一種道路徑流中磷削減的新方法
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作者：鄭曉蒙
下凹式綠地是將綠地設(shè)計成綠地地面高度低于周圍地面的系統(tǒng)，這種設(shè)計促使雨水徑流進(jìn)入綠地內(nèi)。綠地中的雨水管低于周圍不透水地面，但高于綠地內(nèi)的地面。下凹式綠地在控制城市降雨徑流污染方面有2個作用：一是削減洪峰流量，二是削減污染物。許多研究學(xué)者對下凹式綠地削減洪峰流量的效果開展了研究，但對于下凹式綠地截留去除污染物的研
究還相對較少，特別是對于營養(yǎng)元素磷的去除鮮見報道。本文在實驗室搭建了下凹式綠地實驗裝置，通過人工配水模擬道路徑流，研究不同形態(tài)的磷在下凹式綠地中的削減效果，探討設(shè)計參數(shù)對磷削減效果的影響。
1材料與方法
1.1 實驗裝置
實驗室搭建的下凹式綠地裝置由聚丙烯(PP)制成，高0.8 m，直徑1.0 m。裝置中部有一根直徑50mm的塑料管用來模擬滲透式雨水井，在雨水管高度0.6 m處橫向設(shè)有一根直徑30 mm的溢流管。為了模擬降雨徑流在下凹式綠地的滲濾過程，在礫石層部分的雨水管管壁打孔，開孔率為10%。見圖1。
按照下凹式綠地系統(tǒng)的設(shè)計要求，裝置自上而下分為3層：植被層、土壤層和礫石層。植被層種植的是北方常見草高羊茅，覆蓋率90%；土壤層厚250 mm．礫石層厚450 mm，外覆透水土工布，該層裝填有粒徑20—30 mm的礫石。
1.2實驗方法
在實驗裝置中裝填土壤、礫石，種植植物，改變暴雨重現(xiàn)期、進(jìn)水污染物負(fù)荷、雨水管超高來研究下凹式綠地對道路徑流的削減過程和削減效果。進(jìn)水水量和水質(zhì)隋況見表1和表2。表1中進(jìn)水量根據(jù)小區(qū)綠地面積20%計算綠地進(jìn)水量，不透水下墊面的徑流系數(shù)取0.85。試驗中，低濃度進(jìn)水的總磷(TP)、溶解態(tài)磷(DP)、溶解態(tài)無機(jī)磷(DIP)濃度約(0.976±0.039) mg/L、0.34l±0.l) mg/L.(0.252±0.030) mg/L，高濃度進(jìn)水的TP.DP .DIP濃度約(1.832±0.117) mg/L， (0.661±0.051) mg/L.( 0.619±0.039) mg/L。
1.3樣品收集與分析方法
實驗過程中，當(dāng)溢流管有出水時，前30 min內(nèi)每5 min采集一次水樣，30～60 min每10 min采集一次水樣，60～120 min每20 min采集一次水樣，120 min至徑流結(jié)束每30 min采集一次水樣，并記錄各時間段的溢流體積。
1.4磷削減率的計算方法
由于超過下凹式綠地蓄積容量的徑流會從溢流管流出，溢流水質(zhì)隨時間存在一定的波動。下凹式綠地對污染物的削減率按式(1)計算：
式(1)中：R為某種污染物的削減率；M0為某一時刻前進(jìn)入凹式綠地的污染物總量，mg，Mt為t時刻前從下凹式綠地溢流出的污染物總量，mg，C0為進(jìn)水中磷濃度，mg/L；Vo為進(jìn)水體積，L;Ct為t日 溢流中磷的濃度，mg/L；Vt為t時間段內(nèi)的溢流量，L。
2結(jié)果與討論
2.1 下凹式綠地對道路徑流水量和磷的削
實驗進(jìn)行過程中，可觀察到模擬道路徑流在下凹式綠地裝置中的滲濾、表面蓄積、溢流過程（圖2）。模擬道路徑流在120 min內(nèi)流進(jìn)下凹式綠地中（A段），徑流在土壤的下滲作用下進(jìn)入礫石層（B段）。隨著徑流持續(xù)進(jìn)入綠地中，未下滲的徑流在土壤表面累積，使水位上升。當(dāng)水位超過雨水管，徑流會流人雨水管內(nèi)（C段），通過雨水管側(cè)壁的小孔進(jìn)入礫石層。進(jìn)入下凹式綠地的徑流量超過綠地的蓄水容量時，多余的徑流從溢流管流出（D段）。
蓄積在綠地中的徑流不會進(jìn)入城市排水管網(wǎng)，即削減了進(jìn)入排水管網(wǎng)的徑流量，也使該部分徑流中污染物不進(jìn)入管網(wǎng)中。同時，溢流水中TP去除率較高，后期達(dá)到80%，說明下凹式綠地對徑流中的磷有較好的去除作用。
2.2 下凹式綠地削減磷的影響因素分析
2.2.1暴雨重現(xiàn)期的影響
對溢流中TP、DP、DIP的含量進(jìn)行分析，根據(jù)式(1)計算削減率，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，3種形態(tài)磷的削減率隨進(jìn)水時間和溢流時間的延長而降低，在任一時刻，3a暴雨重現(xiàn)期的各形態(tài)磷的削減率均高于5a暴雨重現(xiàn)期。
3a暴雨重現(xiàn)期中TP、DP和DIP的總量削減率分別為92.47%、83.77%、88.94%，而5a暴雨重現(xiàn)期時分別為87.05%、65.14%、66.18%。暴雨重現(xiàn)期從3a提高到5a，相應(yīng)的進(jìn)水負(fù)荷從22.87 mm/h提高至31.73 mm/h，增幅約38.74%，TP、DP和DIP的總量削減率分別下降了5.42%、18.63%、22.76%。重現(xiàn)期越大，下凹式綠地對磷的削減效果越低，DIP的總量去琮率隨著重現(xiàn)期的增加而降低更明顯。實驗中3a、5 a暴雨重現(xiàn)期時下凹式綠地對TP的總量削減率大于85%，說明下凹式綠地具有較好的除磷效果。
2.2.2雨水管超高的影響
實驗中改變了雨水管超高，分別進(jìn)行了3a、5a低污染物濃度進(jìn)水和高污染物濃度進(jìn)水共4種條件的實驗，分析TP削減率，結(jié)果如圖4所示。
從圖4可以看出，雨水管超高7 cm實驗中TP的即時削減率略低于超高10 cm實驗。在3a重現(xiàn)期條件下，TP的總量削減率前者為86.76%，后者為92.47%，5 a重現(xiàn)期條件下，TP的總量削減率前者為78.21%，后者為87.05%。2種條件下，雨水管超高7 cm的實驗，溢流發(fā)生的時間早于雨水管超高10 cm的實驗，雨水管超高7 cm時溢流產(chǎn)生的平均時間是68.25 min，10 cm時是97.5 min，雨水管高度每降低1 cm，溢流發(fā)生時間提前約10%。
從以上討論可以看出，雨水管超高越高，下凹式綠地對磷的削減效果越好，但是在實際的工程建設(shè)中，雨水管過高會導(dǎo)致植物被長時間淹沒而死亡。建議在下凹式綠地建設(shè)時適當(dāng)?shù)奶岣哂晁芨叨�，并種植耐旱及短時耐淹性的植物。
2.2.3進(jìn)水污染物負(fù)荷的影響
對相同暴雨重現(xiàn)期的低濃度進(jìn)水和高濃度進(jìn)水實驗組的溢流水中各形態(tài)磷的EMC進(jìn)行分析，實驗結(jié)果如表4所示。
高負(fù)荷時，溢流中TP和DP的EMC高于低負(fù)荷的實驗，而TP的去除率差距不大，說明進(jìn)水污染物負(fù)荷的高低對TP的去除率沒有影響。高負(fù)荷實驗中DP去除率超過低負(fù)荷實驗約lo%，說明進(jìn)水污染物負(fù)荷的高低對DP的去除率存在一定影響。高負(fù)荷實驗進(jìn)水的DIP是低負(fù)荷實驗進(jìn)水DIP的2倍多，而溢流中DIP的EMC值接近，這可能是南于土壤和礫石填料對DIP的物理吸附與化學(xué)沉淀作用未達(dá)到無機(jī)磷的飽和吸附量，能夠持續(xù)吸附DIP，使出水巾DIP含量維持在較低水平。在土壤未達(dá)到吸附飽和時，進(jìn)水污染物負(fù)荷越高，DIP的去除效果越好。
3結(jié)論
(1)下凹式綠地對模擬道路徑流巾磷具有較好的削減效果，其對TP、DP、DIP的平均削減率分別為86.28%、77.02%、78.1 7%。
(2)下凹式綠地對道路徑流巾各形態(tài)磷的削減效果與暴雨重現(xiàn)期、雨水管超高有關(guān)，設(shè)計重現(xiàn)期越小，雨水管超高越大，各形態(tài)磷的削減效果越好。進(jìn)水污染物負(fù)荷對TP、DP和DIP去除率的影響有差異，TP去除率不受進(jìn)水污染物負(fù)荷影響，而DP、DIP去除率在進(jìn)水污染物負(fù)荷較高時去除效果更好。
4摘要：
該文根據(jù)下凹式綠地的原理設(shè)計構(gòu)建了實驗室小試裝置，以人工配水模擬道路徑流，研究下凹式綠地對徑流雨水中總磷(TP)、溶解性磷(DP)和溶解性無機(jī)磷( DIP)的削減效果，探討了設(shè)計暴雨重現(xiàn)期、雨水管超高、進(jìn)水污染物負(fù)荷對下凹式綠地削減道路徑流中各形態(tài)磷的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明, 下凹式綠地對磷具有明顯的削減效果，總磷(TP)、溶解態(tài)磷(DP)、溶解態(tài)無機(jī)磷( DIP)的總量削減率平均為86.28%、77.02%.78.17%,設(shè)計暴雨重現(xiàn)期和雨水管超高對下凹式綠地削減磷的效果有一定影響，重現(xiàn)期越小，雨水管超高越大，磷的削減效果越好。經(jīng)下凹式綠地處理后的徑流中TP的去除率在兩種進(jìn)水污染物負(fù)荷條件下基本相等，DP .DIP的去除率受進(jìn)水污染物負(fù)荷的影響，高負(fù)荷進(jìn)水的去除率大于低負(fù)荷進(jìn)水。
