Please wait a minute...
Frontiers of Environmental Science & Engineering

ISSN 2095-2201

ISSN 2095-221X(Online)

CN 10-1013/X

Postal Subscription Code 80-973

2018 Impact Factor: 3.883

Front. Environ. Sci. Eng.    2017, Vol. 11 Issue (4) : 16    https://doi.org/10.1007/s11783-017-0982-y
REVIEW ARTICLE
A critical literature review of bioretention research for stormwater management in cold climate and future research recommendations
Hannah Kratky1, Zhan Li1, Yijun Chen1, Chengjin Wang1, Xiangfei Li2, Tong Yu1()
1. Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta T6G 1H9, Canada
2. City Planning, City of Edmonton, Edmonton, Alberta T5J 0J4, Canada
 Download: PDF(257 KB)   HTML
 Export: BibTeX | EndNote | Reference Manager | ProCite | RefWorks
Abstract

Bioretention in cold climate pushes the boundary of current applications.

Coarser media is required in cold climates to maintain hydraulic performance.

More research is needed on water quality performance of cold climate bioretention.

Bioretention is a popular best management practice of low impact development that effectively restores urban hydrologic characteristics to those of predevelopment and improves water quality prior to conveyance to surface waters. This is achieved by utilizing an engineered system containing a surface layer of mulch, a thick soil media often amended with a variety of materials to improve water quality, a variety of vegetation, and underdrains, depending on the surrounding soil characteristics. Bioretention systems have been studied quite extensively for warm climate applications, but data strongly supporting their long-term efficacy and application in cold climates is sparse. Although it is apparent that bioretention is an effective stormwater management system, its design in cold climate needs further research. Existing cold climate research has shown that coarser media is required to prevent concrete frost from forming. For spring, summer and fall seasons, if sufficient permeability exists to drain the system prior to freezing, peak flow and volume reduction can be maintained. Additionally, contaminants that are removed via filtration are also not impacted by cold climates. In contrary, dissolved contaminants, nutrients, and organics are significantly more variable in their ability to be removed or degraded via bioretention in colder temperatures. Winter road maintenance salts have been shown to negatively impact the removal of some contaminants and positively impact others, while their effects on properly selected vegetation or bacteria health are also not very well understood. Research in these water quality aspects has been inconsistent and therefore requires further study.

Keywords Bioretention      Cold climate      Low impact development      Stormwater     
Corresponding Author(s): Tong Yu   
Issue Date: 03 August 2017
 Cite this article:   
Hannah Kratky,Zhan Li,Yijun Chen, et al. A critical literature review of bioretention research for stormwater management in cold climate and future research recommendations[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 16.
 URL:  
https://academic.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-017-0982-y
https://academic.hep.com.cn/fese/EN/Y2017/V11/I4/16
recommended areas of future research in cold climates purpose
vegetation studies • to determine drought, water, and contaminant tolerant vegetation that can safely be utilized in all cold climate areas of broad geographical regions (e.g. in North America)
• these studies should also determine the impact that vegetation dormancy in winter has on the bioretention systems and analyze the potential of breeding hyperaccumulating plants
media studies • to determine a sufficient balance between using coarse media to enhance hydraulic performance in cold climate while maintaining sufficient water quality improvement
designing bioretention for both warm and cold climate • to determine the appropriate catchment basin required in cold climate as its treatment capacity will be decreased
• to determine if more rigorous pre-treatment designs may be required to account for the increased pollutant loads and if so, design these pre-treatment technologies
mechanism and long-term performance studies • to further investigate total and dissolved contaminant removal in both warm and cold climate
media amendment studies • to determine alternative amendments that are sustainable and enhance contaminant removal
• studying their long-term performance is also vital
temperature dependence studies • to determine the impact of cold climate on the physical and chemical interactions of various contaminants in bioretention to better design the systems for water quality improvement
studies on the impact of the freeze–thaw cycle on particulate contaminant removal • as long-term cold climate studies are rare, this research is required to determine if the freeze thaw cycle is an advantage or disadvantage for particle removal and if it is a disadvantage, how to mitigate it
de-icing salt studies • to further investigate their impact on contaminant removal, bacteria efficacy, and the potential for bioretention to permanently capture and treat the salts
bioretention disposal studies • to determine the end-of-life disposal requirements of these heavily polluted cells of bioretention media and trapped contaminants
Tab.1  Summarized gaps in current cold climate studies and recommended areas of research
1 Davis A P, Hunt  W F, Traver  R G, Clar  M. Bioretention technology: overview of current practice and future needs. Journal of Environmental Engineering, 2009, 135(3): 109–117
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2009)135:3(109)
2 Department of Environmental Resources. Bioretention Manual. Prince George’s County, Maryland, United States: Department of Environmental Resources, 2007,148
3 Hoban A T, Kennedy  K. Community perceptions of raingardens in residential streets at Bellvista estate. In: Proceedings of Water Sensitive Urban Design 2012. Melbourne, Australia: Engineers Australia, 2012, 362–369
4 Jia H F, Yao  H R, Yu  S L. Advances in LID BMPs research and practice for urban runoff control in China. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2013, 7(5): 709–720
https://doi.org/10.1007/s11783-013-0557-5
5 Kottek M, Grieser  J, Beck C ,  Rudolf B ,  Rubel F . World map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorologische Zeitschrift, 2006, 15(3): 259–263
https://doi.org/10.1127/0941-2948/2006/0130
6 Peel M C, Finlayson  B L, McMahon  T A. Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification. Hydrology and Earth System Sciences, 2007, 11(5): 1633–1644
https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007
7 NRCC (National Research Council of Canada). 2014 Alberta Building Code- Volume 2, Ninth Ed. Ottawa, Canada: NRCC, 2014
8 Géhéniau N ,  Fuamba M ,  Mahaut V ,  Gendron M R ,  Dugué M . Monitoring of a rain garden in cold climate: case study of a parking lot near Montreal. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2015, 141(6): 04014073
https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000836
9 Oberts G L. Cold climate BMPs: solving the management puzzle. Water Science & Technology, 2003, 48(9): 21–32
pmid: 14703136
10 Westerlund C, Viklander  M. Particles and associated metals in road runoff during snowmelt and rainfall. Science of the Total Environment, 2006, 362(1–3): 143–156
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2005.06.031 pmid: 16095672
11 Viklander M, Malmqvist  P A. Melt water from snow deposits. In: Proceedings of International Conference on Urban Storm Drainage 1993. Niagra Falls, Canada: IAHR and IAWQ, 1993, 429–434
12 Khan U T, Valeo  C, Chu A ,  van Duin B . Bioretention cell efficacy in cold climates: part 2-water quality performance. Canadian Journal of Civil Engineering, 2012, 39(11): 1222–1233
https://doi.org/10.1139/l2012-111
13 Davis A P. Field performance of bioretention: hydrology impacts. Journal of Hydrologic Engineering, 2008, 13(2): 90–95
https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(2008)13:2(90)
14 Ping L, Tao  Y. Low impact development design for urban stormwater management- a case study in USA. In: Proceedings of the International Symposium on Water Resource and Environmental Protection 2011. Xi’an, China: IEEE, 2011, 2741–2744
15 Roseen R M, Ballestero  T P, Houle  J J, Avellaneda  P, Briggs J ,  Fowler G ,  Wildey R . Seasonal performance variations for storm-water management systems in cold climate conditions. Journal of Environmental Engineering, 2009, 135(3): 128–137
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2009)135:3(128)
16 Khan U T. Bioretention cell efficacy in cold climates. Dissertation for the Master Degree (MR75226). Calgary: University of Calgary, 2011
17 Muthanna T M, Viklander  M, Thorolfsson S T . Seasonal climatic effects on the hydrology of a rain garden. Hydrological Processes, 2008, 22(11): 1640–1649
https://doi.org/10.1002/hyp.6732
18 He Z X, Davis  A P. Process modeling of storm-water flow in a bioretention cell. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2011, 137(3): 121–131
https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000166
19 Nyle C B, Ray  R W. The Nature and Properties of Soils. 14th ed. Columbus, United States: Pearson Prentice Hall, 2008
20 Brown R A, Hunt  W F. Improving bioretention/biofiltration performance with restorative maintenance. Water Science & Technology, 2012, 65(2): 361–367
https://doi.org/10.2166/wst.2012.860 pmid: 22233916
21 Malek E. Night-time evapotranspiration vs. daytime and 24 h evapotranspiration. Journal of Hydrology, 1992, 138(1–2): 119–129
22 Lucas J S, William  F, HuntW F III . Hydrologic and water quality performance of four bioretention cells in central North Carolina. In: Proceedings of Managing Watersheds for Human and Natural Impacts Conference 2005. Williamsburg, United States: ASCE, 2005, 1–12
23 Palhegyi G E. Modeling and sizing bioretention using flow duration control. Journal of Hydrologic Engineering, 2010, 15(6): 417–425
https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000205
24 Trowsdale S A ,  Simcock R . Urban stormwater treatment using bioretention. Journal of Hydrology (Amsterdam), 2011, 397(3–4): 167–174
https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.11.023
25 Khan U T, Valeo  C, Chu A ,  van Duin B . Bioretention cell efficacy in cold climates: part 1-hydrologic performance. Canadian Journal of Civil Engineering, 2012, 39(11): 1210–1221
https://doi.org/10.1139/l2012-110
26 Muthanna T M. Bioretention as a sustainable stormwater management option in cold climates. Dissertation for the Doctoral Degree. Trondheim: Norwegian University of Science and Technology, 2007
27 Paus K H, Morgan  J, Gulliver J S ,  Leiknes T ,  Hozalski R M . Assessment of the hydraulic and toxic metal removal capacities of bioretention cells after 2 to 8 years of service. Water, Air, and Soil Pollution, 2014, 225(1): 1803
https://doi.org/10.1007/s11270-013-1803-y
28 Hunt W F, Jarrett  A R, Smith  J T, Sharkey  L J. Evaluating bioretention hydrology and nutrient removal at three field sites in North Carolina. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2006, 132(6): 600–608
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2006)132:6(600)
29 Muthanna T M, Viklander  M, Gjesdahl N ,  Thorolfsson S T . Heavy metal removal in cold climate bioretention. Water, Air, and Soil Pollution, 2007, 183(1–4): 391–402
https://doi.org/10.1007/s11270-007-9387-z
30 Muthanna T M, Viklander  M, Thorolfsson S T . An evaluation of applying existing bioretention sizing methods to cold climates with snow storage conditions. Water Science & Technology, 2007, 56(10): 73–81
https://doi.org/10.2166/wst.2007.745 pmid: 18048979
31 LeFevre N J, Davidson  J D, Oberts  G L. Bioretention of simulated snowmelt: cold climate performance and design criteria. In: Proceedings of the 14th Conference on Cold Regions Engineering 2009. Duluth, United States: ASCE, 2009, 145–154
32 Stoeckeler J H ,  Weitzman S . Infiltration rates in frozen soils in northern Minnesota. Soil Science Society of America Journal, 1960, 24(2): 137–139
https://doi.org/10.2136/sssaj1960.03615995002400020020x
33 Denich C, Bradford  A, Drake J . Bioretention: assessing effects of winter salt and aggregate application on plant health, media clogging and effluent quality. Water Quality Research Journal of Canada, 2013, 48(4): 387–399
https://doi.org/10.2166/wqrjc.2013.065
34 Dietz M E. Low impact development practices: a review of current research and recommendations for future directions. Water, Air, and Soil Pollution, 2007, 186(1–4): 351–363
https://doi.org/10.1007/s11270-007-9484-z
35 Muthanna T M, Viklander  M, Blecken G ,  Thorolfsson S T . Snowmelt pollutant removal in bioretention areas. Water Research, 2007, 41(18): 4061–4072
https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.05.040 pmid: 17604808
36 Blecken G T, Marsalek  J, Viklander M . Laboratory study of stormwater biofiltration in low temperatures: total and dissolved metal removals and fates. Water, Air, and Soil Pollution, 2011, 219(1–4): 303–317
https://doi.org/10.1007/s11270-010-0708-2
37 Søberg L C ,  Viklander M ,  Blecken G T . Do salt and low temperature impair metal treatment in stormwater bioretention cells with or without a submerged zone? Science of the Total Environment, 2017, 579: 1588–1599
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.11.179 pmid: 27919558
38 Moghadas S, Gustafsson  A M, Viklander  P, Marsalek J ,  Viklander M . Laboratory study of infiltration into two frozen engineered (sandy) soils recommended for bioretention. Hydrological Processes, 2016, 30(8): 1251–1264
https://doi.org/10.1002/hyp.10711
39 Søberg L C ,  Viklander M ,  Blecken G T . The influence of temperature and salt on metal and sediment removal in stormwater biofilters. Water Science & Technology, 2014, 69(11): 2295–2304
https://doi.org/10.2166/wst.2014.161 pmid: 24901625
40 Le Coustumer S ,  Fletcher T D ,  Deletic A ,  Barraud S ,  Poelsma P . The influence of design parameters on clogging of stormwater biofilters: a large-scale column study. Water Research, 2012, 46(20): 6743–6752
https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.01.026 pmid: 22342313
41 Stephens D B, Miller  M, Moore S J ,  Umstot T ,  Salvato D J . Decentralized groundwater recharge systems using roofwater and stormwater runoff. Journal of the American Water Resources Association, 2012, 48(1): 134–144
https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2011.00600.x
42 Le Coustumer S ,  Fletcher T D ,  Deletic A ,  Barraud S . Hydraulic performance of biofilters for stormwater management: first lessons from both laboratory and field studies. Water Science & Technology, 2007, 56(10): 93–100
https://doi.org/10.2166/wst.2007.735 pmid: 18048981
43 Hatt B E, Fletcher  T D, Deletic  A. Hydraulic and pollutant removal performance of fine media stormwater filtration systems. Environmental Science & Technology, 2008, 42(7): 2535–2541
https://doi.org/10.1021/es071264p pmid: 18504993
44 Li H, Davis  A P. Heavy metal capture and accumulation in bioretention media. Environmental Science & Technology, 2008, 42(14): 5247–5253
https://doi.org/10.1021/es702681j pmid: 18754376
45 Paus K H, Muthanna  T M, Braskerud  B C. The hydrological performance of bioretention cells in regions with cold climates: seasonal variation and implications for design. Hydrology Research, 2016, 47(2): 291–304
46 Bratieres K, Fletcher  T D, Deletic  A, Zinger Y . Nutrient and sediment removal by stormwater biofilters: a large-scale design optimisation study. Water Research, 2008, 42(14): 3930–3940
https://doi.org/10.1016/j.watres.2008.06.009 pmid: 18710778
47 Fletcher T, Zinger  Y, Deletic A ,  Bratières K . Treatment efficiency of biofilters; results of a large-scale column study. In: Proceedings of the Rainwater and Urban Design 2007. Sydney, Australia: Engineers Australia, 2007, 266–273
48 Fassam E. Stormwater BMP treatment performance variability for sediment and heavy metals. Separation and Purification Technology, 2012, 84: 95–103
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.06.033
49 Brown R A, Hunt  W F III. Impacts of media depth on effluent water quality and hydrologic performance of undersized bioretention cells. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2011, 137(3): 132–143
https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000167
50 Water M. Water Sensitive Urban Design (WSUD) Engineering Procedures- Stormwater. Collingwood, Australia: CSIRO Publishing, 2005
51 Blecken G T, Zinger  Y, Deletic A ,  Fletcher T D ,  Hedstrom A ,  Viklander M . Laboratory study on stormwater biofiltration: nutrient and sediment removal in cold temperatures. Journal of Hydrology, 2010, 394(3–4): 507–514
https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.10.010
52 Blecken G T, Zinger  Y, Muthanna T M ,  Deletic A ,  Fletcher T D ,  Viklander M . The influence of temperature on nutrient treatment efficiency in stormwater biofilter systems. Water Science & Technology, 2007, 56(10): 83–91
https://doi.org/10.2166/wst.2007.749 pmid: 18048980
53 Szota C, Farrell  C, Livesley S J ,  Fletcher T D . Salt tolerant plants increase nitrogen removal from biofiltration systems affected by saline stormwater. Water Research, 2015, 83: 195–204
https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.06.024 pmid: 26150068
54 House W A, Jickells  T D, Edwards  A C, Praska  K E, Denison  F H. Reactions of phosphorus with sediments in fresh and marine waters. Soil Use and Management, 1998, 14(s4): 139–146
https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.1998.tb00632.x
55 Davis A P, Shokouhian  M, Ni S . Loading estimates of lead, copper, cadmium, and zinc in urban runoff from specific sources. Chemosphere, 2001, 44(5): 997–1009
https://doi.org/10.1016/S0045-6535(00)00561-0 pmid: 11513434
56 Lim H S, Lim  W, Hu J Y ,  Ziegler A ,  Ong S L . Comparison of filter media materials for heavy metal removal from urban stormwater runoff using biofiltration systems. Journal of Environmental Management, 2015, 147: 24–33
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.04.042 pmid: 25261749
57 Dean C M, Sansalone  J J, Cartledge  F K, Pardue  J H. Influence of hydrology on rainfall-runoff metal element speciation. Journal of Environmental Engineering, 2005, 131(4): 632–642
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2005)131:4(632)
58 Rieuwerts J S ,  Thornton I ,  Farago M E ,  Ashmore M R . Factors influencing metal bioavailability in soils: preliminary investigations for the development of a critical loads approach for metals. Chemical Speciation and Bioavailability, 1998, 10(2): 61–75
https://doi.org/10.3184/095422998782775835
59 Bradl H B. Adsorption of heavy metal ions on soils and soils constituents. Journal of Colloid and Interface Science, 2004, 277(1): 1–18
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.04.005 pmid: 15276031
60 Hatt B E, Steinel  A, Deletic A ,  Fletcher T D . Retention of heavy metals by stormwater filtration systems: breakthrough analysis. Water Science & Technology, 2011, 64(9): 1913–1919
https://doi.org/10.2166/wst.2011.188 pmid: 22020487
61 Clark S, Pitt  R. Filtered metals control in stormwater using engineered media. In: Proceedings of World Environmental and Water Resources Congress 2011. Palm Spings, United States: ASCE, 2011, 415–427
62 Blecken G T, Zinger  Y, Deletic A ,  Fletcher T D ,  Viklander M . Impact of a submerged zone and a carbon source on heavy metal removal in stormwater biofilters. Ecological Engineering, 2009, 35(5): 769–778
https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2008.12.009
63 Ponizovsky A A ,  Thakali S ,  Allen H E ,  Di Toro D M ,  Ackerman A J . Effect of soil properties on copper release in soil solutions at low moisture content. Environmental Toxicology and Chemistry, 2006, 25(3): 671–682
https://doi.org/10.1897/04-621R.1 pmid: 16566151
64 Yin Y, Impellitteri  C A, You  S J, Allen  H E. The importance of organic matter distribution and extract soil:solution ratio on the desorption of heavy metals from soils. Science of the Total Environment, 2002, 287(1–2): 107–119
https://doi.org/10.1016/S0048-9697(01)01000-2 pmid: 11883752
65 Temminghoff E J M ,  Van der Zee S E A T M ,  de Haan F A M . Copper mobility in a copper-contaminated sandy soil as affected by pH and solid and dissolved organic matter. Environmental Science & Technology, 1997, 31(4): 1109–1115
https://doi.org/10.1021/es9606236
66 Warren L A, Haack  E A. Biogeochemical controls on metal behaviors in freshwater environments. Earth-Science Reviews, 2001, 54(4): 261–320 
https://doi.org/10.1016/S0012-8252(01)00032-0
67 Blecken G T, Zinger  Y, Deletić A ,  Fletcher T D ,  Viklander M . Influence of intermittent wetting and drying conditions on heavy metal removal by stormwater biofilters. Water Research, 2009, 43(18): 4590–4598
https://doi.org/10.1016/j.watres.2009.07.008 pmid: 19683781
68 Zhang Z, Rengel  Z, Liaghati T ,  Torre A ,  Meney K . Influence of plant species and submerged zone with carbon addition on the removal of metals by stormwater biofilters. Desalination and Water Treatment, 2014, 52(22–24): 4282–4291
https://doi.org/10.1080/19443994.2013.803709
69 Paus K H, Morgan  J, Gulliver J S ,  Leiknes T ,  Hozalski R M . Effects of temperature and NaCl on toxic metal retention in bioretention media. Journal of Environmental Engineering, 2014, 140(10): 04014034
https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000847
70 Paus K H, Morgan  J, Gulliver J S ,  Hozalski R M . Effects of bioretention media compost volume fraction on toxic metals removal, hydraulic conductivity, and phosphorous release. Journal of Environmental Engineering, 2014, 140(10): 04014033
https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000846
71 Bäckström M ,  Viklander M . Integrated stormwater management in cold climates. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 2000, 35(8): 1237–1249
72 Yao K M, Habibian  M T, O’Melia  C R. Water and waste water filtration. Concepts and applications. Environmental Science & Technology, 1971, 5(11): 1105–1112 
https://doi.org/10.1021/es60058a005
73 Sun X. Dynamic study of heavy metal fates in bioretention systems. Dissertation for the Master Degree (1421420). College Park: University of Maryland, 2004
74 Antoniadis V, Alloway  B J. Availability of Cd, Ni and Zn to ryegrass in sewage sludge-treated soils at different temperatures. Water, Air, and Soil Pollution, 2001, 132(3–4): 201–214 
https://doi.org/10.1023/A:1013202104550
75 Hooda P S, Alloway  B J. Effects of time and temperature on the bioavailability of Cd and Pb from sludge-amended soils. Journal of Soil Science, 1993, 44(1): 97–110
https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1993.tb00437.x
76 Ledin M. Accumulation of metals by microorganisms — processes and importance for soil systems. Earth-Science Reviews, 2000, 51(1–4): 1–31 
https://doi.org/10.1016/S0012-8252(00)00008-8
77 Bremer P J, Geesey  G G. Interactions of Bacteria with Metals in the Aquatic Environment. Boca Raton: Lewis Publishers, 1993, 41–63
78 Goodison B E, Louie  P Y T, Metcalfe  J R. Snowmelt acidic shock study in South Central Ontario. Water, Air, and Soil Pollution, 1986, 31(1–2): 131–138 
https://doi.org/10.1007/BF00630827
79 Warren L A, Zimmerman  A P. The influence of temperature and NaCl on cadmium, copper and zinc partitioning among suspended particulate and dissolved phases in an urban river. Water Research, 1994, 28(9): 1921–1931 
https://doi.org/10.1016/0043-1354(94)90167-8
80 Marsalek J. Road salts in urban stormwater: an emerging issue in stormwater management in cold climates. Water Science & Technology, 2003, 48(9): 61–70
pmid: 14703140
81 Calmano W, Ahlf  W, Bening J C . Chemical mobility and bioavailability of sediment-bound heavy metals influenced by salinity. Hydrobiologia, 1992, 235– 236(1): 605–610 
https://doi.org/10.1007/BF00026248
82 Bäckström M ,  Karlsson S ,  Bäckman L ,  Folkeson L ,  Lind B. Mobilisation of heavy metals by deicing salts in a roadside environment. Water Research, 2004, 38(3): 720–732
https://doi.org/10.1016/j.watres.2003.11.006 pmid: 14723942
83 Amrhein C, Strong  J E, Mosher  P A. Effect of deicing salts on metal and organic matter mobilization in roadside soils. Environmental Science & Technology, 1992, 26(4): 703–709 
https://doi.org/10.1021/es00028a006
84 Benjamin M M. Water Chemistry: Water Resources and Environmental Engineering. New York, United States: McGraw-Hill, 2002
85 Roy-Poirier A, Champagne  P, Filion Y . Bioretention processes for phosphorus pollution control. Environmental Reviews, 2010, 18: 159–173
https://doi.org/10.1139/A10-006
86 Zhang Z, Rengel  Z, Liaghati T ,  Antoniette T ,  Meney K . Influence of plant species and submerged zone with carbon addition on nutrient removal in stormwater biofilter. Ecological Engineering, 2011, 37(11): 1833–1841 
https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2011.06.016
87 Treese D P, Clark  S E, Baker  K H. Nutrient release from disturbance of infiltration system soils during construction. Advances in Civil Engineering, 2012, 2012: Article ID 393164 
https://doi.org/10.1155/2012/393164
88 O’Neill S W . Use of drinking water treatment residuals as a soil amendment for stormwater nutrient treatment. Dissertation for the Master Degree (1482504). College Park: University of Maryland, 2010
89 Lucas W C, Greenway  M. Phosphorus retention by bioretention mesocosms using media formulated for phosphorus sorption: response to accelerated loads. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2011, 137(3): 144–153
https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000243
90 Oberts G L. Pollutants associated with sand and salt applied to roads in Minnesota. Journal of the American Water Resources Association, 1986, 22(3): 479–483 
https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1986.tb01903.x
91 Yang H, McCoy  E L, Grewal  P S, Dick  W A. Dissolved nutrients and atrazine removal by column-scale monophasic and biphasic rain garden model systems. Chemosphere, 2010, 80(8): 929–934
https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.05.021 pmid: 20542315
92 Erickson A J, Gulliver  J S, Weiss  P T. Enhanced sand filtration for storm water phosphorus removal. Journal of Environmental Engineering, 2007, 133(5): 485–497
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2007)133:5(485)
93 Gardner B R, Jones  J P. Effects of temperature on phosphate sorption isotherms and phosphate desorption. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 1973, 4(2): 83–93 
https://doi.org/10.1080/00103627309366422
94 Barrow N J, Shaw  T C. The slow reactions between soil and anions: 2. Effect of time and temperature on the decrease in phosphate concentration in the soil solution. Soil Science, 1975, 119(2): 167–177 
https://doi.org/10.1097/00010694-197502000-00010
95 Lucas W C, Greenway  M. Nutrient retention in vegetated and nonvegetated bioretention mesocosms. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2008, 134(5): 613–623
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2008)134:5(613)
96 Barrett M E, Limouzin  M, Lawler D F . Effects of media and plant selection on biofiltration performance. Journal of Environmental Engineering, 2013, 139(4): 462–470
https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000551
97 Henderson C, Greenway  M, Phillips I . Removal of dissolved nitrogen, phosphorus and carbon from stormwater by biofiltration mesocosms. Water Science & Technology, 2007, 55(4): 183–191
https://doi.org/10.2166/wst.2007.108 pmid: 17425085
98 Payne E G I ,  Fletcher T D ,  Russell D G ,  Grace M R ,  Cavagnaro T R ,  Evrard V ,  Deletic A ,  Hatt B E ,  Cook P L M . Temporary storage or permanent removal? The division of nitrogen between biotic assimilation and denitrification in stormwater biofiltration systems. PLoS One, 2014, 9(3): e90890
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090890 pmid: 24670377
99 Read J, Fletcher  T D, Wevill  T, Deletic A . Plant traits that enhance pollutant removal from stormwater in biofiltration systems. International Journal of Phytoremediation, 2009, 12(1): 34–53
https://doi.org/10.1080/15226510902767114 pmid: 20734627
100 Dietz M E, Clausen  J C. A field evaluation of rain garden flow and pollutant treatment. Water, Air, and Soil Pollution, 2005, 167(1–4): 123–138 
https://doi.org/10.1007/s11270-005-8266-8
101 Lucas W C, Greenway  M. Hydraulic response and nitrogen retention in bioretention mesocosms with regulated outlets: part II--nitrogen retention. Water Environment Research, 2011, 83(8): 703–713
pmid: 21905407
102 Kim H, Seagren  E A, Davis  A P. Engineered bioretention for removal of nitrate from stormwater runoff. Water Environment Research, 2003, 75(4): 355–367
https://doi.org/10.2175/106143003X141169 pmid: 12934829
103 Malhi S S, McGill  W B. Nitrification in three Alberta soils: effect of temperature, moisture and substrate concentration. Soil Biology & Biochemistry, 1982, 14(4): 393–399 
https://doi.org/10.1016/0038-0717(82)90011-6
104 Russell C A, Fillery  I R P, Bootsma  N, McInnes K J . Effect of temperature and nitrogen source on nitrification in a sandy soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2002, 33(11–12): 1975–1989 
https://doi.org/10.1081/CSS-120004836
105 Endreny T, Burke  D J, Burchhardt  K M, Fabian  M W, Kretzer  A M. Bioretention column study of bacteria community response to salt-enriched artificial stormwater. Journal of Environmental Quality, 2012, 41(6): 1951–1959
https://doi.org/10.2134/jeq2012.0082 pmid: 23128752
106 Reay D S, Nedwell  D B, Priddle  J, Ellis-Evans J C . Temperature dependence of inorganic nitrogen uptake: reduced affinity for nitrate at suboptimal temperatures in both algae and bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 1999, 65(6): 2577–2584
pmid: 10347046
107 Juang T C, Wang  M K, Chen  H J, Tan  C C. Ammonium fixation by surface soils and clays. Soil Science, 2001, 166(5): 345–352 
https://doi.org/10.1097/00010694-200105000-00005
108 Tremante V J. The effects of organic soil amendments in bioretention soil mixes on the removal of total petroleum hydrocarbons. Dissertation of the Master Degree. Columbus: The Ohio State University, 2005
109 Hong E, Seagren  E A, Davis  A P. Sustainable oil and grease removal from synthetic stormwater runoff using bench-scale bioretention studies. Water Environment Research, 2006, 78(2): 141–155
https://doi.org/10.2175/106143005X89607 pmid: 16566522
110 Li H, Davis  A P. Water quality improvement through reductions of pollutant loads using bioretention. Journal of Environmental Engineering, 2009, 135(8): 567–576
https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000026
111 Mayer T, Snodgrass  W J, Morin  D. Spatial characterization of the occurrence of road salts and their environmental concentrations as chlorides in Canadian surface waters and benthic sediments. Water Quality Research Journal of Canada, 1999, 34(4): 545–574
112 Ramakrishna D M ,  Viraraghavan T . Environmental impact of chemical deicers – a review. Water, Air, and Soil Pollution, 2005, 166(1–4): 49–63 
https://doi.org/10.1007/s11270-005-8265-9
113 Williams D D, Williams  N E, Cao  Y. Road salt contamination of groundwater in a major metropolitan area and development of a biological index to monitor its impact. Water Research, 2000, 34(1): 127–138 
https://doi.org/10.1016/S0043-1354(99)00129-3
114 Environment Canada (EC). Code of Practice for Environmental Management of Road Salts. Ottawa, Canada: Environment Canada, 2004
115 Norrström A C ,  Bergstedt E . The impact of road de-icing salts (NaCl) on colloid dispersion and base cation pools in roadside soils. Water, Air, and Soil Pollution, 2001, 127(1–4): 281–299 
https://doi.org/10.1023/A:1005221314856
116 Suarez D L, Wood  J D, Lesch  S M. Infiltration into cropped soils: effect of rain and sodium adsorption ratio-impacted irrigation water. Journal of Environmental Quality, 2008, 37(5_Supp): S169–S179
117 Fritioff A, Kautsky  L, Greger M . Influence of temperature and salinity on heavy metal uptake by submersed plants. Environmental Pollution, 2005, 133(2): 265–274
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2004.05.036 pmid: 15519457
118 Marschner H. Mineral Nutrition of Higher Plants. 2nd ed. Cambridge: Academic Press, 1995
119 Yuan B C, Li  Z Z, Liu  H, Gao M ,  Zhang Y Y . Microbial biomass and activity in salt affected soils under arid conditions. Applied Soil Ecology, 2007, 35(2): 319–328
https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2006.07.004
120 Hsieh C H, Davis  A P, Needelman  B A. Bioretention column studies of phosphorus removal from urban stormwater runoff. Water Environment Research, 2007, 79(2): 177–184
https://doi.org/10.2175/106143006X111745 pmid: 17370843
121 Denich C J. Assessing the performance of bioretention under cold climate conditions. Dissertation of the Master Degree (MR52218). Guelph: University of Guelph, 2009
[1] Yang Deng. Low-cost adsorbents for urban stormwater pollution control[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2020, 14(5): 83-.
[2] Cheng Chen, Wenshan Guo, Huu Hao Ngo. Pesticides in stormwater runoff−A mini review[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(5): 72-.
[3] Qian Wang, Qionghua Zhang, Mawuli Dzakpasu, Nini Chang, Xiaochang Wang. Transferral of HMs pollution from road-deposited sediments to stormwater runoff during transport processes[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(1): 13-.
[4] Ming Cheng, Huapeng Qin, Kangmao He, Hongliang Xu. Can floor-area-ratio incentive promote low impact development in a highly urbanized area? —A case study in Changzhou City, China[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2018, 12(2): 8-.
[5] Jun Xia, Hongping Wang, Richard L. Stanford, Guoyan Pan, Shaw L. Yu. Hydrologic and water quality performance of a laboratory scale bioretention unit[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2018, 12(1): 14-.
[6] Te Xu, Haifeng Jia, Zheng Wang, Xuhui Mao, Changqing Xu. SWMM-based methodology for block-scale LID-BMPs planning based on site-scale multi-objective optimization: a case study in Tianjin[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 1-.
[7] John C. Radcliffe, Declan Page, Bruce Naumann, Peter Dillon. Fifty Years of Water Sensitive Urban Design, Salisbury, South Australia[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 7-.
[8] Haifeng Jia, Zheng Wang, Xiaoyue Zhen, Mike Clar, Shaw L. Yu. China’s Sponge City construction: A discussion on technical approaches[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 18-.
[9] Robert G. Traver, Ali Ebrahimian. Dynamic design of green stormwater infrastructure[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 15-.
[10] Xing Fang, Junqi Li, Yongwei Gong, Xiaoning Li. Zero increase in peak discharge for sustainable development[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 2-.
[11] Isam Alyaseri, Jianpeng Zhou, Susan M. Morgan, Andrew Bartlett. Initial impacts of rain gardens’ application on water quality and quantity in combined sewer: field-scale experiment[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 19-.
[12] Ruifen Liu, Elizabeth Fassman-Beck. Hydrologic experiments and modeling of two laboratory bioretention systems under different boundary conditions[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 10-.
[13] Jinsong Tao, Zijian Li, Xinlai Peng, Gaoxiang Ying. Quantitative analysis of impact of green stormwater infrastructures on combined sewer overflow control and urban flooding control[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2017, 11(4): 11-.
[14] Hyunju Jeong, Osvaldo A. Broesicke, Bob Drew, Duo Li, John C. Crittenden. Life cycle assessment of low impact development technologies combined with conventional centralized water systems for the City of Atlanta, Georgia[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2016, 10(6): 1-.
[15] Jianghua YU, Yeonseok KIM, Youngchul KIM. Removal of non-point pollutants from bridge runoff by a hydrocyclone using natural water head[J]. Front Envir Sci Eng, 2013, 7(6): 886-895.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed