[发明专利]山地城市道路径流阶梯式脱氮装置

说明书

技术领域

本发明专利属于环境保护技术领域，具体涉及山地城市暴雨径流中氮素的去除，尤其适用于大坡度路面暴雨径流溶解性氮的去除。

背景技术

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。氮是植物、藻类和微生物生长的首要营养性限制因素，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[Collins K A, Lawrence T J, Stander E K, Jontos R J, Kaushal S S, Newcomer T A, Grimm N B, Cole Ekberg M L. Opportunities and challenges for managing nitrogen in urban stormwater: A review and synthesis[J]. Ecological Engineering, 2010,36: 1507–1519]。近年来，城市化的快速推进使得大量的原生态地面迅速转变为不透水下垫面，大大降低了暴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，城市暴雨径流对受纳水体氮素污染的贡献日益凸显[Davidson E A, Savage K E, Bettez N D, Marino R, Howarth R W. Nitrogen in runoff from residential roads in a coastal area[J]. Water Air Soil Pollution, 2010,210:3-13.]。据报道，很多国家和地区受纳水体氮素污染的50%以上来自城市暴雨径流，2/3 的河口水环境由于暴雨径流氮素污染而功能退化[Pitt R, Maestre A, Morquecho R. The National Stormwater Quality Database (NSQD, version 1.1)[DB]. Dept. of Civil and Environmental Engineering, University of Alabama, Tuscaloosa, AL. 2005.]。因此，关注城市暴雨径流氮素污染的高效控制意义重大。

山地城市地形复杂，暴雨径流峰短流急，对下垫面累积污染物的冲刷更为强烈，对受纳水体的水质安全威胁更为突出。课题组在对山城重庆不同下垫面暴雨径流氮素污染的长期研究中发现，溶解性氮是暴雨径流中氮素的主要赋存形态（占总氮的73-82%），而溶解性氮中又以无机氮为主（占总氮的63-82%）[何强,彭述娟,王书敏,王振涛.不同下垫面暴雨径流氮赋存形态分布特性及控制技术[J]. 土木建筑与环境工程,2012,34(5):147-153]。溶解性氮包括铵态氮、硝态氮、溶解性有机氮等几种形式，不同形态氮素的生物有效性不同，一般说来溶解性氮较固态氮更容易被生物利用。截至目前，针对溶解性氮素的去除手段还比较有限，传统湿地技术对于溶解性氮的去除效率也比较低，溶解性氮的高效去除还主要依赖“硝化-反硝化”的生物过程进行[Wilcock R J, Müller K, van Assema G B, Bellingham M A, Ovenden R. Attenuation of Nitrogen, Phosphorus and E. coli Inputs from Pasture Runoff to Surface Waters by a Farm Wetland: the Importance of Wetland Shape and Residence Time[J]. Water Air Soil Pollut., 2012,223:499–509]。 然而，“硝化-反硝化”过程的发生需要反应时间保障、碳源保障，以及“好氧-缺氧”交替的反应条件保障，这对于产流时间短、产流量大以及碳源相对不足的山地城市暴雨径流来说具有极大挑战。