生物滯留池對降雨徑流控制研究

王玉冰 許吉現 姜鳳超

摘? 要：采用人工模擬雨水試驗研究生物滯留池對降雨徑流水文、水質控制效能。結果表明：生物滯留池對COD、NH4+-N和TP的平均去除率分別在24.5%～86.7%、49%～92.7%和-60%～71.6%范圍，對徑流總量控制率為 18.4%～20.4%。

關鍵詞：生物滯留池;降雨徑流;去除效能;蓄水能力

中圖分類號：X52 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）25-0080-03

Abstract： The artificial simulated rainwater test was used to study the effectiveness of the biological retention pond on rainfall runoff hydrology and water quality control. The results showed that the average removal rates of COD， NH4+-N and TP in the biological detention pool were 24.5%-86.7%， 49%-92.7% and-60%-71.6%， respectively. And the total control rate of runoff was 18.4%-20.4%.

Keywords： biological retention pool; rainfall runoff; removal efficiency; water storage capacity

隨著城市不透水面積的增加和環境污染的加劇，大量的污染物經降雨沖刷后隨雨水徑流一同匯入地表水體和城市管網中，造成水體污染，對雨污合流管道而言，還會加重污水處理廠的運行負荷。為了緩解降雨徑流水量和水質問題，近年來，“海綿城市”建設在國內大力倡導[1]。生物滯留系統是一種基于滲透理論的最佳雨水管理措施，由覆蓋層、種植土層、填料層、礫石層及穿孔排水管組成[2]。據研究表明：生物滯留池對COD的平均去除率達到60%以上，而對N、P的去除效果存在不確定性[3]。在生物滯留系統中，填料的性能是決定其運行效果的主要因素，目前大量的學者已經把研究方向轉移到對其填料的研究上。

本研究采用人工模擬雨水試驗，研究沸石填料對生物滯留池蓄水能力和除污能力的控制效能。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及裝置

所有設計參數均依據長治市降雨徑流，見表1。

本試驗裝置包括配水系統和生物滯留池主體結構兩部分，如圖1所示。

1.2 試驗過程及分析方法

于水桶中進行相應污染物濃度的人工雨水配置過程，連接提升泵和輸水管，試驗時開啟水泵，待底部排水管有穩定出流時開始計時取樣，前20min，每10min取樣一次，20～60min，每20min取樣一次，此后改為每30min取樣一次，至出流結束為止。水樣保存于200mL聚乙烯瓶內，24小時內完成污染物濃度分析，各指標分析方法均依照國家標準[4]。

2 結果與討論

2.1 生物滯留池除污能力

2.1.1 對COD的去除效能

生物滯留池對COD的去除效能如圖2所示。可見，不同試驗條件的COD去除效果隨時間變化呈現相似規律，0～120min內，COD的去除率呈逐漸減小的趨勢，A～I組實驗COD的去除率分別在37.5%～75%、66.7%～80%、66%～96.5%、66.7%～80%、22.5%～70%、29%～70%、22.5%～35%、37.5%～52.5%、80%～90%范圍。在120～150min期間，出水COD濃度逐漸穩定。A～I組實驗對COD的平均去除率分別為47.5%、71.1%、71%、38.9%、47.5%、34.5%、24.5%、35%、86.7%。在生物滯留系統中，COD的去除主要依靠填料的吸附和生物滯留池滲濾系統的截流作用，通常具有孔隙率低、密實的結構有利于COD的去除。

2.1.2 對NH4+-N的去除效能

生物滯留池對NH4+-N的去除如圖3所示。可見，不同實驗組合對NH4+-N的去除效能存在差異性。在0～60min期間，不同試驗條件的NH4+-N的去除效能隨時間逐漸變差，去除率分別在70%～89.15%、75.49%～89.90%、83.73%～97.55%、32.18%～67%、42.22%～80.85%、61.16%～82.59%、8.21%～82.10%、40.21%～61.96%、87.23%～95.53%范圍。60～120min，各組實驗對NH4+-N的去除效能逐漸增大，其中試驗D的變化幅度最劇烈，可能是因為生物滯留系統中填料對NH4+-N的吸附受外界條件的影響，導致去除率達到最低后迅速升高。A～I組實驗平均去除率分別為70.6%、80.3%、79.7%、52.7%、49%、60.1%、64.5%、56%、92.7%。對NH4+-N而言，生物滯留池對初期雨水的凈化效果優于后期降雨，可能由于生物滯留池的吸附能力有限，降雨后期，已被截留和吸附的NH4+-N被雨水沖刷出來，導致降雨后期NH4+-N去除率有所下降。

2.1.3 對TP的去除效能

生物滯留池對TP的去除效能如圖4所示。可見，0～90min內，生物滯留池對TP的去除效果較穩定，A～I組TP的去除率分別在1.1%～64.3%、31.2%～40.5%、74.2%～80.2%、3.4%～29.9%、-69.3%～-45.5%、59.98%～75.53%、53.0%～60.8%、-24.3%～-16.4%、11.37%～29.89%范圍。90～150min內，TP的去除波動較大，150min以后，又呈現穩定趨勢。A～I組實驗TP的平均去除率分別為：70%、32.5%、71.6%、40%、-60%、32.5%、41.7%、-20.3%、45%。雨水中的P主要以H3PO4、H2PO4-、HPO4-的形式存在，有研究表明，生物滯留池對P的去除主要取決于填料的化學吸附性能，由圖4可以看出，生物滯留池對低濃度的TP去除率最差，甚至出現負值，一方面可能是因為沸石填料對低濃度P的吸附能力差，另一方面可能由于沸石填料自身有P的析出效應。

2.2 生物滯留池蓄水能力

生物滯留池蓄水能力如圖5所示。整體來看，除A組試驗外，其余試驗生物滯留池蓄水水量遠小于出水水量，分析原因可能因為A組實驗為本裝置第一次運行，前期晴天天數較長，生物滯留系統內含水量低，降雨后，對雨水的吸收能力和儲存能力較強。G、H、I三組實驗，生物滯留池的蓄水能力相當，蓄水率分別為18.4%、18.6%、20.4%。當進水量為0.648m3時，D和F的蓄水能力相當，分別為31%和33.5%，而E的保水率較差，僅為15.1%，E組實驗前期干燥天數只有兩天，滲濾系統中自身含水量較高。生物滯留池對小水量雨水徑流蓄水能力存在不確定性，A、B、C三組實驗的蓄水能力存在較大的差別，蓄水率分別為67%、29.6%和20.2%。總體來講，試驗條件下生物滯留的場次徑流總量控制率為 15.1%～67%，與潘國艷[5]得到的研究結果基本一致，對雨水徑流總量具有一定的削減作用。

3 結論

（1）生物滯留池對COD和NH4+-N的去除效果較好，出水COD和NH4+-N的平均去除率分別在24.5%～86.7%和52.7%～92.7%范圍。對TP的去除效果不穩定，平均去除率在-60%～71.6%范圍。

（2）生物滯留池對降雨徑流總量有一定程度的控制作用，且對徑流量大的控制效果最佳。

參考文獻：

[1]Su D， Zhang Q H， Ngo H H， et al.Development of a water cycle management approach to Sponge City construction in Xi'an， China.[J]. The Science of the total environment，2019，685.

[2]張建強，許萍，何俊超.生物滯留池去除道路徑流雨水中氮磷的原理及研究現狀[J].市政技術，2015，33（03）：128-132.

[3]許萍，黃俊杰，張建強，等.模擬生物滯留池強化徑流雨水中的氮磷去除研究[J].環境科學與技術，2017，40（02）：107-112.

[4]國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法[M].4版.北京：中國環境科學出版社，2002：243-246，254-255，276-279.

[5]潘國艷，夏軍，張翔，等.生物滯留池水文效應的模擬試驗研究[J].水電能源科學，2012，30（5）：13-15.