「バイオリテンションを用いた持続可能な雨水」

都市成長が未開発の土地を消費し続けるにつれて、不透水性表面からの雨水流出は水資源劣化への貢献者として重要性を増します。

不浸透性の表面は浸透と蒸発散を犠牲にして表面流出を作ります。これらの雨水の流れと量の増加は、小川や河川を浸食し、財産、小川、水生生物に重大な損害を与えます。流出物は、堆積物、栄養素(窒素とリン)、重金属(銅、鉛、亜鉛)、炭化水素、農薬、微生物、塩などを含む高濃度の多くの汚染物質を含みます。これらの化学物質は、雨が降っている間に建物、芝生、道路、車両から洗い流されます。流域の数パーセントの都市化でさえも、著しい河川への影響をもたらす可能性があります。

不浸透面の影響を軽減するために、バイオリテンションは「低影響」の雨水管理方法として推進されてきました。バイオリテンションは自然に根ざした雨水抑制対策です。植えられた植生のあるメディア層で構成されています。メディアは通常、深さ3〜4フィートの砂、表土、および有機物を混合したものです。池エリアはメディアの上に6から12インチの水をプールするように設計されています。細胞を排出し、フラッディングを防ぐために、培地の下に穴のあいたパイプの暗渠を配置することができる。様々な種類の植生が植えられています。基礎研究、応用研究、モニタリング研究が完了し、バイオリテンションのパフォーマンスとデザイン変数の影響が実証されました。

メリーランド州の病院でバイオリテンションセル

流出は不浸透性区域からバイオリテンション施設に向けられる。バイオリテンションは流速を緩やかにし、排出流水量を減らし、同時に汚染物質の大量排出を減らします。流入水の一部は地下水かん養となり、一部は蒸発する。施設の規模によって管理される流出量が決まります。これは、水が土壌の細孔に貯留され、施設の表面に浅い貯留が行われるためです。一般に、バイオリテンションセルは、不浸透性領域の排水路からの1インチの流出物を保持し、浸透させ、そして処理するなど、特定の不浸透性領域に適合するような大きさにされる。

バイオリテンションにおける単位処理プロセスを理解することは、水質性能の特徴付けとバイオリテンションデザインへの修正を可能にします。粒子状物質および堆積物(および堆積物に付着した汚染物質)は、濾過機構を介して非常に効果的に除去および処理することができ、堆積物を媒体表面に集める。沈殿物の除去は、培地の特性に大きく依存しません。みんな素晴らしい仕事をしている。堆積物はバイオリテンションの入り口に蓄積する可能性があり、定期的に除去する必要があるかもしれません。

バイオリテンション性能を支配する上で様々な媒体吸着プロセスが大きな役割を果たしています。溶存重金属および炭化水素は、媒体の有機および無機画分に強く吸着され、バイオリテンション処理された水の中のこれらの汚染物質の濃度は一般に低いです。これらの汚染物質の蓄積は、これらの施設の表面(および入口付近)で発生し、メンテナンスと清掃を容易にします。捕獲された石油系炭化水素は、バイオリテンション施設では時間が経つと生分解する可能性があることを示す証拠がいくつか存在します。

リンおよび窒素種は、典型的な生物保持処理にとってより問題が多い。どちらも伝統的なバイオリテンションデザインでは効果的に除去されませんが、栄養素は私たちの重要な水域の多くにとって重要な汚染物質です。堆肥のような高栄養分の物質の受精と使用は、バイオリテンション排出からの栄養素の高い放出につながる可能性があります。バイオリテンション設計に対する新規な修正は、リンおよび窒素除去のためのバイオリテンション施設の有効性を高めることができる。窒素除去は、吸着媒体の改良と生物学的変換の併用によって促進されるかもしれない。雨水中の窒素は有機窒素(粒子状と溶存両方)、アンモニウム、硝酸塩として存在します。有機窒素は濾過され、表面バイオリテンション媒体によって吸着され得る。降雨イベントの間に、有機窒素は徐々に分解してアンモニウムを放出し、その後アンモニウムは陽イオン交換反応によって媒体に保持されます。捕獲されたアンモニウムは事件の間に硝酸塩に硝化されると期待することができます。有機窒素とアンモニウムの両方の捕捉は、有機窒素化合物(活性炭など)を強く吸着し、陽イオン交換容量(ゼオライト)を増加させる物質を培地に添加することによって増強することができる。リンについては、除去を高めることは媒体中の非晶質アルミニウムおよび鉄のレベルを増加させることを伴う。非晶質アルミニウムおよび鉄鉱物は中性のpH範囲内でリンを強く吸着することが知られている。高鉄土の使用から、廃水処理施設での鉄くずや鉄くずの凝集物、鉄くずのようなアルミニウム材の添加まで、さまざまな媒体規格が検討されています。酸化アルミニウムでバイオリテンションメディアをコーティングすると、廃棄物を追加した場合よりもリン除去能力を高めることができます。無機および有機リン種の除去の強化は、限られた現場確認で、実験室研究で実証されている。

雨水管理対策における硝酸塩除去は複雑で、完全には理解されていません。脱窒は、バイオリテンションセルに内部貯水(IWS)ゾーンを追加することによって促進することができます。これは、セルの暗渠の放電点を約1フィート上昇させることによって行われ、降雨イベントの間にこの水深の地下貯蔵を可能にします。この貯蔵水は無酸素状態になり、脱窒が進行する可能性があります。典型的には、木材チップのような炭素源が脱窒のための電子供与体として作用するためにIWS層に添加される。脱窒は暴風雨イベントの間に発生する可能性がありますが、暴風雨イベントの期間中は効果的になるには遅すぎるように見えます。

植生は、目詰まりの防止、栄養素の取り込みと加工、美観の向上など、バイオリテンションパフォーマンスにさまざまな役割を果たします。活発な植生は、堆積物がバイオリテンションセルに運ばれ、表面の媒体によってろ過されるときに、媒体の孔を開いたままにすることによって目詰まりを防ぐことができます。植生は蒸発散による水分除去と植物の摂取による栄養素除去を助けます。これらのプロセスは成長期に最も活発です。持続可能性の観点から、植生の一部を収穫することは植生に蓄積された栄養素の除去を可能にし、それらが毎年の死滅の間にメディアに再導入されるのを防ぎます。

バイオリテンションに関する研究は続けられており、科学的および工学的原理の理解が深まっているだけでなく、生態系サービスおよび都市環境における人工緑地の社会的影響の評価に関する研究も行われています

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です