バイオリテンション

バイオリテンションは、雨水流出から汚染物質と沈殿物を除去するプロセスです。バイオリテンションセルの主な目的は、ピーク流出を弱めるとともに、雨水流出の汚染物質を除去することです。

雨水はまず、設計された処理エリアに導かれます。この処理エリアは、通常、砂床（実際の土壌への移行として機能する）、フィルター メディア層（さまざまな組成の層状材料で構成）、フィルター メディア上の植物で構成されています。^{[1]水処理残渣（WTR）、ココナッツの殻、}バイオ炭などのさまざまな土壌改良剤が長年にわたって提案されてきました。^{[2] [3]}これらの材料は、汚染物質の除去に関してパフォーマンスが向上したと報告されています。流出水はまず砂床の上または砂床を通過します。砂床は流出水の速度を遅くし、表面の有機層および/または地被植物とその下の植栽土壌で構成される貯水エリアの長さに沿って均等に分散します。バイオリテンション エリアの植栽土壌に貯留された水は、数日かけて下の土壌に浸透します。^[4]

バイオリテンションエリアの各コンポーネントは、特定の機能を果たすように設計されています。草の緩衝帯は、流入する流出水の速度を低下させ、流出水から粒子をろ過します。砂床も速度を低下させ、粒子をろ過し、バイオリテンションエリアの長さにわたって流れを広げます。植栽土壌の通気と排水は、0.5 m (20 インチ) の深さの砂床によって行われます。貯水エリアは、流出水が蒸発または浸透する前に一時的に保管する場所を提供します。草のフィルターストリップまたは砂床でろ過されなかった粒子の一部は、貯水エリア内に沈殿します。^[4]

有機層またはマルチ層は汚染物質をろ過し、石油由来製品やその他の有機物を分解する微生物の増殖に適した環境を提供します。この層は森林の落ち葉と同様の働きをし、下層の土壌の浸食と乾燥を防ぎます。植栽されたグランドカバーも浸食の可能性を減らしますが、マルチよりもわずかに効果的です。浸食条件前の最大シート流速は、植栽されたグランドカバーで毎秒0.3メートル（毎秒1フィート）、マルチで毎秒0.9メートル（毎秒3フィート）です。^[5]

植栽土壌の粘土は、炭化水素、重金属、栄養素、その他の汚染物質の吸着場所を提供します。また、植栽土壌の空隙によって雨水貯留も行われます。貯留された水と水と土壌の栄養素は、植物に吸収されます。バイオリテンションエリアのレイアウトは、ユーティリティの位置、下層土壌、既存の植生、排水などのサイトの制約を考慮した上で決定されます。ローム質砂質土壌のあるサイトは、掘削した土壌を埋め戻して植栽土壌として使用できるため、植栽土壌を輸入するコストがかからないため、バイオリテンションに特に適しています。周囲の土壌層が不安定で、粘土含有量が 25 パーセントを超える土壌は、バイオリテンションの使用を妨げる可能性があります。傾斜が 20 パーセントを超えるサイトや、最善の管理方法の建設中に除去される成木のあるサイトも同様です。^[6]

亜鉛、鉛、銅などの汚染微量金属は、不浸透性表面（道路や歩道など）からの雨水流出水に含まれています。レインガーデンや雨水プランターなどの処理システムでは、バイオリテンション層を利用して雨水流出水に含まれる重金属を除去します。溶解した重金属は道路の堆積粒子と結合し、バイオリテンションシステムによって捕捉されます。さらに、流出水がろ過される際に、重金属はバイオリテンション媒体内の土壌粒子に吸着する場合があります。^{[7]実験室実験では、バイオリテンションセルは、雨水流出水の典型的な金属濃度の水から、亜鉛、銅、鉛、}カドミウムをそれぞれ94%、88%、95%、95%以上除去しました。これは水質改善にとって大きな利点ですが、バイオリテンションシステムには重金属除去能力に限界があります。これは、特に重金属負荷量が高い地域では、最終的にバイオリテンションシステムの寿命を左右します。^[8]

寒冷気候におけるバイオリテンションセルによる金属除去は、温暖な環境における除去と同等か、わずかに低かった。寒い季節には植物の活動が低下するため、重金属のほとんどは植物の根に吸収されずにバイオリテンション媒体に留まると考えられる。^[9]そのため、雨水流出に重金属汚染物質が含まれる地域では、処理システムの寿命を延ばすためにバイオリテンション層の除去と交換が必要になる。