部地下水位较高的地区,可为绿色基础设施控制地表径流PAEs提供设计理论指导.     

HYDROLOGIC MODELING OF A BIOINFILTRATION BEST MANAGEMENT PRACTICE1

ABSTRACT: The goal of this research was to develop a methodology for modeling a bioinfiltration best management practice (BMP) built in a dormitory area on the campus of Villanova University in Pennsylvania. The objectives were to quantify the behavior of the BMP through the different seasons and rainfall events; better understand the physical processes governing the system's behavior; and develop design criteria. The BMP was constructed in 2001 by excavating within an existing traffic island, backfilling with a sand/soil mixture, and planting with salt tolerant grasses and shrubs native to the Atlantic shore. It receives runoff from the asphalt (0.26 hectare) and turf (0.27 hectare) surfaces of the watershed. Monitoring supported by the hydrologic model shows that the facility infiltrates a significant fraction of the annual precipitation, substantially reducing the delivery of nonpoint source pollution and erosive surges downstream. A hydrologic model was developed using HEC‐HMS to represent the site and the BMP using Green‐Ampt and kinematic wave methods. Instruments allow comparison of the modeled and measured water budget parameters. The model, incorporating seasonally variable parameters, predicts the volumes infiltrated and bypassed by the BMP, confirming the applicability of the selected methods for the analysis of bioinfiltration BMPs.     

3种生物滞留设计对城市地表径流溶解性氮的去除作用

城市地表径流溶解性氮(N)的有效控制具有挑战性.2015构建了3种不同设计的生物滞留设施:壤砂种植紫穗狼尾草(CB)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带(MB1)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带并添加10%木块(MB2).在模拟城市地表径流水文、水质变化条件下,研究3种生物滞留种植植物、设置饱和带以及添加碳源对城市地表径流溶解性N(NH_4~+-N、NO_3~--N)的去除作用.通过为期1年试验监测表明,在进水NH_4~+-N浓度平均值为(5.45±2.21)mg·L-1情况下,3种生物滞留对NH_4~+-N均具有显著的去除作用(去除率95%).基质吸附、硝化与植物吸收是生物滞留有效去除城市地表径流NH_4~+-N的主要途径.在进水NO_3~--N平均值为(5.88±2.32)mg·L-1情况下,CB、MB1和MB2出水NO_3~--N浓度的平均值分别为(4.04±2.64)、(0.84±1.18)和(0.26±0.48)mg·L-1,相应去除率分别为31.3%、85.7%和95.6%.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带以及添加碳源均可显著降低出水NO_3~--N浓度,减少NO_3~--N淋溶输出,提高NO_3~--N去除率.植物吸收和微生物反硝化是生物滞留去除NO_3~--N的主要途径.进水NO_3~--N浓度、水量、间隔天数是影响生物滞留出水NO_3~--N浓度的主要因素.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带并添加碳源,在水文、水质变化情况下,仍可有效去除城市地表径流溶解性N.     

生态沟渠-生物滞留池组合控制农村径流污染

生态沟渠和生物滞留池因其良好的径流污染控制能力和生态效益,日益受到广泛关注和应用,但单一的生态沟渠或生物滞留池在农村径流污染控制中常存在氮磷去除效果不稳定和基质易堵塞等问题.将两者串联构建组合系统,利用生态沟渠预处理去除部分污染物,可降低生物滞留池污染负荷和减轻基质堵塞;同时在生物滞留池中设置淹没区并添加天然载体碳源提升系统脱氮效果.研究了载体碳源、降雨强度和干湿交替等条件对生态沟渠-生物滞留池组合系统控制农村径流污染的影响.结果表明,投加稻草和木屑两种天然载体碳源分别将生物滞留池段的TN去除率提升19.9%和20.4%.模拟降雨强度从小雨增至大雨时,外加碳源组合系统COD、 NH⁺₄-N、 TN和TP去除率平均下降17.0%、 16.8%、 20.4%和17.2%,其中生态沟渠段对4种污染物的去除贡献平均降低16.3%、 13.0%、 24.2%和22.1%.干湿交替运行可提高系统的污染物去除效果,相较连续进水,干旱3周后木屑组TN平均去除率提升12.3%.微生物群落分析结果显示,木屑组和稻草组生物滞留池样品的α多样性高于对照组;投加载体碳...     

典型生物滞留设施重金属累积分布特征与风险评价

采集了停车场、道路旁、居民区及产业园区4种不同用地类型的生物滞留设施的0～10 cm表层土壤,分析了8种重金属污染物（As、 Hg、 Cd、 Cr、 Pb、 Cu、 Ni和Zn）的累积含量,并对重金属累积的影响因素、污染水平、潜在生态风险和人体健康风险进行了分析和评估.结果表明,8种重金属污染物的累积含量存在较大的差异,ω（As）、ω（Hg）、ω（Cd）、ω（Cr）、ω（Pb）、ω（Cu）、ω（Ni）和ω（Zn）的平均值分别为8.92、 0.25、 0.10、 31.56、 14.81、 21.27、 23.69和62.75 mg·kg^-1, As和Hg的含量平均值分别达到了土壤背景值的1.26和5.21倍;相关性分析表明,8种重金属含量均与土壤有机质含量呈现较强正相关,除Hg之外均与土壤pH值呈现正相关,除As外与磷含量呈现正相关.内梅罗综合指数以及潜在生态风险指数的分析结果表明,除Hg之外的其他7种重金属的污染水平及生态风险较低,受Hg污染的影响,生物滞留设施重金属综合污染水平以及生态风险较高,Hg对土壤环境存在一定的潜在威胁.4类设施重金属非致癌风险在可接受...     

防渗型生物滞留中试系统降雨径流水质与三维荧光特征

构建了两套防渗型生物滞留中试系统,在2017年3~4月期间,跟踪监测了系统在低温小强度降雨条件下的径流水质特点,并同步分析了降雨径流的三维荧光光谱特征.系统降雨径流水质监测结果表明,经系统净化后,出水污染物浓度波动较小,对NH_4~+-N和TP均有相对稳定的去除效率,可分别达到78.38%~95.03%和72.04%~76.04%.荧光光谱特征分析表明,生物滞留系统出水中的主要溶解性有机物(dissolved organic matters,DOMs)为蛋白类物质和类腐殖质物质,主要来自生物或水生细菌代谢物;系统对于Ⅰ区、Ⅱ区蛋白类荧光有机物和类富里酸具有较好的去除效果,去除率可分别达到57.33%~61.30%、29.82%~31.28%和35.55%~43.16%.径流水质与DOMs相关性分析表明,系统径流出水中的TN、TP和TOC均与芳香类蛋白质含量呈显著正相关关系,而NO_3~--N和NH_4~+-N与芳香类蛋白质含量呈显著负相关关系;TN浓度均与Ⅳ区DOMs(微生物代谢产物)和V区DOMs(类胡敏酸)呈显著负相关关系.     

生物滞留设施净化城市面源污染研究进展

生物滞留设施是城市面源污染控制的有效措施之一。综合分析了生物滞留设施的结构、水文效应、污染物的去除机理及其影响因素。生物滞留设施能有效控制雨水径流量,削减径流峰值,降低径流中总悬浮固体(TSS)、颗粒物、重金属、有机污染物和致病菌等浓度,但对硝酸盐氮($NO^{-}_{3}$-N)和溶解态磷(DP)的去除不稳定。生物滞留设施主要通过沉淀、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和生物降解等作用去除污染物。影响污染物去除及径流量削减的因素包括植物种类、填料组成、深度与渗透系数、碳源。较长的雨前干燥期会导致$NO^{-}_{3}$-N浓度增加,厌氧区的设置可以降低$NO^{-}_{3}$-N浓度。生物滞留设施结构设计和运行维护还有待进一步研究和优化。     

生物滞留设施研究进展

通过分析近年来生物滞留设施在土壤介质、气候与热冲击、生物多样性、生命周期成本等方面的研究内容得到,优化土壤介质可提高系统的处理性能。增加模型的兼容性与输入端控制可提高模型预测的准确性。小规模设施耐热冲击性能较好。生物滞留设施相比草坪、花园有更丰富的生物多样性,利用植物根系与生物多样性增强设施的性能还有待研究。通过主动性控制指导、加强施工段控制可降低设施的周期成本,成本模型预测的准确性还需加强基础资料的收集与资源的共享。     

生物滞留系统处理水产养殖尾水的效能和机制

为探究生物滞留系统(bioretention system,BS)对水产养殖尾水的处理效能,设计并构建倒置(inverted bioretention system,IBS)和正置(control bioretention system,CBS)2组生物滞留系统,在不同进水条件下比较了2种BS构建方式的运行效能,通过胞外聚合物(EPS)、三维荧光光谱和电子传递活性(ETSA)等方法阐述了不同构建方式下BS的脱氮机制。结果表明：在不同进水条件下IBS的处理效能优于CBS,当运行间隔周期为1 d时,IBS的TN和NO₃⁻-N去除率分别达到71.79%~82.00%和68.70%~85.84%,平均去除率比CBS分别高出10.65%和15.89%。CBS和IBS的TN和NO₃⁻-N去除率随进水负荷的增加呈先升高后稳定的趋势,TP波动最小,去除率均稳定在97.04%~99.22%。构建方式对EPS的组分无明显影响,但对EPS含量和ETSA影响显著。IBS的构建方式可促进微生物分泌更多的EPS,其中EPS的多糖(PS)和蛋白质(PN)含量分别比CBS高出66.89 ug·g⁻¹和603.24 ug·g⁻¹,并且IBS的酪氨酸、色氨酸和微生物代谢产物明显高于CBS;此外,与CBS的ETSA为(0.47±0.07) ug·(g·min)⁻¹,相比IBS提高了0.35 ug·(g·min)⁻¹。以上研究结果为应用生物滞留系统技术处理养殖尾水提供参考。     

生物滞留系统植物筛选与综合评价

为科学筛选出生物滞留系统中能有效去除多种污染物的最佳植物,选取10种重庆市本土植物构建雨水生物滞留系统,以控制山地城市道路雨水径流污染; 并采用反向传播动态神经网络(BP-DNN)技术构建了基于多目标污染物的综合评价模型,对所有生物滞留系统进行应用评价。结果表明：植物可有效去除有机物和营养物等多种污染物,但存在差异性; 植被种类对COD的去除影响显著,其中,风车草去除效能最佳,而千屈菜最差; 植物的栽种可有效提高系统对NH₄⁺-N的去除率,但差异性并不显著,同时,部分植物能在一定程度上提高系统对NO₃^--N的去除,但不稳定; 植物的栽种能有效提高系统的除氮性能,选用风车草时系统除氮性能最佳,TN去除率可达64.30%~86.82%,而植物的栽种对TSS和TP的去除无显著影响。在综合评价的10种植物中,风车草和美人蕉为生物滞留系统的最佳植物。