典型低影响开发技术控制城市面源污染研究进展

dvi: 10. 3969/j. Osn. 1001 -9235. 2019. 10. 016

第 40 卷第 10 期人民珠江2019 年 10 月 PEARL RIER许浩浩，呂伟娅.典型低影响开发技术控制城市面源污染研究进展[J].人民珠江,2019,40(10) &99 -103.典型低影响开发技术控制 城市面源污染研究进展许浩浩，吕伟娅(，)南京工业大学江苏南京211816摘 要：以中国水环境质量现状为背景，论述了低影响开发技术的内涵和重要性。综述了国内外透水铺装系统、绿

色屋顶和生物滞留池3种低影响开发技术对径流污染的净化效果及优化措施，并对今后低影响开发技术的发展提

出了建议，以期为中国低影响开发技术的研究与实践提供参考。关键词：面源污染；透水铺装系统；绿色屋顶；生物滞留池；净化效果中图分类号：X522 文献标志码:A 文章编号：1001-9235 (2019 )10-0099-05Research Progress on Control of Urban Non - point Source Pollution by Typical Low Impact Development TechnologyA\" .aohao, !X\" 6epa(Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China)Abstraci: Based on the background of water environment qualith in our county, this paper discusses the meaning and importance of Ww

ompactdeeeoopmenttechnooogy,eeeoewstheeeseaech peogeeson pueooocatoon eoectand optomozatoon measueesootheeetypocaooowom-

pact development technologyQ including permeable pavement system, green roof and bioretention) at home and abroad for , runoff pofu-

tion, and puP'owvards some suggestions for the development of Ww irnpact development technology in the futureto provide references for

the research and practice of Ww impact development technology in China.Keyworbs: non - point source pofution; permeable pavement system; green roof; bioretention; purification effect随着中国城市化的快速发展，渗水地表被硬化 水环境面临严峻挑战％目前,虽然点源污染得到了 有效的控制，但以雨水径流为主的面源污染已成为 中国城市水体污染的主要来源&'%为解决城市化 带来的水环境污染、水生态破坏和水资源短缺等一

的不透水地面所替代，加剧了城市面源污染,城市水 环境恶化已成为制约中国城市可持续发展的核心问

2题。据美国环保局的报告显示:美国江河湖海中三 分之二的污染负荷来自于面源污染，其中55%的首

系列的突出水问题，中国相继引入国外多种现代城

要污染源就是城市雨水径流污染，雨水径流成为造 成全美水体污染的第三大污染源[] %中国2016年

市雨水管理的设计理念和技术措施，例如美国的低

1冲击开发模式和暴雨最佳管理措施、澳大利亚的水

水资源公报指出：118个湖泊水质评价中低于皿类 水质标准的湖泊占比高达76.3%；湖泊营养状况评

敏性城市设计以及英国的可持续城市排水系统 等叫价结果显示，三分之二以上湖泊为富营养湖泊，城市 为了有效控制城市内涝、削减雨水径流污染和

收稿日期：2018-05-24作者简介:许浩浩，男，主要从事海绵城市、绿色建筑、城市水资源化方面研究。E - maii： 1920653270@ qq. com99人民珠江2019年第10期实现雨水资源化，在借鉴国外发达国家对城市雨水 径流控制方面成熟的理论成果和实践经验的基础

上,我国实行低影响开发的建设模式,提出了建设海

绵型城市。但是目前主要集中于低影响开发技术削

减雨水径流量和削减洪峰方面的研究，对于运用低

影响开发技术控制城市面源污染的效果及影响因素 等方面研究较少，有待进一步的研究以发挥低影响

开发技术对城市雨水水量和水质的综合控制效果。

1低影响开发技术概述低影响开发\"LIN）是在暴雨最佳管理措施的基

础上逐步完善发展而来的，其核心理念是维持城市 场地开发前后的水文特征保持不变，减少对环境的

冲击和破坏,主要通过构建分散的、多样化的和小规

模的源头控制措施对雨水径流进行滞蓄、渗透、存 蓄、净化［1］,以达到削减暴雨径流量峰值、延缓峰值 时间、改善雨水径流水质和补给地下水、促进雨水资

源利用和水生态环境保护的目的。目前，中国应用

较为广泛的LID措施主要包括透水铺装系统、绿色 屋顶和生物滞留池等，均是通过减少不透水面积、增

加雨水渗透和净化来实现对城市雨洪的可持续管

理。2低影响开发技术控制径流污染

2.1透水铺装系统控制径流污染Wei等⑷研究表明,透水路面对雨水径流中重

金属、油脂、TSS、COD和BOD5等均有显著的净化效 果，对TP和TN的去除效果不稳定（表1）% Eli

等［5］研究显示,透水混凝土路面对重金属和TSS的 去除率要高于TP和NH： -N% Jiny等⑷研究表明，

透水砖路面和透水混凝土路面对TSS、TP、COD、重

金属及石油类均有良好的去除效果，而对TN的去

除效果较差,2种铺装均发生了显著的NO3- -Nr

放现象，导致NO3- - N出水浓度明显高于进水，但

透水砖路面对NH： - N去除效果要优于透水混凝

土路面％ Drake等⑺研究表明,透水沥青路面对凯

氏氮和氨氮的削减效果比不透水沥青路面要好，但 对亚硝态氮和硝态氮的削减效果反而不理想％

Zhang等⑷研究显示,透水连锁混凝土路面比普通

沥青路面对TP的去除率要高,透水连锁混凝土路

100面和普通沥青路面的TP出水浓度分别为0. 01 -0. 28、0. 03 -0.98 mg/L%表1透水铺装系统净化径流污染效果

％序号TNN町-NTP TSSCOD重金属[[4]10345.0-87.290.15582.62&5]-57-5536.0-78.075.0 -93.0-83.0- 100.03[10]75-66.0-8299.04[11]88-95-99.075.0 -93.0-100.0王俊岭等⑼研究陶粒、沸石、膨润土和粉煤灰

对污染物的削减效果，结果表明,沸石对TN的削减

效果最佳，膨润土对TP、COD和Cu2t的削减效果最

好％因此建议将沸石作为骨料，膨润土作为添加剂

制成改性基层，这样可以大幅度提高去污能力％试

验显示&10',相比石英砂和碎石，水泥对COD、TP和

TN的吸附作用显著，最大吸附量分别达到了 2.00、 0. 65、1.45 mg/L,因此水泥可作为面层或基层的改 性材料％ Gidhar等&11 '采用砂、沸石、铁粉和方解石

等材料改性透水路面面层，结果表明,优化后的系统

对氮磷的去除效率稳定而高效％ Seung等［12］研究显 示，采用10%人工沸石、10%硅灰和3%玻璃纤维制

作面层的透水路面对氮和磷的去除率高达85. 71%

89.29% %上述研究表明，透水铺装系统通过面层及基层 的过滤、吸附和截留以及微生物的吸收等作用可以

有效去除径流中多种污染物，但对氮磷的去除率较

低，因此可以通过改良面层和基层材料及优化其组

合配比来强化系统脱氮除磷的效果%2. 2 绿色屋顶控制径流污染Duan等&13'试验显示，绿色屋顶径流中NH3 -

N、TP和P0：- _ P浓度较沥青屋顶低，而NO3- - N 和TN浓度较高，污染物输出负荷中，除TN和N03-

-N外，其余污染物均有所削减（表2 ）% Zheng 等［14］研究表明，与普通混凝土屋顶相比，绿色屋顶

对TN和COD的去除效果较好，对TP的去除效果

较差,TP出水浓度高于进水,绿色屋顶成为TP的释 放源％王书敏等&15'研究表明，土壤层厚度为100 -

150 mm的绿色屋顶对氮磷的削减效果显著，并没有

出现污染物泄漏的现象，但对总氮的削减率低于氨

人民珠江2019年第10期氮。Wang等［16］研究表明，区域内全部绿化的屋顶 对TP、TN和TSS削减效果最佳，峰值浓度分别降低 了 16.0%、-12.2%和21.0%,平均浓度分别降低 了 0.9%、-1.7%和13. 1% ,TN浓度削减率随屋顶

绿化率的增加而降低，但TSS和TP浓度削减率随 屋顶绿化率的增加而升高。表2绿色屋顶净化径流污染效果%序号TNN町-Nno3_-nTPTSSCOD[[13]-466.0975.35-1141.1865.164071.772&14'47.20——-11.40—48.103[15]74.0085.0091.0075.00——4[16]29.80——31.6040—Chen等&17'研究表明,颗粒物粒径越小,有机质

的含量越高,运行时间越长，绿色屋顶对污染物的净

化效果越好;夏季和秋季屋顶径流中污染物浓度比 春季和冬季污染物浓度要低;根茎细长、抗旱耐涝、 适应性强的植物对径流水质有显著的改善，而植物

丰富度对绿色屋顶的净化效果没有显著影响。Shen 等［18］研究表明,厌氧稳定污泥会造成TP和TN的

大量淋失，给水厂污泥能有效控制TP淋失,稻壳炭 能有效控制TN淋失％因此,建议以给水厂污泥或

稻壳炭为土壤改良剂来达到增强系统脱氮除磷的效

果。张彦婷等［19］试验得出当田园土、珍珠岩和椰糠 的比例为1： 1：2时，绿色屋顶的水质净化效果最佳。

Shen等&20'试验显示，绿色屋顶对PAHs的平均负荷

削减率高达71. 76%，设施对PAHs的去除率随基质

层厚度的增加而增大。Zhang等&21'研究表明，绿色

屋顶本身的基质材料可能会成为氮磷污染物的释放 源,提出以珍珠岩、沸石、膨润土、蛭石和粉煤灰等作

为改良剂可以提高去除效果％还发现，基质层厚度 与污染物去除率存在正相关关系，对污染物的吸附 作用随基质层厚度增加而增强。上述研究表明，绿色屋顶对污染物的去除效果 受基质材料及厚度、坡度、季节、降雨强度及植被类

型等因素影响，表现出对氮磷的处理效果较差，但通

过土壤基质的吸附截留、植物以及微生物的吸收作 用可以有效去除径流中的重金属、悬浮物和COD等

污染物。因此,为了提高绿色屋顶脱氮除磷的效果,

可以从改良土壤基质及优化组合配比、适当增加基 质层厚度和延长运行时间等方面进行优化。2.3生物滞留池控制径流污染李俊奇等［22］研究表明，生物滞留池对TSS、

CODNO3-、-重金属及浊度等均有显著的削减效果，对TN、

N、TP和P0：- -P的削减效果较差（表3 ）% Gao等［23］研究显示,生物滞留池对重金属、TSS、油

脂及致病菌有很好的去除效果，对氮磷的去除效果

不理想，其中对TN及NH； - N的去除效果相对较

好，而对NO3- - N和TP的去除效果不稳定。当填 料中 质 氮磷的本

过 , 发生 重的氮磷浸出现象，导致NO3- - N及P的出水浓度高于

进水浓度％ QO等&如研究表明，生物滞留池对污染 物的削减率随着水力负荷的增大而减小，其中TN

及NH： -N的削减率在高、低负荷时相差10% ；还

发 pH、 力负荷 力 留 因素 重金的削减效果影响很小，而高渗透能力的填料对重金 属削减效果较好％研究表明,生物滞留池的净化效

果会随着TSS的堵塞而有所影响，建议1 ~2 a检查 并更换堵塞的填料。表3生物滞留池净化径流污染效果%序号TNNO3--NTATSSCOD重金属1 [ 22]22.00-45.40-9.00-20.20-86.30-769035.00 -96.20802[23]70.00-254.00-75.00-240.00-85.0090—903[25]80.0079.0098.0093 -9576.00904[28]58.66-74.8829.35 -74.5678.37 -93.90—68.65 -82.86—仇付国等［25］研究表明,15%铝污泥和85%沸石 作为填料并

没区 的生物滞留 磷 重金属的控制能力大幅度增加。胡爱兵等［26］试验得出 以65%河沙、5% -10%营养土和5% -30%壤质土 为填料时，生物滞留池的净化效果最好。罗艳红［27］

经过试验,优选出5%粉煤灰、5%有机质和90%河

沙组成混合填料的生物滞留池对磷的削减效果最 好。Xu等［28］研究表明，当沸石、麦饭石、铝污泥、河 砂的配比为3： 1： 1： 5时，系统对污染物的净化效果

最佳。钱佳欢等［29］研究表明,生物滞留池对Cu、Zn 和Pb等典型重金属的去除效果较好,去除率分别为

70.9% - 98.1%、77.6% - 98.5%、71.7% -101人民珠江2019年第10期98. 6%，且去除率受进水浓度影响较小;土壤层对重 金属的去除率最高，添加沸石可以增加重金属的去

除效果，去除率最高可增加40% ,而植物对重金属

的去除影响不大% Chen等&30〕指出选择植物时应选

用常绿的本土植物，注重混合种植和景观协调，同时

要多选择功能性植物，其数量不能小于50%,特别 是具有脱氮除磷能力的植物％此外,还要注意种植

密度及种植时间％上述研究表明,生物滞留池通过填料、植物和微

生物等的过滤、吸附、吸收和降解等作用可以显著去

除径流中的重金属、TSS、COD和油脂等污染物，但

对氮磷处理效果较差％因此,可以通过基质改良及

优化组合配比、设计淹没区和配置植物等提高处理

效果％3结论与展望低影响开发技术作为海绵城市建设的核心，可

以有效缓解城市内涝以及控制城市面源污染问题% 但目前中国对于低影响开发技术主要集中在消纳暴

雨径流方面的研究,缺乏对径流污染的削减效果及 去除机理的研究％因此，为了能充分发挥低影响开

发技术对面源污染的控制效果，今后应从以下两点

进行研究:①深入研究各种低影响开发技术对径流

污染物的去除机理及影响因素，通过建立水质净化 效果与影响因素之间的水质模型，从结构设计、基质

改良及优化组合配比和运营维护管理等角度出发,

找出优化低影响开发技术对污染物净化效果的方

法;②重点研究多种低影响开发技术之间串联的效

果，将透水铺装系统、绿色屋顶和生物滞留池等结合 起来，共同发挥对污染物的净化效果,尤其是对氮磷

的去除，同时运用智慧化管理思想，将物联网、大数

据及计算机等现代化信息手段运用在低影响开发技 术的日常维护中，使其高效发挥对径流污染的控制

能力。参考文献：& 1' QIN F G, CHEN L X. Research pmomss on contaminants removal

from stormwater mnoff by bioretention& J]. Environmental Engineey-

ing,2016,10(4) ：1593 - 1602.[2]庄景,刘敏娜，黄超•基于海绵城市设计的老城区面源污染控制102体系&J]•浙江农业科学,2017,58(2) ：298 -302.[3 ] WANG X F, LIN H, YUAN XZ, et al. Construction of the urban wa­

ter environmental pollution contml system based on the eccOogicai i­deas of watee sensitive urban design & J ]. Acta Ecologica Sinica, 2016,36(1) ：30 -43.[4] JIANG W,SHA A M, XIAO J J, et al. Experimensi study on filtm-

tion effect and mechanism of pavement runoff in permeable asphalt pavement] J]. Construetion and Building Materials, 2015,100 ： 102

-110.[5 ] ELI G. Analysis and evaluation of stormwatee quantity and quality

performance for three permeable pavement systems i Fort Collins

& D]. Fort Collins: Colorado State University ,2013.[6] JIN J R, LI T, SHI Z B. Performance of applying scale permeable

pavemenie for contml of runoff pSluyon in an area witi high ground- wator levei[ J]. Environmentai Sciencc ,2017,38(6) ：2379 - 2383.[7 ] DRAKE J, BRADFORD A, SETERS T V. Stomlwator qulita of

spring - summee - fall effluent from three partiai - infiltm - tion pee-

meabaepaeementsystemsand coneentionaaasphaatpaeement[ J] . Journai of Environmentai Management ,2014,139 ：69 - 79.[8 ] ZHANG B H, LI J K, LI Y J. Pmomss i the permeable pavement

technology for Low - impact Development ( LID) & J ]. Water Re­sources & Water Engineering,2017,28(4) ：137 - 144.[9]王俊岭，聂练桃,王雪明，等•透水铺装改性基层对典型径流污染

物动态除污实验研究& J].科学技术与工程,2017,17 (34 ):

347 -352.& 10]王俊岭，刘栓,张玉玉，等.透水混凝土铺装常用材料对径流污

染物的吸附性能试验研究&J] •混凝土,2016,(10) ： 143 -147.[11 ] PRABHUKUMAR G. Development of permeable reactive filter sys­

tems ( PRFS ) for treatment of urban stormwater mnoO[ D]. Chica­go :Graduate Colleve of the Illinois Institute of Technology ,2013.[12] SEUNG B P, BYUNG J L, JUN L,et ai. A study on the seawater

purification characterisecs of water - permeable concrete using recy­cled aggrevate [ J ]. Resources, Consemation and Recycling, 2010 , 54(10) ：658 -665.[13 ] DUAN B L, ZHAO J W,GAO Y, et ai. ContrcO effect of green roofs

on roof runoff pollutants] J]. Environmentai Science & Technology, 2013,36(9) ：57 -59.[14] ZHEN M F,DENG Y,LIN R F, et al. Influence of two greenroofs

on runoff quantity and quality & J]. Zhejiang University ( Engineering

Science) ,2013,47(10) ：1846 -1851.[15] 王书敏，于慧，张彬，等•绿色屋顶技术控制城市面源污染应用

研究进展& J] •重庆文理学院学报(自然科学版)，2011,30 (4 )：

59 -64.[16] WANG S M,LI XY,ZHANG J H,et ai. Influence of green mof ap­

plication on water quantity and quality in urban revion & J]. Applied人民珠江2019年第10期Ecology, 2014,25(7) ：2026 -2032.from stormwater runof by bioretention[ J]. Environmentai Engineer­ing,2016 ,10(4) ：1593 - 1602.[17] CHEN X P, HUANG P, ZHOU Z X, et ai. A review of green rooO

peWbmlancc towards management of rooO omoV] J ]. Applied Ecolo- gy,2015,26(8)：2581 -2590.[25] 仇付国，代一帆，卢超，等•基质改良和结构优化强化雨水生物

滞留系统除污[J] •中国给水排水,2017,33(7) ：157 -162.[26] 胡爱兵，李子富,张书函，等•模拟生物滞留池净化城市机动车

道路雨水径流[J] •中国给水排水,2012,28(13) ：75 -79.[18 ] SHEN Q R, LI T, CAO Y, et ai. Extensive green rooO substrate com­

position based on sludge recycling [ J ]. Environmentai Science,

2017,38(7) ：2953 -2960.[19] 张彦婷，郭健康，李欣，等•利用正交设计研究屋顶绿化基质对

[27] 罗艳红.雨水生物滞留设施对道路径流中氮磷的控制效果研究

及应用[D] •北京:北京建筑大学,2013.雨水的滞蓄效果[J]•上海交通大学学报,2015,33(6) ：53 -60.[20] SHEN Q R, HOU J, LI T. Removai of polycyclic aromatic hydrocar­

[ 28 ] XUP, HUANG JJ, ZHANG JQ, etao.Reseaech on somuotaneous

removai of nitrogen and phosphorus ia runVO rainwater by bioreten-

bons by extensive green roofs [ J ]. Environmentai Science, 2016 , 37(12) ：4700 -4705.[21] ZHANGR,HOUYY,LIUZC,eta.Eoectanaysosooeunooontee-

ceptongand po,utoon eeducongcapacotyoogeeen eooosubsteates[ J] . Environmentai Engineering ,2017 ,35(11) ：42 - 46.toon[ J] . En eoeonmenta oSc oence &Techno oogy,2017,40( 2) ： 107 -

112.[29 '钱佳欢，滕俊伟,张海平•生物滞留设施去除模拟道路径流中典

型重金属的中试& J] •净水技术2016,35(1) ：88-91.[ 30] CHENY, YANGW, WANGJB, etao.Desogn and maontenanceoo

veyetation in bioretention facilities [ J ]. China Water &Wastemater, 2017,33(12) ：6 -11.[22] 李俊奇，向璐璐，毛坤，等•雨水花园蓄渗处置屋面径流案例分

析&J].中国给水排水,2010,26(10) ： 129 -133.[ 23 ] GAO X L, ZHANG S H, XIAO J, eta.Reseaech Deeeopmentoo

Filter Media ia Stormwater Bioretention Faci//es[ J ]. China Water & Wasternater ,2015 ,31(20) : 17 - 21.(责任编辑:程茜)[ 24] QIUFG, CHEN LX.Reseaech peogeeson contamonantseemoeao

(上接第59页)[66] ANDERSSON E, BARTHEL S, BORGSTROM S, et ai. Recon­

necting cities to te biosphere: Stewardship of green inUastructuro

43(4)： 516 -529.[69] DEMUZERE M, ORRUK, HEIDRICHO, et ai. Mitivating and a-

daptongtocoomatechange： Muoto-ounctoonaoand muoto-scaoeas- sesmentoogeeen ueban onoeasteuctuee[ J] 7JouenaoooEneoeonmen- tai Manaaement, 2014 , 146 : 107 - 115.

and urban ecosystem services [ J ]. Ambio, 2014 , 43 (4) : 445 - 453.[ 67] GOMEZ-BAGGETHUNE, BARTONDN.Coasooyongand eaou-

ing ecosystem 86110X0 for urban planning[ J]. EcoWgical Econom-

[ 70] FLETCHERTD, ANDRIEUH, HAMELP.Undeestandong, man-

agementand modeongooueban hydeoogyand otsconsequencesooe

ocs, 2013, 86： 235 -245.receiving watec： A state of the art [ J ] . Advances in Water Re- soueces, 2013, 51： 261 -279.[68] HANSEN R, PAULEII S. From multifunctionaith to multiple eco­

system semices? A conceptuai framework for multifunctional/y in

geeen onoeasteuctueepoannongooeueban aeeas [ J] .Amboo, 2014,(责任编辑：向飞)103