生物滞留池去除雨水径流中氮磷的现状分析

徐雪婧，王 欣

(1.中国电建集团江西省电力设计院有限公司，南昌 330031；2.中国电建集团江西省电力设计院有限公司，南昌 330031)

引言

近年来，城市化的迅速发展导致不透水路面的增多，从而带来一系列的水环境问题。在城市面对强降雨天气时，雨水无法及时排出造成城市内涝，城市地表也因雨水所带的污染物所污染，周龙[1]指出城市地表的污染仅次于农业污染的第二大面源污染。为了号召国家可持续发展的战略，越来越多的雨水处理措施应用在实际中。生物滞留池作为一个典型的雨水处理措施，对雨水径流水质方面具有良好的处理效果。本文就生物滞留池的组成及功能进行简单的介绍，分析了生物滞留池强化去除氮磷的途径，并对生物滞留技术提出展望。

1 生物滞留池简介

生物滞留池是指利用植物、微生物以及土壤之间的关系来处理雨水中的污染物，包括沉淀、过滤、还原、微生物作用等，是集物理、化学、生物为一体的过程[2]。生物滞留池包括蓄水层、植被层、填料层以及排水层，如图1[3]。

图1 生物滞留池构造示意图

1.1 蓄水层

蓄水层作为生物滞留池的首层结构，主要的作用是储存并且预先处理要流入的雨水[4]，给雨水提供暂时滞留的空间，并且对于整个结构起到一个缓冲的作用。

1.2 植被层

植被层作为生物滞留池结构的第二层，对蓄水截污有一定的影响，一方面可以拦截在雨水冲刷下的颗粒，并且防止土壤被冲刷造成水土流失，另一方面，植被层可以减缓形成雨水径流的速度，有一定蓄水能力。在选择植物种类的时候，应考虑选用根系发达稳固、耐涝耐旱的植物，有学者提出八宝景天和鸢尾[5]对生物滞留池出水效果较好且应用广泛。

1.3 填料层

填料层作为生物滞留池中最为重要的一层，它不仅能作为植物的载体，还具有一定的吸附截留作用。常见的填料类型有沸石、蛭石、珍珠岩等[6]，许航等[6]通过对这几种常见的填料进行吸附效果研究，试验结果表明蛭石和沸石对氨氮、总氮、总磷等的吸附效果较好。王玉冰等[7]用沸石作为填料来探讨除污效果，研究表明沸石对TP的去除率较低，可能的原因是填料对TP的吸附性较差，另一方面也可能是因为填料本身有P析出，甚至去除率出现负值。

1.4 排水层

排水层起到临时储存水的作用，在生物滞留池的底部设立穿孔管接雨水灌渠[8]，能为雨水提供储蓄空间，并作为最后一道过滤工序，设置排水管直径为50 mmm-100 mm，最后雨水排入水管后再进行循环利用。

2 生物滞留池强化去除氨氮途径

传统的生物滞留池对氨氮去除效果有一定的限制，有学者提出通过对生物滞留池进行改良，来提高对氮磷的去除效果。至今研究的改良技术，需要结合经济及技术两方面来看。在适应当地土壤的前提下，再考虑其改良技术的建设成本，因此改良技术需要结合改良材料以及施工技术。目前，常见的改良手段包括改变填料配比、添加生物炭、内部结构的优化等[9]。

2.1 改变填料配比

为了提高生物滞留池对雨水径流的净化效果，填料的单一性往往不能满足研究学者对好的效果的追求，在此基础上，愈来愈多的研究重点放在几种不同配比填料上。李大超等[10]考察火山岩、沸石、草炭土以及凹凸棒粉末这四种填料不同配比对氨氮和COD的去除效果，结果表明沸石能在一定的程度上去除氨氮，草炭土的去除效果明显。填料对污染物的去除主要是以离子交换和吸附为主，有学者[11]提出沸石去除氨氮的原理是溶液与沸石表面形成的氨氮浓度差，造成氨氮向沸石迁移，从而达到去除氨氮的效果。万哲希等[12]使用发酵木屑作为基质的有机成分，实验结果表明对径流中的总氮、总磷等污染物具有较好的去除效果，其中对总氮的平均去除率能达到37.8%。雷晓玲等[13]选取蛭石、火山石、沸石这三种除氮性能较好的填料按照不同的体积比混合，实验结果表明在于土壤混合时，蛭石为35%、沸石为35%和火山岩为20%时的配比为最佳配比，对氨氮的去除率可高达95%左右。

2.2 添加生物炭

相关的研究表明，生物炭可以用于土壤中，可以帮助土壤保持水分并且去除污染物[14]。在生物滞留池中添加生物炭的技术措施研究较少，这项技术作为一种改良技术也逐步地应用于海绵城市生物滞留池中。汤逸帆等[15]就添加生物炭进行对照实验，试验表明添加生物炭后的土壤填料对净化雨水径流的效果有大幅度的提高，这也初步判定了生物炭作为土壤填料的可行性。饶凯[16]采用生物炭作为改良填料应用于生物滞留池中，试验表明生物炭占比的因素影响显著，对填料蓄水性能的影响可以用下式表示：生物炭占比>土壤占比≈生物炭种类。生物炭作为土壤填料的可行效果得到一致的认可后，但基于经济和技术的综合性因素考虑，有学者[17]将铁改性生物炭和普通生物炭进行对比研究，试验结果表明添加普通生物炭的生物滞留池的性能较差，平均去除率不到60%，相反铁改性生物炭的生物滞留池性能较好。更有学者提出生物炭组合的强化方式来探究生物滞留池对COD、NH4+-N、TN、TP的去除效果，引入了活性炭、导线、活性炭加导线和内加催化铁这四种方式，实验结果表明添加了活性炭的实验组的吸附能力远远高于未添加的，对总氮的去除率提高了10%～20%[18]。

2.3 内部结构的优化

为了使反应更好的进行，通过改造生物滞留池的内部结构来促进反应的进行。促进硝化反应，可以改善上层填料的结构，形成好氧条件；促进反硝化反应，可在下层填料中形成好氧条件[19]。此外，生物滞留池存在介质堵塞的问题，在其长期运行的过程中，颗粒固体、杂质等在其某些介质中堵塞，从而影响渗透性能。针对这个问题，有学者指出设置预处理措施，现研究的措施包括设置前置池、截污筐、截污挂篮等[20]。而在内部结构优化这方面，除了改良填料，还可以对排水管进行改良，在传统的生物滞留池的底部会设置穿孔排水管，袁瑜蔓[21]选择在砾石层结构基础上做出改良，首先控制砾石粒不超过30 mm，在排水管圈外包裹一层透水土工布，再将PVC材质的排水管换成双壁波纹渗透管，结果表明在到达砾石层时除了少量的泥沙和水外，污染物较少，说明内部结构层优化后，对处理效果大大提升。

3 结论及展望

生物滞留池作为雨水管理的重要措施之一，提高其蓄水能力和水质净化效果是研究的重点。大部分学者从生物滞留池的基本结构去剖析，其中就包括了填料的配比及改性、基础结构的改良等等，这些措施对于生物滞留池都具有较好的指导意义。在结合国内外对生物滞留池的研究趋势，建议未来的研究重点可以从以下几个方面考虑。

(1)生物滞留池作为海绵城市重要雨水措施，应该充分发挥出“滞、蓄、渗、净”这四大功效。在进行改良填料时，应重点考虑改良填料的耐久性、是否会引起二次污染、填料的堵塞等方面；在进行内部结构优化时，要对其结构渗透过程有一个详细的研究，要凸显生物滞留池各层的优点，有效蓄水和净水。

(2)在添加生物炭的改良措施中，应该考虑生物滞留池在长期运行中，生物炭的吸附能力是否减弱，生物炭本身是否村子结块、压实等情况，这些因素往往影响生物滞留池处理雨水径流的效能。因此在今后的研究中可以加入对改良填料的使用寿命的研究。

(3)深入研究已有成果，对生物滞留池运行的关键性的因素进行探讨，在未来的生物滞留池的设计中，如何通过控制关键因素的变化来实现其蓄水能力及净化水质能力的最大化，这是生物滞留池推广运用的关键问题所在。