許浩浩，呂偉婭

(南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211816)

隨著中國城市化的快速發(fā)展，滲水地表被硬化的不透水地面所替代，加劇了城市面源污染，城市水環(huán)境惡化已成為制約中國城市可持續(xù)發(fā)展的核心問題。據(jù)美國環(huán)保局的報(bào)告顯示：美國江河湖海中三分之二的污染負(fù)荷來自于面源污染，其中55%的首要污染源就是城市雨水徑流污染，雨水徑流成為造成全美水體污染的第三大污染源[1]。中國2016年水資源公報(bào)指出：118個(gè)湖泊水質(zhì)評(píng)價(jià)中低于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的湖泊占比高達(dá)76.3%；湖泊營養(yǎng)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，三分之二以上湖泊為富營養(yǎng)湖泊，城市水環(huán)境面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前，雖然點(diǎn)源污染得到了有效的控制，但以雨水徑流為主的面源污染已成為中國城市水體污染的主要來源[2]。為解決城市化帶來的水環(huán)境污染、水生態(tài)破壞和水資源短缺等一系列的突出水問題，中國相繼引入國外多種現(xiàn)代城市雨水管理的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)措施，例如美國的低沖擊開發(fā)模式和暴雨最佳管理措施、澳大利亞的水敏性城市設(shè)計(jì)以及英國的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)等[3]。

為了有效控制城市內(nèi)澇、削減雨水徑流污染和實(shí)現(xiàn)雨水資源化，在借鑒國外發(fā)達(dá)國家對(duì)城市雨水徑流控制方面成熟的理論成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國實(shí)行低影響開發(fā)的建設(shè)模式，提出了建設(shè)海綿型城市。但是目前主要集中于低影響開發(fā)技術(shù)削減雨水徑流量和削減洪峰方面的研究，對(duì)于運(yùn)用低影響開發(fā)技術(shù)控制城市面源污染的效果及影響因素等方面研究較少，有待進(jìn)一步的研究以發(fā)揮低影響開發(fā)技術(shù)對(duì)城市雨水水量和水質(zhì)的綜合控制效果。

1 低影響開發(fā)技術(shù)概述

低影響開發(fā)(LID)是在暴雨最佳管理措施的基礎(chǔ)上逐步完善發(fā)展而來的，其核心理念是維持城市場地開發(fā)前后的水文特征保持不變，減少對(duì)環(huán)境的沖擊和破壞，主要通過構(gòu)建分散的、多樣化的和小規(guī)模的源頭控制措施對(duì)雨水徑流進(jìn)行滯蓄、滲透、存蓄、凈化[1]，以達(dá)到削減暴雨徑流量峰值、延緩峰值時(shí)間、改善雨水徑流水質(zhì)和補(bǔ)給地下水、促進(jìn)雨水資源利用和水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目的。目前，中國應(yīng)用較為廣泛的LID措施主要包括透水鋪裝系統(tǒng)、綠色屋頂和生物滯留池等，均是通過減少不透水面積、增加雨水滲透和凈化來實(shí)現(xiàn)對(duì)城市雨洪的可持續(xù)管理。

2 低影響開發(fā)技術(shù)控制徑流污染

2.1 透水鋪裝系統(tǒng)控制徑流污染

表1 透水鋪裝系統(tǒng)凈化徑流污染效果 %

王俊嶺等[9]研究陶粒、沸石、膨潤土和粉煤灰對(duì)污染物的削減效果，結(jié)果表明，沸石對(duì)TN的削減效果最佳，膨潤土對(duì)TP、COD和Cu2+的削減效果最好。因此建議將沸石作為骨料，膨潤土作為添加劑制成改性基層，這樣可以大幅度提高去污能力。試驗(yàn)顯示[10]，相比石英砂和碎石，水泥對(duì)COD、TP和TN的吸附作用顯著，最大吸附量分別達(dá)到了2.00、0.65、1.45 mg/g，因此水泥可作為面層或基層的改性材料。Giridhar等[11]采用砂、沸石、鐵粉和方解石等材料改性透水路面面層，結(jié)果表明，優(yōu)化后的系統(tǒng)對(duì)氮磷的去除效率穩(wěn)定而高效。Seung等[12]研究顯示，采用10%人工沸石、10%硅灰和3%玻璃纖維制作面層的透水路面對(duì)氮和磷的去除率高達(dá)85.71%和89.29%。

上述研究表明，透水鋪裝系統(tǒng)通過面層及基層的過濾、吸附和截留以及微生物的吸收等作用可以有效去除徑流中多種污染物，但對(duì)氮磷的去除率較低，因此可以通過改良面層和基層材料及優(yōu)化其組合配比來強(qiáng)化系統(tǒng)脫氮除磷的效果。

2.2 綠色屋頂控制徑流污染

表2 綠色屋頂凈化徑流污染效果 %

Chen等[17]研究表明，顆粒物粒徑越小，有機(jī)質(zhì)的含量越高，運(yùn)行時(shí)間越長，綠色屋頂對(duì)污染物的凈化效果越好；夏季和秋季屋頂徑流中污染物濃度比春季和冬季污染物濃度要低；根莖細(xì)長、抗旱耐澇、適應(yīng)性強(qiáng)的植物對(duì)徑流水質(zhì)有顯著的改善，而植物豐富度對(duì)綠色屋頂?shù)膬艋Ч麤]有顯著影響。Shen等[18]研究表明，厭氧穩(wěn)定污泥會(huì)造成TP和TN的大量淋失，給水廠污泥能有效控制TP淋失，稻殼炭能有效控制TN淋失。因此，建議以給水廠污泥或稻殼炭為土壤改良劑來達(dá)到增強(qiáng)系統(tǒng)脫氮除磷的效果。張彥婷等[19]試驗(yàn)得出當(dāng)田園土、珍珠巖和椰糠的比例為1∶1∶2時(shí)，綠色屋頂?shù)乃|(zhì)凈化效果最佳。Shen等[20]試驗(yàn)顯示，綠色屋頂對(duì)PAHs的平均負(fù)荷削減率高達(dá)71.76%，設(shè)施對(duì)PAHs的去除率隨基質(zhì)層厚度的增加而增大。Zhang等[21]研究表明，綠色屋頂本身的基質(zhì)材料可能會(huì)成為氮磷污染物的釋放源，提出以珍珠巖、沸石、膨潤土、蛭石和粉煤灰等作為改良劑可以提高去除效果。還發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)層厚度與污染物去除率存在正相關(guān)關(guān)系，對(duì)污染物的吸附作用隨基質(zhì)層厚度增加而增強(qiáng)。

上述研究表明，綠色屋頂對(duì)污染物的去除效果受基質(zhì)材料及厚度、坡度、季節(jié)、降雨強(qiáng)度及植被類型等因素影響，表現(xiàn)出對(duì)氮磷的處理效果較差，但通過土壤基質(zhì)的吸附截留、植物以及微生物的吸收作用可以有效去除徑流中的重金屬、懸浮物和COD等污染物。因此，為了提高綠色屋頂脫氮除磷的效果，可以從改良土壤基質(zhì)及優(yōu)化組合配比、適當(dāng)增加基質(zhì)層厚度和延長運(yùn)行時(shí)間等方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 生物滯留池控制徑流污染

表3 生物滯留池凈化徑流污染效果 %

仇付國等[25]研究表明，15%鋁污泥和85%沸石作為填料并設(shè)計(jì)淹沒區(qū)后的生物滯留池對(duì)磷和重金屬的控制能力大幅度增加。胡愛兵等[26]試驗(yàn)得出以65%河沙、5%～10%營養(yǎng)土和5%～30%壤質(zhì)土為填料時(shí)，生物滯留池的凈化效果最好。羅艷紅[27]經(jīng)過試驗(yàn)，優(yōu)選出5%粉煤灰、5%有機(jī)質(zhì)和90%河沙組成混合填料的生物滯留池對(duì)磷的削減效果最好。Xu等[28]研究表明，當(dāng)沸石、麥飯石、鋁污泥、河砂的配比為3∶1∶1∶5時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污染物的凈化效果最佳。錢佳歡等[29]研究表明，生物滯留池對(duì)Cu、Zn和Pb等典型重金屬的去除效果較好，去除率分別為70.9%～98.1%、77.6%～98.5%、71.7%～98.6%，且去除率受進(jìn)水濃度影響較?。煌寥缹訉?duì)重金屬的去除率最高，添加沸石可以增加重金屬的去除效果，去除率最高可增加40%，而植物對(duì)重金屬的去除影響不大。Chen等[30]指出選擇植物時(shí)應(yīng)選用常綠的本土植物，注重混合種植和景觀協(xié)調(diào)，同時(shí)要多選擇功能性植物，其數(shù)量不能小于50%，特別是具有脫氮除磷能力的植物。此外，還要注意種植密度及種植時(shí)間。

上述研究表明，生物滯留池通過填料、植物和微生物等的過濾、吸附、吸收和降解等作用可以顯著去除徑流中的重金屬、TSS、COD和油脂等污染物，但對(duì)氮磷處理效果較差。因此，可以通過基質(zhì)改良及優(yōu)化組合配比、設(shè)計(jì)淹沒區(qū)和配置植物等提高處理效果。

3 結(jié)論與展望

低影響開發(fā)技術(shù)作為海綿城市建設(shè)的核心，可以有效緩解城市內(nèi)澇以及控制城市面源污染問題。但目前中國對(duì)于低影響開發(fā)技術(shù)主要集中在消納暴雨徑流方面的研究，缺乏對(duì)徑流污染的削減效果及去除機(jī)理的研究。因此，為了能充分發(fā)揮低影響開發(fā)技術(shù)對(duì)面源污染的控制效果，今后應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行研究：①深入研究各種低影響開發(fā)技術(shù)對(duì)徑流污染物的去除機(jī)理及影響因素，通過建立水質(zhì)凈化效果與影響因素之間的水質(zhì)模型，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基質(zhì)改良及優(yōu)化組合配比和運(yùn)營維護(hù)管理等角度出發(fā)，找出優(yōu)化低影響開發(fā)技術(shù)對(duì)污染物凈化效果的方法；②重點(diǎn)研究多種低影響開發(fā)技術(shù)之間串聯(lián)的效果，將透水鋪裝系統(tǒng)、綠色屋頂和生物滯留池等結(jié)合起來，共同發(fā)揮對(duì)污染物的凈化效果，尤其是對(duì)氮磷的去除，同時(shí)運(yùn)用智慧化管理思想，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化信息手段運(yùn)用在低影響開發(fā)技術(shù)的日常維護(hù)中，使其高效發(fā)揮對(duì)徑流污染的控制能力。