摘要
城市中因植物养护喷洒农药而导致径流中存在大量的难降解有机物，造成水体污染，并对水生态造成威胁。生物滞留系统是一种广泛应用的雨洪管理措施，也是中国海绵城市建设的优选技术之一。生物滞留系统不仅可削减径流总量和峰值流量，还可实现径流污染物的净化，但其对径流雨水中的农药去除效果较差且不稳定。本研究通过构建传统型（BRS）和强化型生物滞留系统（EBRS），研究了生物炭强化生物滞留系统（BC-EBRS）、电化学强化生物滞留系统（E-EBRS）和生物炭-电化学耦合强化生物滞留系统（BC-E-EBRS）对典型农药（阿特拉津，ATZ）和常规污染物的去除性能，探讨了强化型生物滞留系统调节参数（生物炭添加量、生物炭添加位置、电流密度、电解时间）对污染物去除的影响，以及初始ATZ浓度、径流量和降雨强度等环境因子对不同强化系统除污性能的影响。通过对生物炭的表征和土壤中ATZ含量的测定，以及降解中间产物的识别和微生物群落结构的解析，探究了不同系统中ATZ的去除机理，进一步阐明强化型生物滞留系统对难降解污染物去除的作用机制。本研究的主要结论如下： （1）考察了生物炭添加量、生物炭添加位置、电流密度、电解时间对污染物去除的影响。BC-EBRS对ATZ的去除能力与生物炭的添加量呈正相关（r=0.983，plt;0.05），其中添加6%的生物炭可去除72.64%的ATZ，相较于种植层，将生物炭添加至淹没层更利于污染物的去除。提高电流密度有利于增强E-EBRS对ATZ、NO3--N和TN的去除，对TP的去除无影响，但会降低对NH4+-N的去除，而COD的去除随电流密度的增加而呈现出先增后降的趋势，最佳电流密度宜为2.01mA/cm2。同时，提高电解时间有利于系统对ATZ和COD的去除，但对TP的去除无影响，而NH4+-N、NO3--N和TN的去除则随电解时间的增加而下降，因此，电解时间宜控制4h。 （2）考察了初始ATZ浓度、径流量和降雨强度对不同强化系统除污性能的影响。ATZ初始浓度会显著影响BRS和EBRS系统的ATZ去除性能，去除率均随ATZ初始浓度的增加而下降。随径流量的增加，出水中ATZ、NO3--N、COD和TN浓度呈先升后降的趋势，甚至出现NO3--N淋洗现象，而径流量对NH4+-N和TP的去除无显著影响。ATZ、NH4+-N和TN的去除率均随降雨强度的增加而降低，NO3--N和COD去除率则呈波动变化，而降雨强度对TP的去除无显著影响。 （3）基于微生物群落结构、生物炭表征以及ATZ降解中间产物的测定等手段深入分析了强化型生物滞留系统中ATZ的去除机理。 结果：表明E-EBRS可通过电极形成电化学氧化和富集电活性菌（Desulfovibrio、Clostridium、Bacillus等）作用实现74.60%的ATZ去除，较BRS提高了22.17%。而BC-E-EBRS去除率可达90.26%，该系统可通过电化学和固态电子传递耦合与生物炭原位Fe改性作用增强系统对ATZ的的去除能力，同时生物炭和电化学的耦合作用可促进Paenarthrobacter、Arthrobacter、Bacillus等ATZ降解优势菌的富集，使其具有更高的ATZ降解能力。ATZ在强化型生物滞留系统中主要通过土壤吸附、生物炭吸附、电化学氧化和微生物降解等途径去除。
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