文_刘早红 蔡官军 徐晨 南昌大学建筑工程学院

水体富营养化已成为我国目前面临的重大水环境问题之一，而氮和磷是引发水体富营养化的主要元素。由于受到降雨径流中氮和磷的污染，大部分的河流水环境水文和水质功能退化。所以，高效控制氮磷污染意义十分重大。

为了解决这些问题，生物滞留系统（一种新兴的LID 调控措施）于20 世纪90 年代初期在美国被提出，它作为一种能从源头控制雨洪规模的最佳管理方法(BMPs)在全国各地逐渐广泛发展应用起来。

生物滞留池具有诸多优点：对雨水径流高效的截留能力、对水质有着较好的控制能力以及对污染物总量削减能力等，因此得到广泛研究与推广应用。然而，在生物滞留系统中，脱氮除磷的过程是非常复杂的，因为氮磷的存在形态的多样性，而生物滞留池内部仍然存在着许多复杂的物理化学和生物作用过程，包括吸附、过滤、沉淀、矿化和生物同化等。另外，填料层和植被中的磷析出可能导致磷的出水浓度高于进水浓度，这也正是导致系统对磷的去除效果变化较大的原因。目前，采取增设淹没区、优选植物种类、补充碳源、优化填料配比等手段，是为提高氮磷去除效果采用的主要措施。有研究表明，为了提高氮素去除率，在生物滞留池底部创建淹没区可构成反硝化条件；另外通过选择合适的种植植物也可以提高氮磷的综合去除效果。对于磷的去除，填料性能特别是化学吸附特性是决定生物滞留池除磷效果的最主要因素，有研究通过添加水处理残渣或者硫酸铝来改良填料以提高磷的去除效果。

目前，国内已有对生物滞留系统去除氮素的研究评述以及生物滞留设施对磷去除的研究评述，而对生物滞留池同步去除氮磷的研究较少。因此，本文在总结近几年的研究成果基础上，主要就生物滞留池技术结构、脱氮除磷机理、国内外脱氮除磷现状进行了较为细致深入的研究和分析，归纳并提出了几个亟需解决的关键问题，为生物滞留池技术的设计与推广应用提供了有效的借鉴和参考。

1 生物滞留池结构

一般情况，当集水区面积不大于0.5hm2时，生物滞留池设计面积为集水区面积的4%～7%。生物滞留池的结构主要分为五层，从上到下依次为蓄水层、种植土层、人工填料层、砺石排水层。蓄水层厚度为100 ～250mm，还应留有100mm 的超高；种植土层的厚度一般为250mm，但应根据系统所选植物类型而定，土壤应该选用渗透性较好的砂质土壤；人工填料层一般为50 ～120cm，填充土壤、沙子和有机物的混合材料，所选材料应有渗滤速度较大，净化效果较好等性质；砾石层厚度一般为200 ～300mm，由粒径为12 ～35mm 的砾石颗粒组成，在其中应埋置的穿孔管，为系统排水所用。

2 生物滞留设施去除雨水中氮磷的机理

在道路径流雨水通过生物滞留池时，雨水中氮磷等化学污染物的去除主要是降雨期间被截留和间隔期被同化。在降雨期间，系统对氮磷等污染物的吸收和去除主要是截留作用。降雨初期的径流雨水带走大气中灰尘、冲刷屋顶和路面后的沉积物，随后进入生物滞留池。大颗粒的杂质在蓄水层中逐渐沉淀到底部，而植物、土壤和填料的作用都会在雨水下渗后将溶解污染物截留去除。在降雨间隔期，污染物主要在植物根系发生同化作用，在填料层发生离子交换吸附和系统中的微生物吸收转化和降解作用得到去除。

2.1 氮的去除原理

径流雨水中的氮元素主要分为两大类：有机氮和无机氮。有机氮由尿素、氨基酸和蛋白质组成，无机氮由铵、硝酸盐和亚硝酸盐组成。无机氮一般不容易被生物滞留系统除去，它经历了一系列的生物反应过程，如氨化、硝化和反硝化。另外，无机氮可以先被植物或微生物同化和固定化，在生物的作用下转化为有机氮，再通过浸出、生物死亡等途径返回氮循环系统，再通过矿化作用释放，然后释放的氮可被微生物迅速吸收。氨氮被氧化成硝酸盐，硝酸盐在缺氧的环境下得到电子，然后再通过反硝化作用硝酸盐转化成氮气释放到空气中，而有机氮的化合物则在微生物的一系列作用下转化为氨氮。

2.2 磷的去除原理

径流雨中的磷主要分为颗粒态磷PP 和溶解态磷DP。在生物滞留池中，磷的去除主要由系统的渗透、过滤、吸附离子交换、植物吸收、微生物摄取、挥发、蒸发等联合作用。对雨水径流中磷的去除可分为两个方面：介质层的物理化学作用和生物的吸收同化作用。通常介质层吸附磷的过程分为快反应和慢反应。填料表面吸附捕获PP以及介质中的金属离子与DP 结合成磷酸盐，最后更换介质表层即可去除滞留的磷。生物的吸收同化作用则主要为微生物通过好氧过程和厌氧过程对径流雨水中的磷进行降解转化无机盐，植物生长发育过程将吸收利用这部分无机盐，最后固化在植物中的磷元素则可通过收割植物的方式得到去除。

3 去除氮磷技术优化研究

目前，国内外许多专家和学者都做了大量关于生物滞留池对氮、磷污染物去除的优化技术研究，主要重点集中在生物滞留池结构改进技术、填料组成和性能优化、植物优选等方面。对于脱氮性能的影响因素，主要有以下几个方面的研究：填料改性，设置淹没区及增加碳源。目前，大部分生物滞留池结构无法为反硝化创造严格厌氧条件和保证充足碳源，难以实现反硝化过程。因此，如何在生物滞留池内构建严格的厌氧反硝化条件和补充充足的碳源，这是提高生物滞留池脱氮效率的关键。

3.1 填料改性

仇付国等为提高系统对硝氮的去除效果，尝试采用沸石作为滞留系统的基质填料，并在系统底部设置淹没区创造缺氧环境，结果表明系统氨氮的去除均没有大的变化，但对系统中硝态氮的平均去除率则上升为74%。也有相关研究结果表明，系统对磷的去除主要依靠植物和填料对径流雨水中磷的吸附、过滤等物理作用以及化学作用。Zhu 等在5 种轻质填料中在加入重金属镁、钙、铝、铁探究填料对磷的去除能力，结果表明重金属的含量与其对磷的吸附量的关系最为密切，并且在这几种重金属中，磷的吸附量与填料中钙含量的相关性最好，相关系数可高达0.9。因此为提高填料对磷的吸附能力，可在填料中添加含钙、铁、铝等天然矿物质等以达到效果。

3.2 植物优选

研究表明，植物可以通过直接或者间接作用对氮磷等污染物的去除产生影响。然而Claire P 等在实验中发现TP 的去除与植物无关，植物能显著影响NO3的去除。

4 结论与展望

4.1 厌氧区的高度设置

在生物滞留池底部设置淹没区能够提供反硝化所需的条件稳定的厌氧条件，尽可能的为雨前干旱期提供稳定的有利条件。然而反硝化作用对系统整体脱氮除磷的提高有多大的贡献程度这一问题还没有得到解决，因此还应深入探究厌氧区设置对脱氮除磷进程的影响。另外，在设置厌氧区时还应考虑到硝化作用和反硝化作用的速率平衡问题。

4.2 脱氮与除磷的平衡

脱氮与除磷之间的矛盾始终是生物滞留池系统中的难点问题。如何在营造厌氧区的情况下避免除磷效果的恶化这一问题也值得深度研究。

4.3 植物品种选择

在生物滞留系统中，植物可以起到吸收污染物质的作用，并且随着植物的生长周期达到持续处理的效果，同时又丰富了系统的生物多样性，起到美观作用。但是植物的生长和对污染物的吸收受到植物的种类、气候的变化、系统的土质等多种因素综合影响，因此如何选择合适的植物，对提高生物滞留池处理效能具有十分重要的实际意义。

4.4 系统修复问题

生物滞留池中的填料，无论是吸附氮磷还是其他污染物质，都是具有一定的吸附能力，一旦当地污染物达到较高的阀值，填料达到饱和值以后，如何对系统进行修复也是值得研究的问题。