【生物滞留设施国内外研究进展文献综述2900字】

生物滞留设施国内外研究进展文献综述1.1生物滞留设施生物滞留设施（Bioretention）也被叫做生物过滤器或雨水花园，于20世纪90年代在美国马里兰州乔治王子郡开发，是世界上使用最广泛的雨水管理方法之一REF_Ref74702963\r\h[22]REF_Ref74702964\r\h[23]。生物滞留设施是一种现场处理基础设施，指在地势较低的区域,通过重力自流作用将周边不透水下垫面产生的雨水径流引入设施中,利用过滤、蒸发、沉淀、吸附等物理方法,离子交换等化学方法和蒸腾、植物修复和微生物降解等生物方法来处理雨水水质,并通过加强渗透和蒸发，保持或复制一个地区开发前的水文状态，达到从源头上控制暴雨径流和改善径流质量的目的REF_Ref74702976\r\h[24]REF_Ref74702979\r\h[25]。生物滞留设施形式多样、可以灵活地融入景观，应用范围广，具有独特的生态效益和功能，如补充地下水资源，缓解城市热岛效应（Urbanheatislandeffect，UHIeffect），美化景观，提供人类游玩和动植物的栖息地等REF_Ref74702990\r\h[26]REF_Ref74702992\r\h[27]REF_Ref74702994\r\h[28]。生物滞留设施可以按设计的复杂性，将其分为简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留设施REF_Ref74703010\r\h[29]，也可按照其应用位置的不同，分为高位花坛、雨水花园、生态树池和生物滞留带等REF_Ref74703018\r\h[30]。生物滞留池由表面蓄水层、植被、过滤层、过渡层、排水层、排水系统等组成REF_Ref74703026\r\h[31]（图1.1）。表面蓄水层能起到调蓄径流的作用；植被的存在可以增加系统的美观度，并对径流中的污染物质有一定的去除作用；过滤层一般采用人工填料或别地的土壤取代原土层，如细砂和有机质的混合填料等，可以达到截留、吸附和净化初期径流中污染物的目的，还可以为植物和微生物群落生长提供载体；过渡层处于排水层和过滤层的中间，一般选用粗砂作为填料，能够维持生物滞留池的长效稳定运行；排水层主要作用是加强设施的调蓄能力，传导过滤后的径流至穿孔排水管中，一般采用粒径3-10mm的砾石作为该层的填料。溢流口和穿孔排水管不是生物滞留池的必要的组成部分，其设立与否，主要根据实际情况确定。图1.1生物滞留设施基本结构Figure1.1Basicstructureofbioretentionfacilit1.2生物滞留设施对径流中污染物质的净化效果与机理城市地表径流的养分主要来自不透水表面和周围土壤的侵蚀，以及大气湿润和干燥沉积REF_Ref74703042\r\h[32]REF_Ref74703043\r\h[33]。生物滞留池可以通过介质层填料（物理过滤，化学吸附）、微生物活动（分解，矿化，吸收）和植物生长（吸收和蒸腾）等作用有效的去除径流中氮、磷、总悬浮颗粒物、重金属、油脂类及致病菌等污染物REF_Ref74703054\r\h[34]REF_Ref74703056\r\h[35]REF_Ref74703058\r\h[36]REF_Ref74703059\r\h[37]REF_Ref74703061\r\h[38]。（1）生物滞留池对径流中磷净化效果与机理径流中的磷主要以两种形式存在：颗粒态磷（ParticulatePhosphorus，PP）和和溶解态磷（DissolvedPhosphorus，DP），而DP又分为溶解性反应磷（SolubleReactivePhosphorus，SRP）和可溶性有机磷（DissolvedOrganicPhosphorus，DOP）REF_Ref74703068\r\h[39]。磷随着径流进入生物滞留池，在系统发生迁移转化过程，其机制如图1.2所示，PP主要通过填料的截留过滤作用被去除，DP可以被植物和微生物利用、摄取，且磷离子可以与填料发生离子交换、吸附和络合作用而被截留在填料上，其中填料吸附是生物滞留系统中磷去除的主要途径REF_Ref74703010\r\h[29]REF_Ref74703143\r\h[40]。因此，填料的选择对磷的去除效率影响很大REF_Ref74703233\r\h[41]。研究表明，当填料本身含有较高的磷，其对磷的去除能力很差，甚至当进水中磷浓度较低时，填料会发生释磷作用，增加出水中的磷浓度REF_Ref74703238\r\h[42]。研究表明，填料中如果含有较多的金属（铁、铝等）会增加对磷的去除能力，利用硫酸铝（10%）处理过的蒙脱石作为生物滞留池中的填料提高了系统对磷的去除效果，填料中的铁氧化物可以吸收去除磷，因此铁的含量对填料吸附磷的效果有影响REF_Ref74703245\r\h[43]REF_Ref74703247\r\h[44]。研究表明生物滞留对磷的去除效果波动性较大，十分不稳定REF_Ref74703293\r\h[45]。图1.2生物滞留系统中磷的迁移转化过程Fig.1.2Phosphorusmigrationandtransformationprocessinbioretentionsystem（2）生物滞留池对径流中氮净化效果与机理雨水径流中的氮主要分为有机氮（颗粒有机氮（ParticulateOrganicNitrogen，PON)和溶解有机氮（DissolvedOrganicNitrogen，DON））和无机氮（NH4+-N、NO3--N和NO2--N）两种形式REF_Ref74703305\r\h[46]。氮在生物滞留系统内的迁移转化见图1.3，PON主要是通过过滤、沉淀和吸附等作用被截留在填料中，DON在微生物的作用下转化为NH4+-N或NO3--N。生物滞留池对NH4+-N的去除效果好，去除率在70%-95%之间REF_Ref74703313\r\h[47]，其主要的原因是：生物滞留池中的土壤颗粒带负电与带正电的NH4+-N之间有强吸附作用。植物根系的泌氧作用以及填料间的孔隙较大，使得生物滞留池处于好氧状态，有利于硝化反应的进行。与NH4+-N相比，生物滞留池对NO3--N的去除难度较大。一方面，滞留池的填料一般不吸附带负电的NO3-N。反硝化反应需要在缺氧条件下进行，但是生物滞留系统中难以形成缺氧环境。碳源的充足与否，对NO3-N的去除效果也有影响。研究发现，在底部设置淹没厌氧区并投加碳源，可使生物滞留系统对NO3--N的去除率从13%提高至75%，但碳源的添加量也必须严格控制，否则会造成出水水质恶化REF_Ref74703318\r\h[48]。图1.3生物滞留系统中氮的迁移转化过程Fig.1.3Nitrogenmigrationandtransformationprocessinbioretentionsystem（3）生物滞留池对径流中有机物以及其他污染物的净化效果与机理生物滞留池对总悬浮颗粒物的去除机理，主要依靠填料的过滤和截留作用，该过程的去除效率不受温度的影响。研究表明，采用模拟实验，发现生物滞留池对径流中的总悬浮物质去除效果高效稳定，其效率在90%以上REF_Ref74703392\r\h[49]。研究表明，生物滞留池对重金属的去除主要是依靠填料和植物的作用REF_Ref74703399\r\h[50]。通常过滤截留对不溶性重金属的去除效果较好，通过填料吸附作用去除可溶性重金属，其效果不佳。此外，还可以通过植物的富集作用径流中的重金属，但是植物在重金属的去除过程中不起重要作用。将径流中有机物主要包括（油、防冻剂、缓蚀剂、农药等），并按照与水的亲和能力，主要分为亲水性的和疏水性的，生物滞留池对有机物的去除主要依靠基质的过滤和微生物吸收降解。生物滞留池能较好的去除雨水径流中的油脂，Hsieh和Davis的研究表明，18种不同土壤填料对油脂的去除效率均大于96%REF_Ref74703233\r\h[41]。生物滞留池对病原体（粪大肠菌群、大肠杆菌）的去除主要是通过吸附和过滤作用截留，再将致病菌暴露在干旱、光照条件使其死亡。参考文献王立峰.西安市城市道路绿地海绵城市建设研究[D].西安建筑科技大学,2016.JiaH,WangZ,XZhen,etal.China'sSpongeCityconstruction:Adiscussionontechnicalapproaches[J].FrontiersofEnvironmentalScienceandEngineering,2017,11(4):39-49.LuanB,YinR,XuP,etal.EvaluatingGreenStormwaterInfrastructurestrategiesefficienciesinarapidlyurbanizingcatchmentusingSWMM-basedTOPSIS[J].JournalofCleanerProduction,2019,223:680-691.StaleyZR,GrabuskiJ,SverkoE,etal.ComparisonofMicrobialandChemicalSourceTrackingMarkersToIdentifyFecalContaminationSourcesintheHumberRiver(Toronto,Ontario,Canada)andAssociatedStormWaterOutfalls.Appliedandenvironmentalmicrobiology,2016,82(21):6357-6366.HuM,SayamaT,ZhangX,etal.EvaluationoflowimpactdevelopmentapproachformitigatingfloodinundationatawatershedscaleinChina[J].JournalofEnvironmentalManagement,2017,193:430-438.LuoP,MuD,XueH,etal.FloodinundationassessmentfortheHanoiCentralArea,Vietnamunderhistoricalandextremerainfallconditions[J].ScientificReports,2018,8(1):12623.IftekharMS,ZhangF,PolyakovM,etal.Non-marketvaluesofwatersensitiveurbandesigns:Acasestudyonraingardens[J].WaterResourcesandEconomics,2021,34:100178.陈昭为.国外雨水管理对我国城市绿化建设的启示[J].江西建材,2016，(10):214-217.陈倩云,余弘婧,高学睿,等.当前我国城市内涝问题归因分析与应对策略[J].华北水利水电大学学报(自然科学版),2019,40(01):55-63.YangW,ZhangJ.Assessingtheperformanceofgrayandgreenstrategiesforsustainableurbandrainagesystemdevelopment:Amulti-criteriadecision-makinganalysis[J].JournalofCleanerProduction,2021,293:126191.刘丽君,王思思,张质明,等.多尺度城市绿色雨水基础设施的规划实现途径探析[J].风景园林,2017(01):123-128.车伍,闫攀,赵杨,等.国际现代雨洪管理体系的发展及剖析[J].中国给水排水,2014,30(18):45-51.章卫军,敖静.新西兰可持续发展理念下雨洪管理体系与实践介绍[J].中国给水排水,2015,31(11):111-115.NguyenTT,NgoHH,GuoW,etal.Anewmodelframeworkforspongecityimplementation:Emergingchallengesandfuturedevelopments[J].JournalofEnvironmentalManagement,2020,253:109689.米文静,张爱军,任文渊.国外低影响开发雨水资源利用对中国海绵城市建设的启示[J].水土保持通报,2018,38(03):345-352.SunYJ,DengL,PanSY,etal.Integrationofgreenandgrayinfrastructuresforspongecity:Waterandenergynexus[J].Water-EnergyNexus,2020,3:29-40.WangJ,LiuJ,WangH,etal.MatchinganalysisofinvestmentstructureandurbaninundationcontrolfunctionofspongecitiesinChina[J].JournalofCleanerProduction,2020,266:12185LiangC,ZhangX,XuJ,etal.Anintegratedframeworktoselectresilientandsustainablespongecitydesignschemesforrobustdecisionmaking[J].EcologicalIndicators,2020,119:106810.张红.建设海绵