1、隨著城市化的發(fā)展，硬化不透水地面的大面積出現，改變了雨洪徑流形成的下墊面條件，引發(fā)了一系列的城市雨水問題，如城市水循環(huán)的破壞、地下水補給的減少、內澇的發(fā)生、徑流對河道的侵蝕、以及雨水徑流中污染物對自然水體的污染。越來越多的國家和地區(qū)已意識到城市雨水問題的嚴重性，并開展了不同規(guī)模的雨洪管理研究、提出了多種雨洪管理措施。其中，生物滯留池作為可同時解決城市雨水水量和水質問題的典型低影響開發(fā)措施，在發(fā)達國家廣泛應用。生物滯留池對大多數污染物均有

2、較好的去除效果，但對氮素的去除卻不盡如人意，常出現出水NO3-濃度高于進水的情況。一些研究采用在生物滯留池底部設置內部儲水層的方法，提高反硝化作用，但效果并不穩(wěn)定。生物炭是利用廢棄有機物質在缺氧條件下熱解炭化產生的固態(tài)產物，具有較強的陽離子交換能力、較大的比表面積、豐富的孔隙結構、有機碳含量高且結構穩(wěn)定、難以降解等特點。本文提出了將生物炭施用于生物滯留池填料土的全新應用方向，以解決生物滯留池氮素去除差的問題。
　　為了研究上述應用

3、的可行性，本文分析了不同種生物炭在理化特性、營養(yǎng)物質淋溶、氨氮吸附等方面的差異，并通過土柱入滲試驗探究生物炭對NH4+和NO3-的處理效果，在此基礎上選擇了適用于雨水處理的生物炭;通過實驗研究了生物炭對填料土氨氮吸附和水分特征曲線的影響;構建了兩組中試規(guī)模的生物滯留池，測定了對照組(Ctrl)和添加了生物炭的實驗組(Exp)生物滯留池的滲透系數，并通過模擬降雨入滲試驗檢驗生物炭的施用對生物滯留池的水力特性和氮素去除的改善效果;進而運用H

4、YDRUS-1D軟件對生物滯留池的產流過程進行模擬預測。
　　研究表明，同溫度制成的雞糞炭(PLC)的pH、灰分、陽離子交換量(CEC)比木屑炭(HWC)更高，但C/N比和比表面積不及HWC;pH、灰分、C/N比、比表面積隨熱解溫度升高而增大，CEC則減小。PLC在去離子水(DI)和人工模擬降雨徑(SW)連續(xù)10次的淋洗過程中比HWC釋放了更多的營養(yǎng)鹽，但主要集中在第1次淋洗。除了在400℃下制成的HWC釋放了少量的org-N(0

5、.07μmol·g-1)，HWC基本無氮素淋溶。500℃下熱解成的PLC在淋洗過程中釋放了7.1-8.6μmol·g-1 N，而400℃下熱解的PLC釋放了120-127μmol·g-1 N，主要為org-N。生物炭對NH4+有較好的吸附性，SW中的離子競爭會抑制NH4+的吸附。對所測生物炭而言，NH4+的吸附量與生物炭比表面積呈負相關，而與CEC呈正相關。NH4+吸附的主要機理是離子交換。土柱入滲試驗中，加入了10％生物炭的土柱對進水

6、濃度為2mg·L-1的NH4+去除率可達90％以上，而純砂土柱NH4+去除率僅為1.7％。HWC和高溫熱解的PLC較適合用于雨水處理。
　　選用在550℃下由黃松木制成的生物炭以4％(w/w)加入標準生物滯留池填料土中，提高了填料土pH、降低了容重、增大了總孔隙率和CEC。施用生物炭的填料土對NH4+的去除率提高了31-114％。Freundlich模型相較Langmuir模型能夠更好地擬合填料土的NH4+吸附等溫線(R2＞0.9

7、883)。生物炭的施用使填料土有效水含量提高了294％，飽和含水量增加了1.4倍。運用RETC軟件和vanGenuchten模型能夠較好擬合填料土的水分特征曲線(R2＞0.9969)，并由此得到水力特征參數。
　　建成的中試生物滯留池，有生物炭添加的Exp比Ctrl的飽和滲透系數大1.5倍、水力停留時間長1.6h、持水量增加約15％。生物炭通過增加填料土持水、降低溶解氧、提高pH、增加碳源、降低氧化還原電位等途徑促進生物滯留池內反

8、硝化的發(fā)生;同時通過其可逆的苯醌-苯酚官能團，為反硝化提供除碳源外的電子供體。有生物炭添加的Exp滲流區(qū)對NO3-N的濃度削減達30.6-92.9％，而Ctrl滲流區(qū)僅為-6-43.5％。對NO3-N的削減隨著土壤溫度的升高而加強。
　　HYDRUS-1D可以較好的模擬生物滯留池的產流過程(R2＞0.9783)。在不同降雨條件下，Exp的水力表現均優(yōu)于Ctrl，具體表現為持水量增加，出流減少;處理量增加，溢流減少;產流延遲和洪峰延