面向海绵城市的深圳市园林土壤质量及其生物质炭提升途径

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随着全球城镇化率的不断提高,城市扩张带来了土地资源的占用和消耗。大范围路面硬化减少了城市透水面积,在城市建设过程中为避免雨水在不透水地表汇集,往往通过对雨水管道整改,实现大暴雨级别时雨水的快排功能,但这种方式只是暂时减缓了城市内涝,且大量雨水资源被白白浪费。而海绵城市概念的提出,强调了充分发挥城市自然下垫面的透水保水功能,将城市看作水分涵养系统,雨水充沛时可以将其吸收至保水层,短缺时可以通过人工或者自然蒸发的形式回到城市系统中发挥作用。但城市土壤却由于人类活动(踩踏,机械碾压等)减弱甚至丧失了对雨水的吸纳功能;另一方面城市的扩张带来了园林建设的发展,绿化面积不断攀升,园林废弃物也逐渐成为市政处置的负担。现有处置技术(堆肥、焚烧发电等)受到各方面因素制约,而生物质炭化作为绿色且安全的工程技术适合在城市中进行分布式建设,且园林生物质炭高比表面积,高吸附性,高保水性等特点与海绵城市建设的理念相契合,若将生物质炭化技术应用于城市园林废弃物处置,并利用园林生物质炭进行城市土壤改良与提升,不仅可以提升海绵城市建设的自然下垫面功能,也能形成城市园林废弃物的生态闭合循环。因此,本研究以深圳市为例,调查分析城市土壤质量,调研城市园林废弃物储量与处理方式,最后以园林废弃物热解炭化生产的生物质炭为材料,进行生物滞留池设施填料层生物质炭改良室内试验和园林绿地生物质炭海绵土壤场外野外试验,试验生物质炭材料的污染物拦截功能与保水透水功能,为城市园林废弃物的处置和海绵城市建设提供科学依据和技术参考。得到的主要研究结果如下:(1)深圳市园林土壤整体质量较差。建成区园林土壤整体呈弱碱性,土层较薄,全土有机质含量仅为6.79g.kg-1左右,其他各项理化指标整体变异性较强,且类型间差异不显著。建成区园林土壤平均容重高达1.6g·cm-3,饱和含水量<25%,压实严重,保水能力差,海绵体功能较差;(2)深圳市园林废弃物日常年产生量为30多万吨,资源化利用方式以堆肥和焚烧发电为主,日常及应急处置过程质量损耗均超过65%,资源化利用不足,产品经济价值低,政府应给予企业的相关补贴,以保障这一环境服务产业的持续发展。同时政府需对从事园林废弃物应急处置的专业公司加以重视,以提升应急处理效率及资源化利用水平,支持园林废弃物就地循环提升城市生态环境功能;(3)采用园林废弃物热解炭化生产生物质炭,试验表明生物质炭填料层过滤系统对水分入渗及滞留效果均有明显提升,脱氨效果十分显著,且随用量增加而线性提升,同时可能因生物质炭的电子受体的作用,生物质炭填料层也具有脱硝(NO3-)效果。不过,化学耗氧量(COD)和总磷的去除效果还有待改进提升。显示园林生物质炭应用于园林土壤在提升园林土壤生态环境功能上具有显著潜力;(4)利用园林废弃物炭化的生物质炭制作生产海绵土壤,表现出具有良好的入渗性与持水性,在大雨级别的降雨事件中能够有效缓解径流产生时间超过20分钟,且能够显著提升有效水分保持能力(>30%),同时径流污染物COD,TP,NO3-等潜在污染物的截留能力提升>30%,且明显促进绿地植物(例如台湾草)生长和生物量生产集群健康水平,显著增强绿地植物的抗逆境胁迫能力。通过土壤质量调查评价和园林废弃物处置的调研,本文研究将废弃物处理与建设海绵土有机接合,实现了园林生物质炭回用于城市海绵土壤改造,为生物质炭在城市土壤中的应用提供新思路。
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