梯级生态缓冲系统对城市初期雨水的净化作用

2021-10-16李杰松梅峰群

绿色科技 2021年18期

蔡飞，李杰松，谷杰，梅峰群

(诚邦生态环境股份有限公司，浙江杭州 330000)

1 引言

随着城市化进程的加快，城市原有的透水良好的自然生态环境逐渐被不透水的硬质铺装代替，导致城市雨水被浪费。同时由于雨水在下落和径流过程中，溶解了空气及地表中的污染物，导致初期雨水的污染物含量较高，其直接排入水体会造成水体水质的大幅下降[1～4]。

雨水生态处理技术在径流量削减、径流污染控制、地下水回补及景观方面具有显著的生态效应[5～7]。颜锟等[5]利用碎石、碎木片为填料主体的人工强化生态缓冲系统处理城市初期雨水，研究表明该系统对城市初期雨水中的污染物含量有较好的削减效果。王超维等[8]利用多级人工湿地系统处理初期雨水，试验表明初期雨水经人工湿地系统处理后，主要污染物的出水指标均达到了地表水环境质量标准Ⅲ类或以上。

本研究针对初期雨水的水质特点，结合生物滞留池、植被过滤带的处理机理，研究了由卵石、砾石及沸石形成的组合填料对初期雨水的生态处理效果，探讨在不同处理时间下该梯级生态系统对初期雨水水质的净化效果，旨在探索雨水径流污染控制的技术措施。

2 实验设置与方法

2.1 实验设置

该梯级生态缓冲净化系统由多个生态处理单元组成，生态处理单元内布设有3层填料和土壤层，从下往上依次为50 mm厚的粒径30～50 mm的卵石、200 mm厚的粒径10～30 mm的砾石、300 mm厚的粒径5～10 mm的沸石和50 mm厚的土壤层，土壤层种植鸢尾、菖蒲等水生植物。

将该梯级生态缓冲净化系统在我司内部工程进行工程示范与应用，工程地点护岸坡面坡度约为35°，高度约为5 m，试验长度为300 m。试验设计见图1。

图1 试验设计示意

2.2 实验方法

本研究以工程示范地2021年3月12日的降雨，持续时间为3 h，累计降雨量为12 mm为实验对象。样品采集分为两个阶段。第一个阶段为下雨引起地表径流且进入该系统的初始进水浓度，第二个阶段为出水浓度，按照降雨期间每隔半小时采集一次水样，降雨结束后每天在出水口采集出水水样，一共采集3 d。每次采集水样取5个重复样，检测出的数据取均值后得出进水、出水浓度值。为了保证水质的准确性以及方便数据分析，实验所采集的进水水样在4 ℃下冷藏。测定水质的CODCr、NH3-N和TP。水质分析方法见文献[9]。

3 结果与分析

3.1 雨水径流中污染物的总去除效果

表1数据表明，该梯级生态缓冲系统对初期雨水有很好的去除效果，该系统对CODCr、NH3-N和TP的去除率都在50%以上。

表1 试验期间该系统的进水浓度、出水浓度及去除率

3.2 城市雨水径流中CODCr的去除效果

从图2可以看出，在下雨期间随着时间变化(0～3 h)，该梯级生态缓冲系统对有机物的去除效果有增加趋势，有机污染物的去除率达到了50.55%。下雨结束后，雨水中的有机物含量经该系统处理后明显降低，从117.54 mg/L降到67.38 mg/L，CODCr的去除率达到了42.67%。

这说明当初期雨水进入该梯级生态缓冲系统后，该系统可以减缓初期雨水的径流速度，增加填料与污染物的接触时间，填料通过过滤和吸附作用截留了大量的颗粒性有机污染物，同时填料上含有大量氨化细菌、硝化细菌等微生物群落，有利于水体污染物的分解与转化[10]。整个系统从下雨地表径流到下雨结束的3 d内，该系统对初期雨水中CODCr的去除率达到了71.7%，效果非常显著。