本文作者：鄧文珊李田作者單位：同濟大學環境科學與工程學院
1生物蓄滲設施的構造與作用
生物蓄滲又稱雨水花園[1]，是城市暴雨徑流最佳管理措施（BMPs）最常用的設施之一，也是低影響開發（LID）的重要組成部分。生物蓄滲設施常用來控制小範圍不透水鋪面內的污染徑流，比如停車場、道路周邊以及屋面等。生物蓄滲設施是在小塊凹地上回填由土壤和有機物組成的高滲透性介質，填充的介質應使系統的入滲性能良好，並支持植物生長。典型的生物蓄滲設施包括具有一定坡度的植草緩衝帶（在繁華地段一般不設置）、種有植物的溢流區、覆蓋層、0.75~1.0m的填料介質和一層薄的砂濾層[2]。生物蓄滲設施的出水可用於補充地下水，在土壤不適合用生物蓄滲下滲水補給的場合，一般設置礫石層或者暗渠，暗渠連入城市排水系統，使出水最終進入地面水體。生物蓄滲設施的填料介質承擔污染負荷去除的作用，覆蓋層起保持土壤濕度和消解污染的作用，而砂濾層的作用是進行二次過濾以及作為填料介質和暗渠/地下土壤的過渡帶。生物蓄滲設施具有多種功能包括：基流和地下水補給，污染預防與控制，河道侵蝕控制，峰值流量削減[3]。國外二十年的研究顯示生物蓄滲設施出水的懸浮固體、營養鹽、碳氫化合物以及重金屬含量都較低，系統還能有效控制病原菌、熱污染、油脂等其他問題，並且對水量的削減作用明顯，可以判斷進水污染負荷的降低是徑流量減少和污染物濃度降低的綜合作用結果如圖1所示。
2生物蓄滲技術的運行效果
2.1生物蓄滲技術的水質改善
2.1.1懸浮固體（SS）
主要是自然或人為活動產生的一些細顆粒，比如粘土、細沙、植物殘骸、交通工具磨損下來的顆粒、機器脫落下來的皮革粒子、病原菌等，並且顆粒上還可能攜帶有毒或某些重要的污染物。若以SS作為唯一的目標污染物，有過渡層和暗渠以防止細顆粒滲漏的土壤過濾裝置可達到90%以上的去除率[4]。深度過濾和濾餅過濾是去除SS的兩大機制，因為介質具有微小尺寸，使得大部分的顆粒通過物理攔截作用被去除。SS的直徑恰好是介質孔徑的1.2倍時最有利於過濾作用的發生，且間歇進水方式比連續進水方式對顆粒的捕集能力更強[4]。室內模擬試驗發現進水SS不能滲透到介質深度5~10cm以下，若是現場試驗裝置，則不能滲透到大約20cm以下。這表明若以去除徑流中的SS為主要目標，20cm的介質深度已經足夠，這也被作為介質更換的深度標準。SS可能攜帶有毒的或是其他種類的污染物，因此有必要認識污染物的空間配置，這樣有助於處理設施和維護措施的選擇，比如是否應該部分或全部替換介質。
2.1.2氮（N）
生物蓄滲設施對TN的去除率為30%~60%，對NH+-N4的去除率為70%以上，NO--N3去除率為-254%~90%。對NO--N3的去除效果波動很大，因NO--N3本身的陰離子特性，使其不易為介質保持，在系統中遷移性很強[5]。在生物蓄滲設施中，徑流中的N通常是先經氨化，然後在有氧條件下轉化為NOX-N，再通過反硝化反應轉化為N2而除去，TN的降低可以部分歸因於此。生物蓄滲設施截留的NH+-N4和有機N在間歇期被氧化為NO--N3，可能導致下次降雨過程中發生出水NO--N3濃度高於進水的情況，如果生物蓄滲介質通過工程改善或在自然條件下保持一定時間的濕潤狀態，則可發生NO--N3的部分反硝化過程[6]。Davis[7]研究證實碎報紙是促進反硝化反應的最佳碳源之一，它能有效降低出水NO--N3的濃度，對NO--N3的去除率可達到80%。馬里蘭州的兩個生物蓄滲設施（一個包含厭氧區，另一個沒有）對NO--N3去除率分別高達90%和95%，二者在NO--N3的去除方面並無顯著差異，因為兩系統的土壤均自然形成具有反硝化潛能的厭氧飽和區。為了提高生物蓄滲設施對NO--N3的去除效果，建議在設施的底部創造厭氧條件以促進反硝化作用的發生。厭氧區通過兩種方式實現，一是以上彎方式出水，使水不從底部流出，而是具有一定的水頭高度；二是使用上層高滲下層低滲的介質來實現，使水分在上層蓄積達到強化脫氮的效果[8]。同時添加3%~5%有機質（如木屑、草炭、鋸末、腐殖質、碎報紙等）為反硝化反應提供碳源。
2.1.3磷（P）
對P的去除主要是通過植物吸收和介質的滲濾作用實現。生物蓄滲試驗研究顯示了對P的去除率為70%~85%，而現場數據顯示P的去除效果波動很大。生物蓄滲設施介質的初始P含量對P的去除效果影響很大，北卡羅來納州的調查顯示對P的去除率為-240%~65%[9]。介質的P指數高（86~100），表明介質中P已經達到飽和，P的出水濃度因介質中P的滲漏反而增加；P指數低（10~30）能使介質具有更多的可交換離子總量，對出水P濃度的降低可能有利。使用低P指數介質的設施表現出更好的P去除效果，但是P指數過低（低於10），將導致植物無法成活。因此，若P是目標污染物，那麼有必要對介質進行檢測，確保其指數為10~30[10]。在介質不含過量有機物的情況下，即使不種植物的生物蓄滲設施對P的去除率也高達80%。若生物蓄滲設施的介質含有高有機質成分，則會因磷酸根的凈產出使得P的處理效果下降約40%左右[11]。雨水的pH變化（高於或低於中性條件）會造成土壤表面P的流失，但是P的出水濃度並不因pH變化而受影響。飛灰是一種具有巨大P吸附潛力的物質，可以作為輔助添加劑[12]。為提高P的去除效果，有必要控制介質中有機質的含量不超過10%，並適當添加粉煤灰、陶粒、飛灰等吸附劑。實際應用時，可預先分析徑流中溶解態與顆粒態P的分布，若顆粒態P的比例高，採用普通的過濾介質就可以達到較好的P去除效果；若溶解態P的比例高，可以考慮選擇富P植物或者向介質中添加吸附劑。
2.1.4重金屬
生物蓄滲設施進水中重金屬濃度不高，通常為μg／L水平，大部分的重金屬可在覆蓋層及介質的上表層除去。通過截留顆粒態以及吸附溶解態的重金屬，生物蓄滲工藝對大部分重金屬都能有效去除。Davis等[13]研究不同性質的雨水流經生物蓄滲設施時的運行效果，結果顯示進水的pH、持續時間、強度和重金屬濃度對系統內重金屬的去除效果影響很小，同時也發現顆粒態金屬如鋁和砷與溶解態金屬如銅和鋅的去除機理是不同的。Sun等[14]發現88%~97%的進水重金屬被土壤攔截，只有0.5%~3.3%的重金屬在植物中積累，但仍可通過收割吸附重金屬達飽和的植物以去除重金屬。重金屬僅有小部分被植物吸收是由於植物的種植密度非常低，因此為防止重金屬在生物蓄滲設施中累積，可以提高植物的種植密度並且及時收割吸附重金屬達飽和的植物。
2.1.5病原菌
從理論上看，生物蓄滲設施收集和過濾雨水之後，逐漸乾燥，細菌隨之暴露在乾燥環境和陽光刺激之下，大部分會被殺滅。Hunt等[15]早期對指示菌種的研究顯示生物蓄滲設施對它們有顯著的去除效果，總大腸桿菌和糞大腸桿菌的去除率都約70%，Rusciano等[16]的試驗研究得到了高達91.6%的糞大腸桿菌平均去除率。吸附和過濾是細菌從污水中去除的兩大主要機制。（1）在孔隙大於細菌體積的介質中，攔截細菌的主要機制是吸附作用，雙電層理論可用來解釋這種吸附反應發生的過程。雙電層理論認為顆粒相互吸引都發生在一個較短的距離（稱為初級最小：≤1nm）和一個較長的距離（稱為二次最小：5~10nm）處，在這兩個最小距離之間則是靜電斥力最強的區域[17]。細菌吸附到固體表面時發生了兩個步驟：第一步是可逆吸附，發生在細菌與介質表面的距離處於二次最小距離處，此時細菌克服其與表面的斥力，吸附到表面上；第二步是不可逆吸附，也稱為粘附，是一種需要大量能量的永久作用。（2）過濾機制則是細菌穿過孔徑小於細菌尺寸的孔道時發生的物理堵塞作用。因淤泥、粘土和細沙的孔徑在大多數細菌的尺寸範圍內，故介質的過濾作用可能成為阻止細菌進入水體的主要途徑。土壤含有一些細顆粒（如粘土和細沙）可以促進病原菌的物理攔截作用，因此可適當增加填充介質的細顆粒含量以去除病原菌[18]。酸性環境下，病原菌的死亡率可能升高，因此出水pH越低似乎越有利於去除細菌，但是低pH條件會損害受納水體的功能，新澤西州環保局提出pH的水質標準是6.5~8.5。目前認為最有效的提高病原菌去除效果的方式就是優化介質的組成，可以參照標準和經驗設計。
2.1.6油脂
採用進水油脂濃度為20mg／L的人工合成雨水進行試驗，發現生物蓄滲設施對油脂的平均去除率達96%[19]。覆蓋層中天然存在的細菌能在幾天內降解掉生物蓄滲設施攔截的碳氫化合物，表明覆蓋層可能是生物蓄滲設施中一個持續穩定的有機污染物控制點，Hong等[20]的試驗論證使用草皮覆蓋層可減少碳氫化合物的積累。由於油脂一般為持久性污染物，當生物蓄滲系統截留的油脂達到飽和時，系統對油脂的滯留作用可能消失，故需要考慮生物蓄滲系統油脂的積累問題。當設施運行一段時間後，若系統對油脂的去除效果變差，可以考慮更換覆蓋層，覆蓋層宜選用成本不高的材料。
2.1.7多環芳烴（PAHs）、溫度、pH和溶解氧
Blasi等[21]以USEPA公布的16種優先控制污染物（PAHs）為研究對象，發現生物蓄滲設施對PAHs的總去除率達90%。相對於取自更大深度的土壤樣品，生物蓄滲系統上部10cm處的樣品中PAHs濃度更大，排布更有序，從而可知為降低PAHs負荷，較淺的介質深度已經足夠。早期的研究顯示生物蓄滲設施可將進水溫度降低5~10℃，證明生物蓄滲系統可降低但是無法消除雨水中的熱污染。Sam等[22]研究發現在降雨事件中，出水溶解氧的濃度呈上升趨勢。生物蓄滲設施的介質具有將pH緩衝至6.0~8.0的巨大能力，故系統出水的pH並無明顯波動。
2.2生物蓄滲技術的水力性能
生物蓄滲通過延遲或削減洪峰流量、降低出流體積、同時提高下滲水量，能夠有效消解因不透水路面引發的地表徑流。維拉諾瓦的現場調查數據顯示雨水滲透作用在整個大暴雨降雨事件中持續存在。該場址設計徑流量為2.5cm，當降雨量不超過5.7cm時，不會產生溢流[23]。北卡羅萊納的生物蓄滲設施對3.8cm的暴雨洪峰徑流的削減率達99%，並且削減能力不受土壤滲透率和流量捕集大小的影響[24]。生物蓄滲在小降雨事件中通常有著良好的水力削減性能，但是在極端降雨情況下，運行效果會下降。提高生物蓄滲設施表面積與排水區域面積的比例、增加介質的深度，可在一定程度上提高生物蓄滲設施在大降雨事件中的表現。在我國徑流污染較重的情況下，建議採用滲透速率較大的介質，以提高生物蓄滲設施在大降雨事件中的水力性能。
3生物蓄滲技術的設計
3.1生物蓄滲設施表面積的設計方法
生物蓄滲設施常用的設計方法有3種。（1）基於達西定律的滲濾法；（2）初期徑流容積法；（3）基於匯水面積的比例估算法。國內初期雨水的污染問題已經得到廣泛的重視，將生物蓄滲技術作為初期雨水的控制措施，需要對當地初期雨水特性及量化標準進行研究，並根據初期雨水量確定設施規模。在有豐富的經驗時，採用比例估算法比較簡單如表1所示。
3.2介質選擇
選擇合適的介質對污染物的有效去除起著關鍵作用。各個地區土壤性質不同，介質的具體組成也有差別。比如馬里蘭州使用50%砂、30%表層土以及20%有機質（如木屑、腐葉）的混合介質、而德拉瓦州使用1／3砂、1／3泥炭、1／3有機物的混合介質，不過這兩種介質的成本都較高；北卡羅萊納州採用的介質由85%~88%的砂、8%~12%的粘土以及3%~5%的有機物組成，成本相對較低。在設計時要根據當地的具體情況來選擇介質，若當地土壤類型滿足粘土、有機質、滲透速率和植物生長的需要，可選擇單一的土壤作為填料介質，否則應採用混合介質。因土壤添加物的成本通常較高，需根據當地材料的供應能力而定，選擇最具成本效益的添加物類型。介質的深度最好不低於0.6m，種植有樹木的介質，其深度不得低於1.2m。近年來發現更多能在淺層土壤中生存的植物，因而介質層的深度可以降低，提高了生物蓄滲系統在地下水位高的地區的適用性。目前介質規範正在走向具體化與實用性。
3.3植物選擇
生物蓄滲設施中植物的工程效益沒有得到很好的定量，但是研究證實植物能通過多種途徑促進設施的短期以及長期運行效果。植物選擇應遵循以下原則：耐旱、且耐水淹時間在48h以上的陸生植物；根系發達的多年生本土植物，可以疏鬆土壤、增強滲透能力；考慮物種的合理規劃與搭配，兼顧景觀性與去污性。可供生物蓄滲設施使用的植物品種包括濕生、水生植物及耐水濕的喬木品種，也可使用具有一定耐澇能力的草坪草和觀賞草。在我國可選植物如表2所示。
4結論
生物蓄滲工藝通過過濾、吸附以及生物等作用，能降低污染負荷，針對特定目標污染物還能依靠裝置的設計、介質的優化和植物的選擇等來達到強化去除的效果。同時生物蓄滲技術能夠削減洪峰流量、控制徑流量，是目前較受歡迎的暴雨最佳管理措施。但有關生物蓄滲設施的設計與運行參數需要進一步研究和深化，逐步建立起囊括水質、水量以及生命周期成本等各方面的有效設計導則。研究的方向包括預處理方式與暗渠系統的設置、介質的深度與組成、植物選擇、維護措施與壽命估算、裝置設計的成本與效益等。
1生物蓄滲設施的構造與作用
生物蓄滲又稱雨水花園[1]，是城市暴雨徑流最佳管理措施（BMPs）最常用的設施之一，也是低影響開發（LID）的重要組成部分。生物蓄滲設施常用來控制小範圍不透水鋪面內的污染徑流，比如停車場、道路周邊以及屋面等。生物蓄滲設施是在小塊凹地上回填由土壤和有機物組成的高滲透性介質，填充的介質應使系統的入滲性能良好，並支持植物生長。典型的生物蓄滲設施包括具有一定坡度的植草緩衝帶（在繁華地段一般不設置）、種有植物的溢流區、覆蓋層、0.75~1.0m的填料介質和一層薄的砂濾層[2]。生物蓄滲設施的出水可用於補充地下水，在土壤不適合用生物蓄滲下滲水補給的場合，一般設置礫石層或者暗渠，暗渠連入城市排水系統，使出水最終進入地面水體。生物蓄滲設施的填料介質承擔污染負荷去除的作用，覆蓋層起保持土壤濕度和消解污染的作用，而砂濾層的作用是進行二次過濾以及作為填料介質和暗渠/地下土壤的過渡帶。生物蓄滲設施具有多種功能包括：基流和地下水補給，污染預防與控制，河道侵蝕控制，峰值流量削減[3]。國外二十年的研究顯示生物蓄滲設施出水的懸浮固體、營養鹽、碳氫化合物以及重金屬含量都較低，系統還能有效控制病原菌、熱污染、油脂等其他問題，並且對水量的削減作用明顯，可以判斷進水污染負荷的降低是徑流量減少和污染物濃度降低的綜合作用結果如圖1所示。
2生物蓄滲技術的運行效果
2.1生物蓄滲技術的水質改善
2.1.1懸浮固體（SS）
主要是自然或人為活動產生的一些細顆粒，比如粘土、細沙、植物殘骸、交通工具磨損下來的顆粒、機器脫落下來的皮革粒子、病原菌等，並且顆粒上還可能攜帶有毒或某些重要的污染物。若以SS作為唯一的目標污染物，有過渡層和暗渠以防止細顆粒滲漏的土壤過濾裝置可達到90%以上的去除率[4]。深度過濾和濾餅過濾是去除SS的兩大機制，因為介質具有微小尺寸，使得大部分的顆粒通過物理攔截作用被去除。SS的直徑恰好是介質孔徑的1.2倍時最有利於過濾作用的發生，且間歇進水方式比連續進水方式對顆粒的捕集能力更強[4]。室內模擬試驗發現進水SS不能滲透到介質深度5~10cm以下，若是現場試驗裝置，則不能滲透到大約20cm以下。這表明若以去除徑流中的SS為主要目標，20cm的介質深度已經足夠，這也被作為介質更換的深度標準。SS可能攜帶有毒的或是其他種類的污染物，因此有必要認識污染物的空間配置，這樣有助於處理設施和維護措施的選擇，比如是否應該部分或全部替換介質。
2.1.2氮（N）
生物蓄滲設施對TN的去除率為30%~60%，對NH+-N4的去除率為70%以上，NO--N3去除率為-254%~90%。對NO--N3的去除效果波動很大，因NO--N3本身的陰離子特性，使其不易為介質保持，在系統中遷移性很強[5]。在生物蓄滲設施中，徑流中的N通常是先經氨化，然後在有氧條件下轉化為NOX-N，再通過反硝化反應轉化為N2而除去，TN的降低可以部分歸因於此。生物蓄滲設施截留的NH+-N4和有機N在間歇期被氧化為NO--N3，可能導致下次降雨過程中發生出水NO--N3濃度高於進水的情況，如果生物蓄滲介質通過工程改善或在自然條件下保持一定時間的濕潤狀態，則可發生NO--N3的部分反硝化過程[6]。Davis[7]研究證實碎報紙是促進反硝化反應的最佳碳源之一，它能有效降低出水NO--N3的濃度，對NO--N3的去除率可達到80%。馬里蘭州的兩個生物蓄滲設施（一個包含厭氧區，另一個沒有）對NO--N3去除率分別高達90%和95%，二者在NO--N3的去除方面並無顯著差異，因為兩系統的土壤均自然形成具有反硝化潛能的厭氧飽和區。為了提高生物蓄滲設施對NO--N3的去除效果，建議在設施的底部創造厭氧條件以促進反硝化作用的發生。厭氧區通過兩種方式實現，一是以上彎方式出水，使水不從底部流出，而是具有一定的水頭高度；二是使用上層高滲下層低滲的介質來實現，使水分在上層蓄積達到強化脫氮的效果[8]。同時添加3%~5%有機質（如木屑、草炭、鋸末、腐殖質、碎報紙等）為反硝化反應提供碳源。
2.1.3磷（P）
對P的去除主要是通過植物吸收和介質的滲濾作用實現。生物蓄滲試驗研究顯示了對P的去除率為70%~85%，而現場數據顯示P的去除效果波動很大。生物蓄滲設施介質的初始P含量對P的去除效果影響很大，北卡羅來納州的調查顯示對P的去除率為-240%~65%[9]。介質的P指數高（86~100），表明介質中P已經達到飽和，P的出水濃度因介質中P的滲漏反而增加；P指數低（10~30）能使介質具有更多的可交換離子總量，對出水P濃度的降低可能有利。使用低P指數介質的設施表現出更好的P去除效果，但是P指數過低（低於10），將導致植物無法成活。因此，若P是目標污染物，那麼有必要對介質進行檢測，確保其指數為10~30[10]。在介質不含過量有機物的情況下，即使不種植物的生物蓄滲設施對P的去除率也高達80%。若生物蓄滲設施的介質含有高有機質成分，則會因磷酸根的凈產出使得P的處理效果下降約40%左右[11]。雨水的pH變化（高於或低於中性條件）會造成土壤表面P的流失，但是P的出水濃度並不因pH變化而受影響。飛灰是一種具有巨大P吸附潛力的物質，可以作為輔助添加劑[12]。為提高P的去除效果，有必要控制介質中有機質的含量不超過10%，並適當添加粉煤灰、陶粒、飛灰等吸附劑。實際應用時，可預先分析徑流中溶解態與顆粒態P的分布，若顆粒態P的比例高，採用普通的過濾介質就可以達到較好的P去除效果；若溶解態P的比例高，可以考慮選擇富P植物或者向介質中添加吸附劑。
2.1.4重金屬
生物蓄滲設施進水中重金屬濃度不高，通常為μg／L水平，大部分的重金屬可在覆蓋層及介質的上表層除去。通過截留顆粒態以及吸附溶解態的重金屬，生物蓄滲工藝對大部分重金屬都能有效去除。Davis等[13]研究不同性質的雨水流經生物蓄滲設施時的運行效果，結果顯示進水的pH、持續時間、強度和重金屬濃度對系統內重金屬的去除效果影響很小，同時也發現顆粒態金屬如鋁和砷與溶解態金屬如銅和鋅的去除機理是不同的。Sun等[14]發現88%~97%的進水重金屬被土壤攔截，只有0.5%~3.3%的重金屬在植物中積累，但仍可通過收割吸附重金屬達飽和的植物以去除重金屬。重金屬僅有小部分被植物吸收是由於植物的種植密度非常低，因此為防止重金屬在生物蓄滲設施中累積，可以提高植物的種植密度並且及時收割吸附重金屬達飽和的植物。
2.1.5病原菌
從理論上看，生物蓄滲設施收集和過濾雨水之後，逐漸乾燥，細菌隨之暴露在乾燥環境和陽光刺激之下，大部分會被殺滅。Hunt等[15]早期對指示菌種的研究顯示生物蓄滲設施對它們有顯著的去除效果，總大腸桿菌和糞大腸桿菌的去除率都約70%，Rusciano等[16]的試驗研究得到了高達91.6%的糞大腸桿菌平均去除率。吸附和過濾是細菌從污水中去除的兩大主要機制。（1）在孔隙大於細菌體積的介質中，攔截細菌的主要機制是吸附作用，雙電層理論可用來解釋這種吸附反應發生的過程。雙電層理論認為顆粒相互吸引都發生在一個較短的距離（稱為初級最小：≤1nm）和一個較長的距離（稱為二次最小：5~10nm）處，在這兩個最小距離之間則是靜電斥力最強的區域[17]。細菌吸附到固體表面時發生了兩個步驟：第一步是可逆吸附，發生在細菌與介質表面的距離處於二次最小距離處，此時細菌克服其與表面的斥力，吸附到表面上；第二步是不可逆吸附，也稱為粘附，是一種需要大量能量的永久作用。（2）過濾機制則是細菌穿過孔徑小於細菌尺寸的孔道時發生的物理堵塞作用。因淤泥、粘土和細沙的孔徑在大多數細菌的尺寸範圍內，故介質的過濾作用可能成為阻止細菌進入水體的主要途徑。土壤含有一些細顆粒（如粘土和細沙）可以促進病原菌的物理攔截作用，因此可適當增加填充介質的細顆粒含量以去除病原菌[18]。酸性環境下，病原菌的死亡率可能升高，因此出水pH越低似乎越有利於去除細菌，但是低pH條件會損害受納水體的功能，新澤西州環保局提出pH的水質標準是6.5~8.5。目前認為最有效的提高病原菌去除效果的方式就是優化介質的組成，可以參照標準和經驗設計。
2.1.6油脂
採用進水油脂濃度為20mg／L的人工合成雨水進行試驗，發現生物蓄滲設施對油脂的平均去除率達96%[19]。覆蓋層中天然存在的細菌能在幾天內降解掉生物蓄滲設施攔截的碳氫化合物，表明覆蓋層可能是生物蓄滲設施中一個持續穩定的有機污染物控制點，Hong等[20]的試驗論證使用草皮覆蓋層可減少碳氫化合物的積累。由於油脂一般為持久性污染物，當生物蓄滲系統截留的油脂達到飽和時，系統對油脂的滯留作用可能消失，故需要考慮生物蓄滲系統油脂的積累問題。當設施運行一段時間後，若系統對油脂的去除效果變差，可以考慮更換覆蓋層，覆蓋層宜選用成本不高的材料。
2.1.7多環芳烴（PAHs）、溫度、pH和溶解氧
Blasi等[21]以USEPA公布的16種優先控制污染物（PAHs）為研究對象，發現生物蓄滲設施對PAHs的總去除率達90%。相對於取自更大深度的土壤樣品，生物蓄滲系統上部10cm處的樣品中PAHs濃度更大，排布更有序，從而可知為降低PAHs負荷，較淺的介質深度已經足夠。早期的研究顯示生物蓄滲設施可將進水溫度降低5~10℃，證明生物蓄滲系統可降低但是無法消除雨水中的熱污染。Sam等[22]研究發現在降雨事件中，出水溶解氧的濃度呈上升趨勢。生物蓄滲設施的介質具有將pH緩衝至6.0~8.0的巨大能力，故系統出水的pH並無明顯波動。
2.2生物蓄滲技術的水力性能
生物蓄滲通過延遲或削減洪峰流量、降低出流體積、同時提高下滲水量，能夠有效消解因不透水路面引發的地表徑流。維拉諾瓦的現場調查數據顯示雨水滲透作用在整個大暴雨降雨事件中持續存在。該場址設計徑流量為2.5cm，當降雨量不超過5.7cm時，不會產生溢流[23]。北卡羅萊納的生物蓄滲設施對3.8cm的暴雨洪峰徑流的削減率達99%，並且削減能力不受土壤滲透率和流量捕集大小的影響[24]。生物蓄滲在小降雨事件中通常有著良好的水力削減性能，但是在極端降雨情況下，運行效果會下降。提高生物蓄滲設施表面積與排水區域面積的比例、增加介質的深度，可在一定程度上提高生物蓄滲設施在大降雨事件中的表現。在我國徑流污染較重的情況下，建議採用滲透速率較大的介質，以提高生物蓄滲設施在大降雨事件中的水力性能。
3生物蓄滲技術的設計
3.1生物蓄滲設施表面積的設計方法
生物蓄滲設施常用的設計方法有3種。（1）基於達西定律的滲濾法；（2）初期徑流容積法；（3）基於匯水面積的比例估算法。國內初期雨水的污染問題已經得到廣泛的重視，將生物蓄滲技術作為初期雨水的控制措施，需要對當地初期雨水特性及量化標準進行研究，並根據初期雨水量確定設施規模。在有豐富的經驗時，採用比例估算法比較簡單如表1所示。
3.2介質選擇
選擇合適的介質對污染物的有效去除起著關鍵作用。各個地區土壤性質不同，介質的具體組成也有差別。比如馬里蘭州使用50%砂、30%表層土以及20%有機質（如木屑、腐葉）的混合介質、而德拉瓦州使用1／3砂、1／3泥炭、1／3有機物的混合介質，不過這兩種介質的成本都較高；北卡羅萊納州採用的介質由85%~88%的砂、8%~12%的粘土以及3%~5%的有機物組成，成本相對較低。在設計時要根據當地的具體情況來選擇介質，若當地土壤類型滿足粘土、有機質、滲透速率和植物生長的需要，可選擇單一的土壤作為填料介質，否則應採用混合介質。因土壤添加物的成本通常較高，需根據當地材料的供應能力而定，選擇最具成本效益的添加物類型。介質的深度最好不低於0.6m，種植有樹木的介質，其深度不得低於1.2m。近年來發現更多能在淺層土壤中生存的植物，因而介質層的深度可以降低，提高了生物蓄滲系統在地下水位高的地區的適用性。目前介質規範正在走向具體化與實用性。
3.3植物選擇
生物蓄滲設施中植物的工程效益沒有得到很好的定量，但是研究證實植物能通過多種途徑促進設施的短期以及長期運行效果。植物選擇應遵循以下原則：耐旱、且耐水淹時間在48h以上的陸生植物；根系發達的多年生本土植物，可以疏鬆土壤、增強滲透能力；考慮物種的合理規劃與搭配，兼顧景觀性與去污性。可供生物蓄滲設施使用的植物品種包括濕生、水生植物及耐水濕的喬木品種，也可使用具有一定耐澇能力的草坪草和觀賞草。在我國可選植物如表2所示。
4結論
生物蓄滲工藝通過過濾、吸附以及生物等作用，能降低污染負荷，針對特定目標污染物還能依靠裝置的設計、介質的優化和植物的選擇等來達到強化去除的效果。同時生物蓄滲技術能夠削減洪峰流量、控制徑流量，是目前較受歡迎的暴雨最佳管理措施。但有關生物蓄滲設施的設計與運行參數需要進一步研究和深化，逐步建立起囊括水質、水量以及生命周期成本等各方面的有效設計導則。研究的方向包括預處理方式與暗渠系統的設置、介質的深度與組成、植物選擇、維護措施與壽命估算、裝置設計的成本與效益等。
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