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【摘要】：針對現有生物滯留池對道路雨水中總磷（TP）去除效果不穩定的問題，在生物滯留池內換填體積比為15%給水廠污泥、85%河砂的復合填料，以提高對營養物磷的吸附固定能力。試驗結果表明：復合填料比單一砂土填料有更好地除磷能力，對雨水中TP的去除率穩定在98%以上，出水中TP濃度＜0.02mg/L，同時不影響對其他污染物的凈化效果，為解決生物滯留池對道路徑流污染物磷去除效果不穩定難題提供一種思路。
【關鍵詞】：道路；雨水徑流；生物滯留池；除磷；復合填料；給水廠污泥；海綿城市
作為一項成熟有效的海綿城市技術方案，生物滯留池應用于城市道路綠地內，路面雨水匯集后進入道路中央分隔帶和兩側綠化帶內，經過生物滯留池的滲透、滯留、貯蓄、凈化、排放一體化處理，有效地削減雨水徑流總量，延遲暴雨峰值時間，同時對水中的污染物實現一定程度地削減[1～2]。生物滯留池依靠基質填料、微生物與植物組建共體生態系統，通過基質填料的吸附截留、微生物的氧化分解以及植物的生長吸收，實現對雨水污染物的去除凈化。現有研究顯示，生物滯留池對雨水中的懸浮固體（TSS）、可氧化降解有機物（COD）、總氮（TN）、油脂類和重金屬有很好地去除能力，但對總磷（TP）的去除不穩定。雨水中營養物磷主要依靠填料的吸附去除，傳統生物滯留填料由于可提供的吸附位點有限，在運行后期對磷的吸附能力逐漸達到飽和，直至出現磷的解析、釋放問題；未做填料更換處理的生物滯留池長時間運行后，出水中TP濃度已十分接近進水，生物滯留系統基本喪失除磷功能。給水廠污泥(以下簡稱“鋁污泥”)是以硫酸鋁、聚合氯化鋁為代表的鋁系絮凝劑在給水處理過程中產生的副產物，其具有豐富的孔隙結構和較大的比表面積，對水中各形態磷有很好地吸附固定性能[3～4]。為了實現生物滯留設施對污染物磷的長效、穩定去除，本文以鋁污泥作為填料改良劑，將鋁污泥與河砂按照體積比15：85組成復合填料，通過模擬道路徑流進水試驗，研究復合填料生物滯留池對道路徑流中污染物磷的凈化效果。
1材料與方法
1.1試驗裝置采用
2個結構相同的圓柱形土柱模擬生物滯留池，柱高1350mm、直徑300mm，自上往下依次為蓄水層、種植土層、填料層、礫石層，礫石層底部安裝排水管，連接市政雨水管網，管徑為50mm。見圖1。
1.2試驗材料
填料。某自來水廠給水處理生成的塊狀脫水污泥，經自然風干并研磨、篩分處理后，獲得粒徑為1～2mm的鋁污泥；某建材市場粒徑為0.125～2mm的河砂。將鋁污泥、河砂按照體積比15：85均勻混合，制成所需的復合填料。復合填料的有機質（organicmaterial，OM）占比為4.04%，滲透系數為0.025cm/s，滿足生物滯留設計細則規定的填料最低滲透性要求[5]。試驗中的土柱2填充鋁污泥、河砂組成的復合填料，土柱1作為對比例采用傳統砂土填料。原水。道路徑流雨水是用市政自來水和路面沉積土以及鄰苯二甲酸氫鉀、氯化銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀等藥物混合配制而成，TP、TN、COD、TSS的質量濃度分別為3.0～7.0、10、160、200mg/L。
1.3運行控制
運行開始前，在種植土表層栽種植物，選擇多年生草本鶯尾類植物，根莖發達，同時具有耐澇、耐旱、耐寒的屬性。啟動階段時間為10d，對2組土柱每天定時進水30L，水源為市政自來水，目的在于清洗沖刷種植土和填料層基質固有的有機營養成分。啟動階段結束后，進入正式運行階段，進行模擬徑流進水試驗，時間為70d。每天定時、定量布水，通過泵裝置在2h內向每個柱體均勻注入40L雨水，相當于匯水面積負荷比20情況下市政道路上發生31.5mm降雨（降雨強度中的暴雨等級）產生的徑流量。水樣的采集周期為5d，僅在每個周期的第5d采集水樣，其他4d只進行布水。采樣結束后，應于24h內及時對水樣進行集中檢測。
1.4檢測方法
分別采用過硫酸鉀消解-鉬酸銨分光光度法、酸性重鉻酸鉀消解滴定法、堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法、重量法對進出水樣中的污染物指標進行檢測。
2結果與討論
2.1TP去除
在運行初期，2組土柱均有較好的TP去除效果，去除率均在90%以上，出水中TP濃度在0.3mg/L以下；表明在運行初期，無論是砂土還是復合填料均可提供足夠的吸附位點，達到良好的TP去除效果。當試驗運行30d后，土柱1的除磷能力呈現明顯下降趨勢，對TP的去除率逐漸降至70%，出水中TP濃度為2.1mg/L；TP的去除率隨試驗的運行繼續降低，當試驗進行到第70d時，土柱1對TP的去除率僅為30%。與土柱1不同，整個運行期內土柱2始終表現出高效穩定的除磷能力，對TP的去除率不低于98%，經復合填料吸附處理后的出水中TP濃度值不高于0.02mg/L，滿足GB3838—2002《地表水環境質量標準》劃定的二類水體標準。見圖2。研究表明[6]，道路雨水中的TP分為有機磷和無機磷，主要以不同形態的磷酸鹽形式存在。在整個生物滯留系統中，植物和微生物組分對雨水污染物中的磷去除能力相對有限，雨水中各形態磷的去除主要依靠填料基質的吸附固定作用。傳統單一砂土填料可提供的活性吸附位點有限，隨著試驗運行時間的增加，填料對磷的吸附作用逐漸減弱，直至達到飽和狀態，此后填料的物理吸附作用失效。本試驗選用的復合填料因包含一定比例的鋁污泥基質，能夠提供相對較多的吸附位點；鋁污泥含有大量鋁鐵無定形結合物，可以與表面吸附態磷酸鹽發生羥基取代、絡合反應而生成絡合沉淀物，不易出現磷的解析、釋放，從而實現對雨水中磷的長久、穩定去除。
2.2其他污染物去除
試驗結果表明，單一砂土填料和鋁污泥、河砂復合填料兩組生物滯留池對雨水中COD、TSS、TN等污染物均有較好的去除效果。見表1。雨水進入生物滯留系統后，進水中的TSS經種植土、填料層的攔截、過濾，基本完成了對SS的全部去除。本次模擬雨水中的COD由化學藥劑鄰苯二甲酸氫鉀配制而得，屬于溶解性難降解有機物，下滲過程中先被填料顆粒吸附，然后在與好氧微生物接觸過程中被降解去除。雨水中的TN包括氨氮和硝態氮兩部分，經填料物理吸附作用去除的量十分有限；絕大部分依靠設施內部的硝化菌、反硝化菌等微生物在適宜環境下，分別完成對氨氮的硝化作用以及硝態氮的反硝化作用[7]。在雨水生物滯留系統內部，處于淹水飽和階段的時間較短，落干階段時間長，整個填料層結構的透氣性能好，利于硝化細菌完成硝化作用，而由于缺少穩定的缺氧環境，水中硝態氮的反硝化去除受到抑制，一定程度影響了TN去除效果。
3結論及展望
將鋁污泥與河砂按15：85體積比混合，構建復合填料生物滯留系統，克服了以往雨水凈化過程中TP去除不穩定的難題，對原水中質量濃度為3.0～7.0mg/L的營養物磷去除率達到98%，出水中TP濃度長期穩定在0.02mg/L以下，滿足GB3838—2002劃定的二類水體標準。將復合填料系統應用于城市道路綠地景觀建設中，既做到對地表徑流量的有效控制，也實現了對徑流雨水中各類污染物的穩定削減。我國的海綿城市建設尚處于初級階段，生物滯留池等技術措施還存不足。在工程中，應以控制目的為導向，因地制宜的進行生物滯留設施的設計，制定科學的運行維護制度，確保其高效持久地發揮作用。
作者:于棟 金波 單位:青島市即墨區自然資源局
