渗滤作用在雨水资源化中的应用研究进展

李 晨，徐云兰，钟登杰，苏定江

(1.重庆理工大学 化学化工学院， 重庆 400054； 2.重庆市海绵城市建设工程技术研究中心， 重庆 400020)

随着经济的发展和人民生活水平的提高，水资源紧张的问题日益明显。随着城市化进程的加快，不透水路面的增加，使得雨水径流量大大增加[1]，而城市径流雨水是非点源污染的主要来源，具有空间分布的随机性、污染物来源广、成分复杂等特征[2-3]。在水资源日益紧张的今天，雨水作为丰富的水资源储备，经过简单的处理后即可直接利用，因此，雨水的资源化利用已成为各国的研究热点。

在国外，雨水资源化技术已经研究得很成熟，如英国提出了可持续排水系统(sustainable urban drainage systems，简称SUDS)[4]，包括渗滤式沉淀槽和洼沟、渗滤式排水沟和渗透性路面、渗入装置和水洼与池塘4种径流雨水处理措施；德国通过建造大量雨水渗滤设施，并通过截污挂篮、渗滤、渗透设施处理径流雨水[5]；澳大利亚提出了水敏感性城市设计(water sensitive urban design,WSUD)，雨水资源化的主要方法有雨水收集器、垃圾渗滤器、渗滤系统、生物滞留系统[6]；美国研究出最佳管理措施(best management practices,BMP)和低影响开发技术(low impact development，LID)等[7]径流雨水处理系统，其中LID技术最为典型，它强调从源头控制径流雨水中的颗粒污染物，主要包括渗透作用、径流渗滤作用、渗滤作用、低影响景观等[8]。该技术在西方国家得到了普遍的认可，如在澳大利亚、德国、欧洲等一些发达国家相继得到应用和发展[9-10]。在国内，雨水径流处理技术尚处于研究初期，LID处于起步探索阶段，尚未形成完善的理论和技术体系[11]。综合以上发达国家的雨水处理技术，发现其无一例外地用到渗滤作用，通过渗滤可以有效地拦截径流雨水中的颗粒物，从而达到雨水资源化的目的。

渗滤作用作为一种传统的水处理方式，主要与混凝、沉淀等联合使用，应用于工业废水、生活污水的处理，处理的废水污染程度高、色度深、浊度大。虽然雨水径流水质的污染程度低、色度浅、浊度小，但由于渗滤占地空间小，操作简单高效，运营维护成本相对较低，可以根据雨水径流的水质和流量特征等对滤料相关参数进行优化，并可与生态环境巧妙结合，特别适用于广大城市区域尤其是建成区域、建筑物密度较大区域的雨水径流污染控制[1,12]。因此，渗滤作用在该领域起着举足轻重的作用，遗憾的是，关于渗滤作用在雨水资源化利用方面的归纳总结尚未见报道[13]。

鉴于此，笔者对国内外雨水径流处理技术开展了广泛的调研，分析了雨水径流中污染物的种类和来源；总结了雨水资源化研究现状，分析了绿色屋顶、渗透性路面、生物滞留池这3种工程措施的影响因素，探寻了这3种工程措施对雨水径流污染物的消减变化规律；最后展望了雨水径流渗滤作用在未来城市发展中的应用前景。

1 雨水污染物来源与水质特性分析

雨水径流的主要污染物有悬浮固体(SS)、氮(N)、磷(P)、有机物(COD)、重金属(Cu、Fe)和多环芳烃(PAHs)[14]。雨水径流中的颗粒物是各类污染物的主要载体，在径流雨水中起着前期吸附污染物、中期输送污染物和后期沉降释放污染物的作用。同时，颗粒物自身又是影响水体透明度、浊度的重要水质指标，其主要来源于建筑物屋面、路面、大气中的细小尘埃和污染物在雨水淋洗和自然降落作用下的迁移[15]。因此，对径流雨水中的颗粒物和雨水水质展开详细的研究，对雨水资源化利用至关重要。

国外许多研究者对雨水水质进行了研究，Sansalone等[16]的研究表明，初期雨水径流中的污染物占雨水径流污染物总量的80%。有研究表明，雨污合流排水系统的径流污染也是雨水污染的一个重要来源。Opher等[17]通过对美国城市水体的研究发现，城市水体污染中有30%来自路面雨水径流。Gromaire-Mertz等[18]对巴黎市中心4个屋面(2瓦、1石板和1锌板)、3个庭院和6个街道取样点的16场降雨数据进行分析，庭院和道路径流中SS的值大大超出了欧共体水处理厂的排放标准,特别是初期雨水,污染浓度更是远远超标。Beasley等[19]总结了来自城市不同区域的地表径流中几种主要重金属污染物的浓度(见表1)，发现污染特征与区域(雨水流过不同建筑物材料)紧密相关。Gromaire等[20]分别对法国巴黎市不同地表(屋面、庭院和街道)径流、生活污水以及排水系统出水口进行水量、水质测定,测定的31场雨沉积物对污染的贡献平均值对SS、VSS、COD和BOD分别为64%、63%、51%和54%。测定结果表明,在雨水径流输送过程中，排水系统沉积物是径流中悬浮颗粒物(SS)、挥发性固体(VSS)和颗粒态COD和BOD的主要来源,可生物降解。Brodie等[21]监测了澳大利亚Toowoomba市的35场雨水不同地表(屋面、停车场、不透水路面)径流中粒径小于500 μm的颗粒物，发现其平均浓度和平均负荷按递增顺序排列为屋面(8.5 mg/L,115 mg/m2)<停车场(39 mg/L,450 mg/m2)<道路(190 mg/L,2 070 mg/m2)。Li Yingxia等[22]对美国西部洛杉矶道路径流水质进行了监测，7场道路雨水径流数据显示颗粒粒径分布在2～1 000 μm，其中90%的颗粒粒径小于10 μm，大部分的颗粒粒径小于30 μm。

表1 城市各个区域地表径流中主要污染物的浓度(μg·L-1)

综合以上雨水污染来源和雨水水质分析发现，雨水径流在污染物积聚、冲刷、输送过程中都存在不同程度的污染，雨水径流污染已经成为亟待解决的问题。不同国家、不同地区的雨水径流水质污染程度不同，污染物种类和浓度也不相同，而且随着季节的变换和降雨量不同，污染也不同，但主要污染物是COD、BOD、TN、TP、SS和一些重金属(Cu、Pb、Zn)。对于这些污染物，采用渗滤作用，通过截留去除颗粒污染物，通过吸附作用去除溶解性的污染物，从而达到雨水径流资源化的目的。

2 渗滤作用在绿色屋顶工程中的应用

绿色屋顶径流处理措施是指在各种建筑物屋顶、天台、楼顶等露天平面上铺装绿色植物。一般分为两种：密集型(以供人欣赏和使用为目的，不是低影响开发的一种措施)和粗放型(以生态环境功能为主，目的是对雨洪径流进行控制、截留和净化)，后者是西方国家广泛运用的一种低影响开发工程措施，也是本文主要的讨论对象。绿色屋顶工程措施的标准结构大致相同，一般由绿色植物层、土壤层(培养绿色植物基质层)、渗滤层和排水层构成[25]，必要时增加防水层和防护层。影响绿色屋顶径流峰流量消减率和污染物去除率的因素很多，除了天气和气候条件等客观因素外，其本身的结构性质与设计也是非常重要的因素。Bengtsson等[26]的研究表明，绿色屋顶雨水蓄存效果受基质层厚度、雨前干燥天数、降雨强度以及坡度等因素的影响。其中植物的选择和渗滤层的构造是关键,而起主要渗滤作用的是基质层和渗滤层，因此对绿色植物的选择和对基质层、渗滤层的优化研究是决定绿色屋顶工程措施效果的关键[27]。

2.1 植物的选择

绿色植物是绿色屋顶最上面的一层，与雨水直接接触，在滞留雨水的同时又能吸收雨水中的营养物质，因此国外很多学者对绿色植物进行了大量的研究。Clark[28]通过研究发现，高大植物拦截降雨的能力比低矮的植物或者草坪强。此外，植物的根系结构也会影响基质的持水能力。Berndtsson等[29]研究发现，屋顶径流雨水中的硝酸盐氮主要被苔藓植物吸收和土壤渗滤保留，因此，维护和保养好绿色植物可以保持绿色屋面的净化效果，并发现绿色屋顶为污染物质尤其是溶解性营养盐的释放源。Vanuytrecht等[30]的研究发现，草本植物比景天科植物的截留能力更强。Nagase等[31]的研究也显示景天科植物的截留能力最差。

综合以上文献可知，绿色植物一般选择耐阳、耐旱、易于生长、具有良好适应性、根系不发达并具有一定观赏价值的植物种类，如八宝景天、垂盆草、佛甲草、紫花地丁等。

2.2 植物基质层

Abad等[32]发现，棕土基质的物理性质主要取决于粒径<1 mm的颗粒物，尤其是0.125～1 mm范围的颗粒物。Beck等[33]对植物基质层加入7%的生物炭，发现其截流能力增加，雨洪峰流量延缓。Graceson等[34]发现在植物基质层中加入粗和细颗粒状的碎砖屑后，其截留能力和蓄水能力都增强。另有诸多研究发现，在基质层土壤中掺加细小颗粒物的蓄水和净水能力要强于粗颗粒物，且无论是无机材料还是有机材料的颗粒物对绿色屋顶的截留能力都有影响[27,34-36]。Vijayaraghavan[37]搭建了不同基质和排水层的绿色屋顶，发现径流中的污染物浓度随降雨时间的延长而降低，且主要取决于基质的性质和降雨量。Mentens等[38]的研究证实绿色屋顶基质层能有效地减少径流量,如果一个城市50%的屋顶得到绿化，基质层厚5 cm，吸水率为50%，那么径流量将减少12.5%。

综上所述，基质层可以认为是渗滤中的填料层，但又不同于传统的渗滤填料，它既可以为植物的生长提供养料，又可以去除径流中的污染物。在基质层中掺杂沙子、沸石、碎屑等填料可以增加其渗滤性能。基质层的厚度越厚，吸附容量越大，对洪峰的滞留能力越强，在一定的厚度范围内适当调整基质层填料的配比可以大大提高绿色屋顶的渗滤性能。

2.3 渗滤层

绿色屋顶渗滤层可渗滤掉雨水中的小颗粒物，防止基质层泥沙等被雨水冲走堵塞排水管和排水系统。其种类可根据具体施工环境而定，一般采用屋顶绿化专用的渗滤土工织布，既透水又能起到渗滤作用，且非常耐用。

渗滤层材料的选择是绿色屋顶渗滤排水的关键，常用的有砂砾、砾石、陶粒、熔岩、浮石等天然材料。此外，研究者还研究了材料的改性，如严飞[39]使用土工合成材料作渗滤层，发现可保证改良土中细微颗粒在雨水下渗过程中不流失。采用排水板可以将下渗的雨水快速地以平面排水方式排除，保证雨水转输的效果。防水层保证过量雨水不对结构层造成侵害，保证绿色屋顶的安全。因此，土工合成材料通过滤、渗、防等措施，保证雨水径流总量的控制效果。Pérez等[40]使用橡胶屑代替商业用的多空石材作为排水层材料，降低了能耗。

在绿色屋顶的设计中，渗滤层和植物基质层密不可分，是一个有机整体，有报道把这2层直接归为1个结构，渗滤层的渗透性直接影响种植层排泄雨洪的时间。有研究认为渗滤层也可包括蓄排水层，蓄排系统的正常构造、绿化设计与施工建设非常重要。因此，绿色屋顶的渗滤作用在每一个结构中都有体现，只有把握整体才能充分发挥它的作用。

2.4 其他影响因素

绿色屋顶的坡度、季节(降水量)以及降水强度都会直接或间接影响渗滤的效果。目前，坡度对渗滤效果的影响尚未见定论。Getter等[35]研究发现坡度对截留能力影响很大，坡度越小，截留能力越强。Vanwoert等[41]研究了坡度和培养基质厚度对绿色屋顶滞留效果的影响，发现较缓的坡度和较厚的基质更有利于雨水的蓄存。综上所述，绿色屋顶坡度可直接影响渗滤作用的效果，坡度较小时调蓄效果较好，较大时排水效果较好。在工程应用中，设计坡度一般小于15 °。周赛军等[42]研究发现，季节的变化可以影响绿色屋顶的滞留和渗滤效果，相同的植物和基质层，夏天可滞留70%～90%的径流，冬季则只可滞留25%～40%的径流。Dunnett等[43]通过对比试验发现多植物组合种植、增加绿色植物的覆盖率都会影响绿色屋顶的整体渗滤效果。绿色屋顶完成安装之后，适当的维护措施不仅可以延长其寿命，而且可使其渗滤效果处于最佳状态。Harper等[44]研究发现，基质的类型和绿色屋顶的运行时间是影响水质的重要因素，运行9个月后，TN和TP从60、30 mg/L下降到10、5 mg/L。

综合发现，坡度是影响渗滤效果的一个重要因素，但对坡度的研究尚待深入。笔者认为可以综合考虑坡度和基质层的厚度对渗滤效果的影响，通过不同的厚度和适当的倾斜坡度结合达到最优滞留和渗滤效果。坡度的设计可以根据各地区年降雨量的强弱而定，年降雨量较大的地区坡度可较小，年降雨量较小的地区坡度可较大，以此达到较好的滞留效果。

2.5 污染物的去除

绿色植被在吸收降雨的同时，还可以通过植物吸收、转化和渗滤等作用降低径流中的污染物浓度，其中去除效果最好的污染物是N，对其他污染物去除的研究尚少。雨水径流中的污染物大多以颗粒物的形态存在，因此去除颗粒态污染物有重要意义[63]。

Carpenter等[45]研究发现，绿色屋顶可以拦截颗粒物，当降雨强度减小时，悬浮颗粒浓度(TSS)会降低。Gnecco等[46]监测发现，绿色屋顶可以去除雨水径流中的颗粒污染物，金属离子浓度低于普通屋顶。Berndtsson等[47]研究发现，绿色屋顶可以降低雨水中的TN浓度，但是对TP不但不能使其降低，反而有所增大。Moran等[48]研究发现，绿色屋顶贡献了高浓度的TP，这是给绿色植物施加的磷肥所致。Dietz等[49]调查研究了2种绿色屋顶设施，发现TP在降雨初期增加的浓度远远大于后期。有研究表明，绿色屋顶在运行一段时间之后，雨水径流中N、P的浓度会迅速降低。综合上述研究，可以得出TP增大是磷肥和介质中磷的释放(尤其是溶解性盐的释放)导致的。污染物的滞留和释放很大程度上取决于介质的性质以及降雨量，因此，要仔细考虑介质的选择[50]。

国内这方面的研究不多，王彪等[51]研究发现，颗粒物的分布与流量密切相关，小的颗粒物随着降雨时间的延长逐步增多至稳定，且径流初期的TP和TN浓度与TSS密切相关。周赛军等[42]设计的蓄水绿色屋顶结构对雨水径流中的TSS、COD和TN具有明显的去除效果，去除率分别为(80%～90%)、(50%～70%)和(50%～70%)，只有当进水TP大于0.1 mg/L时，对TP才有去除效果，去除率在40%～70%。

综上所述，绿色屋顶可以减少径流量，延长洪峰时间，在一定程度上对雨洪资源进行调控，主要以拦截颗粒物的物理作用和植物的吸收作用去除污染物。但是植物的吸收作用具有不稳定性，有时还可能由于施肥对径流雨水贡献部分N、P等污染物。

3 渗滤作用在渗透性路面工程中的应用

渗透性路面结构一般分为3层：面层、基层和垫层。每层均具有较大的孔隙率，雨水径流可以通过面层下渗。目前国内外对渗透性路面的设计方法、峰流量消减、涵养地下水等性能方面的研究已经比较深入，但关于其对颗粒污染物的去除方面的研究较少[52-53]。根据雨水的渗透形式可以将其分为缝隙渗透和自透水渗透。目前，渗透性路面铺设材料有水泥孔砖、塑料网格砖、透水混凝土和透水沥青，其中为了增强水泥孔砖和塑料网格砖的渗透能力、减缓径流流速和美化环境等，一般在空格空隙处填装砂石或种植绿色植物。为了使孔砖能更好地发挥净化雨水的功能，植物需要承受周期性的雨涝及长时间的干旱，像结缕草、野牛才等比较适合。透水性路面的渗透性能与铺面材料密切相关，但其对地表径流的净化作用还与地基有关。

3.1 铺面材料

面层铺装一般分为透水性混凝土路面和透水砖路面。铺面材料可以根据不同的需要来选择，许多研究者通过材料改性和结构优化来提高渗透性路面的性能。

Asaeda 等[54]通过大量研究得出透水性路面的填料适宜采用石灰岩破碎的石粉、石灰和粉煤灰。日本一般使用粒径为13或20 mm的石灰岩矿粉，也可以用水泥代替。粉煤灰在我国产量很大，是适合我国透水性路面的一种添加剂。其内部存在大量的Al、Si等活性点，具有多孔结构和比表面积大的特点，可以通过静电吸附和离子结合的方式除去雨水地表径流中的重金属污染。Berlineanu等[55]研究出新型生态环保透水砂浆，可以作为多种透水性路面材料的辅助和补充，其以干燥的石英砂为骨料和德国Degussa公司的Polyoil10为粘合剂制成，以及透水性路面的机械性能和渗透性能，增强了透水性路面的渗滤作用。水泥浆、石英砂及组成材料的性质是影响透水混凝土工作性能的主要因素，加入石英砂可以有效地提高其机械强度和地表径流的流动性。Flyhammar等[56]研究设计了改性沥青透水性路面，大大提高了透水性路面的强度和渗滤作用。铺面材料的配比和优化可以去除不同目的污染物，砾石、石英砂、沸石和卵石都是渗透性路面常用的材料。Park等[57]在碎石中掺杂粒径为5 mm的沸石颗粒，通过监测发现对TN、TP的去除率可提高23.5%，沸石和砾石不同配比的透水性路面可以去除径流中的氨氮。因此，沸石可作为透水性路面的优选材料。Suman等[58]发现将纳米材料应用到透水性路面可有效地去除地表径流中的重金属和多环芳烃等，并研究了改性纳米卵石材料，其对25 mg/L的Pb、Cr溶液的去除率分别为99.48%和98.30%。但是纳米卵石作为透水性路面的基层材料的实际应用尚少，是今后研究发展的一个方向。

因此，铺面材料的选择不仅是渗滤材料简单的配比和掺杂，还需要掺杂粘合剂，有时根据环境要求需要提高机械强度，此时可以掺杂机械强度较好的矿粉、粉煤灰等。

3.2 污染物的去除

渗透性路面的面层和基层都有去除污染物的功能，目前，这方面的研究主要是针对TSS、TN、TP以及重金属Cu、Pb、Zn等污染物。

Derek等[59]对4个不同渗透性的停车场进行了研究。研究结果表明，对于悬浮物的移除，多孔性混凝土路面的效能高于水泥沥青路面。Rushton[60]通过监测发现，渗透性路面可以削减50%的径流，同时对TSS、TN、TP以及重金属Cu、Pb、Zn的消减率均高于75%。Dreelin等[61]研究发现，渗透性路面可大大提高初期雨水径流的滞留率(为93%)，大大降低雨洪峰流量，同时还可渗滤掉地表径流中的TSS，大大提高TP的去除率，但对TN的去除率下降。Beecham等[62]研究发现，渗透性路面可以渗滤掉94%的TSS。Drake等[63]研究发现，渗透性路面可以拦截至少80%的TSS，对TP和TN的去除率分别为9%～82%和81%～87%，对Cu和Zn的拦截率分别为50%～62%和62%～82%。Kellems等[64]研究发现，可以利用有机介质来加强对地表雨水径流的净化作用，对Cu和Zn的去除率达到95%，TSS从310 mg/L下降到62 mg/L，拦截了80%的颗粒污染物。Niu等[65]研究发现透水性路面对SS的去除率为79.8%～98.6%，对TP和COD的去除率分别为71.2%和24.1%，并发现基层厚度可以影响渗滤渗透性能。Ahiablame等[7]的研究表明，透水性路面对TSS、TN、TP的消减率分别为58%～94%、10%～78%、>75%。Cipolla等[66]研究了8个渗透性路面的透水速率，发现最大的渗透速率为137 mm/h，最小的渗透速率为123 mm/h。

综上所述，透水性路面对污染物的去除主要分为3个方面：一是减轻地表径流直接排入自然水体引起的有毒物质累积；二是通过基层和土壤这2个渗滤结构将颗粒污染物截留；三是透水性路面本身所具有的生态系统的吸收和净化降低污染物的浓度。

3.3 阻塞及其恢复性能

渗透性路面目前存在的主要问题是运行一段时间后容易发生堵塞，根据堵塞的过程不同可以分为3种：一是路面沉积物缓慢堵塞；二是渐进堵塞；三是暴雨冲刷地面后大量地面沉积物快速堵塞。Yong等[67]的研究表明，渗透性路面设计的关键问题是如何保证透水砖在使用过程中不堵塞。渗透性路面堵塞问题需要相关的技术支持和铺设方法设计，国内外很多研究者做了大量实验，以考察影响堵塞的因素。

Knowles等[68]的研究表明，透水砖的渗滤孔越小越容易堵塞，这与径流中颗粒物粒度分布有关。Haselbach[69]提出在设计时采用一种渗透率随着深度增加而增大的透水介质来增强雨水渗透能力，以此来保持渗透性路面的渗透性能。Tan等[14]提出通过径流中颗粒物的粒度分布来确定渗透性路面的堵塞情况，结合实验室结果与实际构建经验模型。Wanielista等[70]的研究表明，如果渗透性路面的基层土壤设计恰当，渗透性材料的铺设则可以适应较高的径流负荷。渗透性路面的透水性能与渗透系统和材料的孔隙率有关，Henderson等[71]研究了同一个透水性路面5个监测点的透水系数，结果差异很大，说明堵塞具有区域分布不均匀性。Bean等[72]的研究表明，不论使用什么类型、材料的渗透性路面，都需要定期清扫和维护去除渗透性材料表面的颗粒污染物，否则会大大降低渗透性路面的渗透效果和对污染物的去除能力。Boving等[73]研究发现，透水性路面大部分污染物都截留在介质表层几厘米范围内，Su等[74]也得出相同的结论。季节的交替也会对渗透性路面的渗透性能产生影响，长期的干旱会在地面积累大量的颗粒物，容易堵塞空隙，旱涝交替又容易使地面的颗粒物板结、堆积，难以清除。因此，透水性路面渗滤效能的丧失主要是由于表层堵塞而不是整个透水路面结构容量的饱和。由于颗粒物堵塞而导致的渗透性下降可以通过日常的维护和管理来解决，在渗透性路面使用过程中，定期清扫、真空抽吸、高压水冲洗可以延长它的使用周期。

渗透性路面的阻塞问题仍然是影响其广泛应用的重要热点问题，目前大部分研究还停留在实验室研究，要应用到工程措施中还有很多不确定因素，仅有少部分研究已建成的工程措施堵塞规律，但对堵塞的原因和恢复措施得出的结论尚不统一，缺乏深入的研究。

4 渗滤作用在生物滞留池工程中的应用

生物滞留池包括雨水花园、下凹式绿地、雨水湿地和植被浅沟等，它可用于城市道路、停车场、庭院和各类建筑小区等诸多场所。它在滞留和净化雨水的同时还能美化环境，是一项非常适用的分散式生态型雨水控制与利用技术。生物滞留池一般由含水层、种植植物层、土壤层、多孔介质层(填料层)和底部砾石层(排水层)组成[75]，其中起到渗滤作用的主要是土壤层和填料层，植被层以及植物根系主要起到吸收、转移和降解作用。

4.1 植被层

植被层主要是吸收径流中N、P等营养物质，不同植物对污染物的吸收去除效果不同。研究发现，柏油树、苔草对TN、TP的吸收率可以达90%以上，但是稳定性较差，而草原禾木和三叶草对有机物具有良好的吸收效果[76-77]。Srivastava等[78]发现，狗牙草是脱氮效能较好的功能植物。Payne[79]发现，麦卢卡树、苔草、水牛草和灯芯草等对TN的去除效果比较好; Zhang等[80]发现，荠菜型油菜对TN的吸收效果较好。Read等[81]发现，植物的种植有利于雨水中TN、TP的吸收，但其去除效果与植物种类和种植密度有关。Bratieres[77]研究发现，苔属植物和白千层属乔灌木对TP的吸收效果好，吸收率达85%。

综上所述，选择植物应充分考虑耐水、耐旱特性、根系发达的本地植物，可以选择多种植物混合种植，从而增加植被层的渗滤作用，减缓径流，增加渗透性，维系生物量的稳定，延长设施寿命，减少管理成本，最终提高生物滞留池的运行效果。

4.2 填料层

填料层可以通过吸收和拦截去除颗粒物和污染物，其性能直接影响生物滞留池的渗滤性能，从而影响它的整体运行效果，因此，填料层的设计至关重要。Sean等[82]用5%的混凝铝污泥、3%的碎梗木树皮、71%的砂土和22%的砂混合作为生物滞留池的填料层，结果表明，出水中TP浓度小于25 μg· L-1，最大质量浓度为70 μg· L-1，去除率达81%。Debusk等[83]以88%的砂、8%的碎屑和4%的有机质为填料，填料深度为180 cm，监测发现生物滞留池可以降低洪峰流量99%，减少径流量97%。Carpenter[84]重点研究了填料的厚度对净水效果的影响，发现填料厚度为1.2 m的出水达标率为80%，而厚度为0.4～0.5 m的出水达标率仅为40%。Hsieh等[85]设计的双层填料生物滞留池在原来的低透水性填料层上覆盖一层高透水性的填料，TP的去除率高达85%，原因是上层透水性高，降低了因截留颗粒污染物而堵塞的风险。王建军等[86]通过对填料层的优化，使用30%的土壤、65%的黄砂和5%的木屑作填料，运行7个月，发现优化后的生物滞留池吸附能力增大4倍。Erickson等[87]在填料中添加2%钢丝，发现仅2.5 min TP的去除率达到81%，但是出水中Fe的含量增多。

综上所述，填料对生物滞留池的净化效果有重要影响，因此，其优化组合如介质类型、填装方式、介质中添加物的比例和粒径级配等成为该领域的研究热点。含砂介质价廉又有良好的渗滤性能，具有很强的污染物去除能力，几乎所有生物滞留池都离不开它，因此得到了广泛的使用。针对雨水径流的污染状况，很多时候需要采用多种填料优化组合，才能达到理想的净化效果。

4.3 污染物的去除

诸多关于生物滞留池对径流量的消减率和对污染物的去除率研究如表2所示。生物滞留池可以降低洪峰流量，对TSS、TN和TP等都有较强的去除率，但对TN、TP的去除具有不稳定性，有时会出现负值，这主要是施肥和介质的氮磷释放所致。生物滞留池对重金属的去除研究主要是Cu、Pb、Zn，不同的生物滞留池因为设计、构造、植物和填料的不同，对重金属的去除效果也不同。

生物滞留池主要通过植物的吸收、土壤的吸附、填料层的渗滤等作用去除溶解性污染物质及固体颗粒，达到雨水净化的效果。净化后的雨水渗透补充地下水或通过在系统底部设置穿孔收集管输送到市政系统或后续处理设施。

表2 生物滞留池的径流消减率和污染物去除率 %

5 结束语

绿色屋顶、渗透性路面、生物滞留池是雨水径流资源源头调控的主要工程措施。而在这些工程措施中，渗滤作用始终贯穿其中，通过植物的吸收、截留和利用、填料的拦截和吸附作用达到对径流流量的削减和对污染物的去除，因而被发达国家广泛应用，对我国已经污染的生态环境的保护和修复、缓解我国水资源的供需矛盾和我国正在大规模实施的海绵城市建设具有非常实用的指导和借鉴意义。

针对雨水径流水质情况构建合适的雨水资源化系统，目前在我国还处在研究起步阶段，主要存在以下问题：① 径流水质的研究需要长期的监测数据及实地性能研究，耗时耗力；② 我国区域跨度大，自然条件差别大，不同地区污染物和污染程度均不同，需要对去除目的污染物的介质层进行试验研究，确定雨水资源化的最佳介质；③ 源头与末端处理有效结合，源头处理后经过传送管道到达末端集中处理，整个短流程系统密不可分、相辅相成、互为一体；④ 要考虑城市的可持续发展和水资源的可持续利用。

随着我国对雨水径流资源化研究的不断深入，未来将因地制宜引进新材料、新方法、新工艺，积极引进国外先进技术。雨水径流资源化技术对解决水资源紧张问题具有重要意义。

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