Биоудержание — это процесс, в котором загрязняющие вещества и осадки удаляются из ливневого стока . Основная цель ячейки биоудержания — смягчить пиковый сток, а также удалить загрязняющие вещества из ливневого стока.
Ливневые воды сначала направляются в спроектированную зону очистки, которая обычно состоит из песчаного слоя (который служит переходом к фактической почве), слоя фильтрующего материала (который состоит из слоистых материалов различного состава) и растений поверх фильтрующего материала. [1] На протяжении многих лет предлагались различные почвенные добавки, такие как остатки очистки воды (WTR), кокосовая скорлупа, биоуголь и т. д. [2] [3] Сообщалось, что эти материалы обладают улучшенными характеристиками с точки зрения удаления загрязняющих веществ. Сначала сток проходит по или через песчаный слой, который замедляет скорость стока, равномерно распределяет его по длине области пруда, которая состоит из поверхностного органического слоя и/или почвопокровного слоя и подстилающей посадочной почвы. Накопленная вода в зоне биоудержания посадочной почвы в течение нескольких дней отфильтровывается в подстилающие почвы. [4]
Каждый из компонентов области биологического удержания предназначен для выполнения определенной функции. Травяная буферная полоса снижает скорость входящего стока и отфильтровывает твердые частицы из стока. Песчаный слой также снижает скорость, отфильтровывает твердые частицы и распределяет поток по всей длине области биологического удержания. Аэрация и дренаж почвы для посадки обеспечиваются песчаным слоем глубиной 0,5 м (20 дюймов). Зона пруда обеспечивает временное место хранения стока до его испарения или инфильтрации . Некоторые твердые частицы, не отфильтрованные полосой травяного фильтра или песчаным слоем, оседают в зоне пруда. [4]
Органический или мульчирующий слой также фильтрует загрязняющие вещества и обеспечивает среду, благоприятную для роста микроорганизмов , которые разлагают продукты на основе нефти и другие органические материалы. Этот слой действует аналогично опавшим листьям в лесу и предотвращает эрозию и высыхание нижележащих почв. Посаженный почвопокровный материал также снижает потенциал эрозии, немного более эффективно, чем мульча. Максимальная скорость потока листа до наступления эрозионных условий составляет 0,3 метра в секунду (1 фут в секунду) для посаженного почвопокровного материала и 0,9 метра в секунду (3 фута в секунду) для мульчи. [5]
Глина в почве для посадки обеспечивает места адсорбции углеводородов, тяжелых металлов, питательных веществ и других загрязняющих веществ . Хранение ливневых вод также обеспечивается пустотами в почве для посадки. Сохраненная вода и питательные вещества в воде и почве затем доступны для поглощения растениями. Планировка области биоудержания определяется после учета ограничений участка, таких как расположение коммуникаций, подстилающих почв, существующей растительности и дренажа. Участки с суглинистыми песчаными почвами особенно подходят для биоудержания, поскольку вынутый грунт можно засыпать и использовать в качестве почвы для посадки, тем самым исключая затраты на импорт почвы для посадки. Нестабильный окружающий слой почвы и почвы с содержанием глины более 25 процентов могут исключить использование биоудержания, как и участок с уклонами более 20 процентов или участок со взрослыми деревьями, которые будут удалены во время строительства наилучших методов управления . [6]
Загрязняющие следы металлов, такие как цинк , свинец и медь, обнаруживаются в ливневых стоках с непроницаемых поверхностей (например, дорог и тротуаров). Системы очистки, такие как дождевые сады и плантации ливневых стоков, используют слой биологического удержания для удаления тяжелых металлов из ливневых стоков. Растворенные формы тяжелых металлов могут связываться с частицами осадка на дороге, которые затем улавливаются системой биологического удержания. Кроме того, тяжелые металлы могут адсорбироваться на частицах почвы в среде биологического удержания, когда стоки фильтруются. [7] В лабораторных экспериментах ячейки биологического удержания удаляли 94%, 88%, 95% и >95% цинка, меди, свинца и кадмия соответственно из воды с концентрациями металлов, типичными для ливневых стоков. Хотя это является большим преимуществом для улучшения качества воды, системы биологического удержания имеют конечную способность удалять тяжелые металлы. Это в конечном итоге будет контролировать срок службы систем биологического удержания, особенно в районах с высокой нагрузкой тяжелыми металлами. [8]
Удаление металлов ячейками биоудержания в холодном климате было аналогичным или немного ниже, чем в более теплых условиях. Растения менее активны в холодное время года, что предполагает, что большая часть тяжелых металлов остается в биоудерживающей среде, а не поглощается корнями растений. [9] Поэтому удаление и замена слоя биоудержания станут необходимыми в районах с тяжелыми металлами в ливневом стоке для продления срока службы системы очистки.