[00143632]三维流生物滞留系统脱除山地城市降雨径流溶解性氮效能与机制模拟研究

1.课题来源与背景 ①课题来源 本课题来源于重庆市教委科学技术研究项目,项目编号：KJ1401120。 ②研究背景 水体富营养化是我国目前面临的重大水环境问题之一,已成为制约我国国民经济发展的重要瓶颈。氮是引发水体富营养化的主要驱动元素之一,水体中氮的过量输入和富集往往导致水生生态环境的改变。近年来,随着我国城市化的快速推进,大量天然绿地被不透水下垫面取代,大大降低了降雨期间城市区域的氮滞留能力。与此同时,随着点源污染控制率的不断提高,城市降雨径流对受纳水体氮素污染的贡献日益凸显,很多国家和地区受纳水体氮素污染的50%以上来自城市降雨径流,2/3的河口水环境由于降雨径流氮素污染而功能退化。因此,关注城市降雨径流氮素污染的高效控制意义重大。 山地城市降雨径流产流时间短、强度大,在这种情况下,实现山地城市降雨径流溶解性氮的短时高效去除更具有挑战性。欲实现降雨径流溶解性氮的短时高效去除,生物滞留系统宏观流态、以及填料表面的微观性质与微生物群落结构是核心要素。本项目试图通过改良传统生物滞留系统的设计模式,以实现山地城市降雨径流溶解性氮的短时高效去除,同时,将系统的表观运行性能与系统填料的表面微观结构和附着微生物群落关联起来,以期深入探索山地城市降雨径流溶解性氮短时高效去除的本质原因,为西南片区广大山地城市降雨径流氮素污染的高效控制提供理论依据与技术支持。 2. 技术原理及性能指标 ①技术原理： 根据山地城市地形特点,构建了阶梯式三维流生物滞留系统,将生物滞留系统的传统二维流态改进为三维流态,既适应了山地城市地形特点,又延长了暴雨径流在系统内的水力停留时间以及氮素与系统介质的接触时间,为反硝化脱氮创造了条件;同时,系统运行不需外加碳源,而是以植物根系分泌物质为碳源,提高了系统运行效率。 ②性能指标： 获得了系统介质土的组合方式,筛选了3种功能植物,发现了2种适合生物滞留系统脱氮的介质填料,在系统U型流态运行条件下,降雨径流氨氮去除率稳定在90%以上,总氮去除率70%以上,硝态氮去除率60%以上。 3. 技术的创造性与先进性 （1）针对传统生物滞留系统脱氮效能欠缺的缺陷和山地城市的地形特点,首次将传统生物滞留系统的二维流态改进为三维流态,既适应了山地城市用地紧张、地形坡度较大的特点,又满足了脱除溶解性氮对“好氧-缺氧”交替分布的条件需求,从而为实现溶解性氮的高效脱除创造了条件。 （2）克服了生物滞留系统脱氮需要外加碳源的技术缺陷,利用植物根系向水性,刺激根系的垂向延伸,实现了系统反硝化脱氮的碳源自给。 4. 技术的成熟程度,适用范围和安全性 开发出适应山城重庆地理气候特点、可操作性强、经济合理的生物滞留系统构建方法一直以来都是一项具有挑战性的课题。本项目开发的阶梯式三维流生物滞留系统具有脱氮效率高、流量控制效率高、不需外加碳源、可操作性强等优点;所制备的介质土具有下渗速率快、氮磷释放率低、满足植物生长需求等优点,可以用作生物滞留系统的内置植物生长回填材料;所筛选的功能植物适合重庆海绵城市建设要求。本项目实施为山地海绵城市建设提供了技术途径及技术产品,克服了以往海绵城市建设依据难以定量的不足,可广泛用于山地海绵城市的建设,是现代城市水环境管理的重要技术支撑。 5. 应用情况及存在的问题 本项目开发的阶梯式三维流生物滞留系统,有自主知识产权,所研发的介质土,以及筛选的功能植物、排水层填料等有着广阔的应用前景。通过本项目的研究取得了一系列科研成果,包括多项国家发明专利,这些成果的进一步转化及产业化有待进一步进行,为此本项目需要进一步加强与相关企业的密切合作。 6. 历年获奖情况 暂无。