摘要
城市化的快速发展导致了不透水面积增加，从而引发面源污染、城市内涝等一系列环境问题。生物滞留设施作为一种建设方便、适用范围广泛的绿色设施，是城市地表径流污染处理的代表性技术。径流中的持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)易被生物滞留设施截留，并能长期存在介质内部，不断累积，具有很强的生态毒性，最终威胁人类的健康。然而，对生物滞留设施去除POPs效果及其净化机理的研究仍存在许多不足，需要进一步探索与研究。本研究以沣西新城和西安理工大学中的生物滞留设施为研究对象，通过现场监测结合稳定碳同位素试验和模型模拟研究生物滞留设施对径流 POPs的净化效果和去除机理。主要研究结论如下： (1)通过监测西咸新区海绵城市试点区及西安理工大学内的降雨径流，明确地表径流中污染物的污染特征并对 POPs 进行来源解析及风险评价。雨水径流中多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)及有机氯农药(OCPs)浓度分别介于 4.558~968.4ng/L、1.085~34.013ng/L、3.78~67.27ng/L范围内。雨水径流中总磷(TP)大多处于2mg/L以下，而化学需氧量(COD)和悬浮固体(SS)浓度最高，COD浓度最高为 180.22 mg/L,SS浓度在单场次降雨中最高可达到582.2mg/L;重金属污染中，浓度从高到低依次为 Zn、Cu、Cd,污染程度较轻，其生态风险较低，总体来看，路面径流污染程度更高，且 SS为重金属与 POPs的重要载体。雨水径流 PAHs大部分来源于油类排放，低氯代 PCBs可能来自于历史残留，OCPs 主要来源于工业与历史残留。PAHs 生态风险较大，直接排放会造成较大危害；PCBs生态风险较低；OCPs中γ-HCH处中风险，DDT风险次之，需排查相关风险源。 (2)通过对已建成生物滞留设施的采样分析，研究碳氮磷、重金属Cu、Zn、Cd的去除效果，明确进出水中 POPs 的种类及浓度，评估生物滞留设施对 PAHs、PCBs 和OCPs的净化效果。结果表明雨水花园对碳氮磷、重金属的截留量和去除效果有一定差异，受填料类型及径流来源的影响，其中 S5(校内改良填料雨水花园：BSM+WTR)的去除效果最好，对碳氮磷和重金属Cu、Zn、Cd的削减率分别为72.8%~83.6%、70.9%~79.1%。生物滞留设施对 PAHS 的平均去除率在 63.8%~93.8%之间，且对高环的 PAHs 去除效率最高，其中 S5（校内改良填料雨水花园：BSM+WTR） 对 PAHS 的净化效果最好；对 PCBS 去除效果更为稳定介于 62.9%~98.4%之间，且对高氯代 PCBs 的去除效果更好；对 OCPs 的去除率最高可达到 99%，但不同组分 OCPs 的去除率并不稳定，且含有改良填料的雨水花园 S5（校内改良填料雨水花园：BSM+WTR）、S8（植生滞留槽）对 OCPs 的去除效果最好，建成时间最早的 S6（校内防渗型雨水花园） 去除效果最差。 (3)通过室内试验，基于稳定碳同位素滤柱试验对 POPs 在生物滞留滤柱中的迁移转化行为进行研究，以揭示POPs在生物滞留设施中的归趋行为。结果表明生物滞留滤柱中POPs的归趋方式和占比分别为：介质吸附（61.1%~70.0%）、植物吸收（8.9%~13.2%）、生物降解（1.15%~11.41%）、浸出（6.21%~8.87%）、挥发（0.17%~0.55%）。介质吸附主要发生在介质表层（0~20cm），随深度增加而减少；植物吸收主要依靠根部的吸附作用，高于茎叶的吸收作用；生物降解对芘（Pyrene）的降解作用最强，但对 PCB169 和 p, p’-DDT 的去除影响有限；挥发作用占比较小。重金属的存在对 POPs 的去除有一定抑制作用，介质吸附，矿化作用和植物吸收分别降低了 4.3%~6.4%，1.8%~8.3%和 1.5%~3.6%，而渗滤液中含量反而升高，对挥发作用的影响可忽略不计。SoilFug 模型可以模拟 POPs随径流进入土壤后的归趋行为，且对POPs在土壤中的累积浓度预测值十分接近实测值，表明该模型对介质累积情况模拟较好。
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