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温度对雨水生物滤池系统中营养物质去除效率的影响 摘要：在天然水体中，营养物质过多会导致富营养化。城市雨水是城市化程度较高地区的重要营养来源，因此为减少营养负荷，必须进行处理。生物滤池采用土壤，生物膜和植物作为过滤介质，是处理营养物质的良好选择。本文展示了一份生物滤池在低温下（+2°C，+8°C，对照+20°C）的实验结果。低温可能使生物滤池处理效果出现一些特殊的问题。悬浮污染物如TSS和大部分的磷被很好的去除了，低温对其没有负面影响。然而氮没有降低，特别是在滤池中产生了NOX。这种现象可以用不充分脱氮原理和实验柱中的高度浸滤来解释。 关键词:生物滤池；低温；营养物质；雨水处理 绪论 　　在天然水体中，营养过多会导致富营养化。(Browman et al.,1979; Pitt et al., 1999; Kim et al., 2003)雨水径流是城市化程度较高地区的重要营养物质来源，因此为减少营养负荷，必须进行处理。 　　雨水生物处理，又名生物滞留池，能除去雨水中的营养物质，防止接收水体的富营养化，是一种很好的处理方式。一组生物滤池包括置于建于高位的沟或槽以及其中中的过滤介质。过滤介质放置在凹槽中，顶部保持一定水深，底部有收集处理水的管道。通过过滤介质中的机械作用和生物化学作用对雨水进行净化，植物及过滤介质和植物根系中的生物膜也对雨水有净化作用。(Prince George’s County, 2002; Hsieh and Davis, 2005). 　　目前进行的几个实验表明，磷，磷酸盐和铵盐有明显的去除，但硝酸盐的去除率很低（有时为负）。(Davis et al., 2001; Lloyd et al., 2001; Henderson et al., 2007).但是，考虑到生物滤池仍然是一项相对年轻的技术，只能得到有限的运行数据。当在持续或暂时低温地区运行生物滤池时，由于生物活性降低，生长期缩短，以及适合的植物种类减少，会出现一些特殊的问题。然而，考虑到在寒冷的亚高山带，控制良好的湿地系统也可以取得较高的营养去除率，生物滤池系统仍可能在这些情况下运行良好。（Heyvaert et al., 2006).生物滤池在非冻结地区寒冷季节时的降雨条件下（温带气候下的秋冬季节及春季；寒温带气候下的秋季，晚春和夏季）的处理效率是其成功运行的决定因素。 　　本文展示了一份生物滤池在不同温度下运行效果的初步结果。其目的是测定雨水生物滤池在低温条件下对营养物质处理的效果，分析了温度和处理效率之间是否相关。 材料和方法 实验准备 　　实验在15个pvc雨水管道（内径377mm，截面积0.11m2，高900mm）制成的生物滤池中型实验生态系（生物滤池柱）中进行。上部（高400mm）透明，能够贮存水的同时让光线透入，使植物能正常生长。内壁做喷砂处理，防止水沿池壁产生短流。底部设排水管（直径58mm），用于取处理水样（图1、图2）。 柱中的过滤介质分为四层（如图2，由上至下）： 沙壤土层，400mm，粗砂到中等砂，上部100mm加有20%表层土， 砂层，400mm，中等砂到细砂， 过渡层，30mm，粗砂以及 排水层，70mm，内部埋设排水管的细碎石。 　　生物滤池柱上种植广泛分布于北半球的灰株苔草(Anderberg and Anderberg, 2006)。柱内植物密度为每柱8株植物，大约相当于每平方米73株植物的密度。在种植于柱中之前，植物已在户外生长5周，使根系充分发育。之后将其移植到生物滤池柱中，用自来水浇灌，生长两个月。 图1 温室中的生物滤池柱 图2 生物滤池柱的结构 为调查温度对生物滤池处理效果的影响，实验在三个恒温器控制的温室内进行，设计温度分别为+2°C, +8°C, +20°C（对应+35.6°F,+46.4°F,+68°F）每个温室内放置五个生物滤池柱（图1）。温室中的空气温度每隔15分钟由一台EBI 20-T型（8°C）和两台EBI 2T-112型（2°C和20°C）袖珍湿温度记录器（德国斯塔特埃布罗电子出品）记录一次。所有生物滤池柱每天都用高压温室钠灯（激动力技术出品，400W, 55000Lm）照明12小时。 实验步骤 雨水　靠自然降雨无法获得需要的雨量。实验期间需要稳定的水质，而天然雨水不能在水质不发生显著改变的条件下贮存。因此，本实验中使用的是模拟的雨水。实验用水是混合自来水和沟锅沉积物，调节使之达到设计TSS浓度，再加入特定的污染物使其达到设计污染物浓度，如表1所示（只显示了营养物质；重金属亦有添加，本文中不作说明）为保证水质和气温与实际情况相符，对每种雨水应用，都有其对应的配制水。实验用水在相对应的温度（+2°C, +8°C, +20°C）下贮存至少24小时后才能注入生物滤池柱。