人工濕地深度處理市政尾水研究進(jìn)展
朱洺嫻1，紀(jì) 偉2，張 舒2，王文杰2，范秀磊1,*
(1. 徐州工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，江蘇徐州 221018；2. 徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇徐州 221000)
摘 要 我國市政污水廠尾水排放量大，回用率低，氮磷濃度較高，是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因之一。尾水中較高濃度的氮磷易導(dǎo)致水中藻類等浮游生物大量繁殖，破壞水體耗氧和復(fù)氧平衡，水質(zhì)惡化。尾水總氮中主要以硝氮為主，其去除需要有機(jī)物作為電子供體，而尾水C/N較低 關(guān)鍵詞 人工濕地 0 引言 為深入學(xué)習(xí)貫徹黨的二十大精神，堅(jiān)持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，全面落實(shí)習(xí)近平總書記治水重要論述精神，加強(qiáng)水資源保護(hù)和回收利用是當(dāng)務(wù)之急[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源浪費(fèi)和污染現(xiàn)象嚴(yán)重。而我國的人均淡水資源匱乏，我們必須重視淡水資源的保護(hù)并提高水資源的回收利用率。 城市污水廠尾水具有排放量大且集中，N、P含量高，C/N較低等特點(diǎn)[2]。隨著城市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污水中的污染物含量和種類也不斷增加，即使尾水經(jīng)過再處理，水質(zhì)可達(dá)到城市污水排放的一級A標(biāo)準(zhǔn)，但較于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，仍屬于劣V類水或V類水。即若直接將污水廠尾水排放入自然水體，尾水仍屬于污染源[3]。因此，對污水廠尾水進(jìn)行深度凈化非常重要。 目前主要的尾水深度處理技術(shù)有磁混凝[4]、雙膜法[5] 但是目前針對尾水人工濕地的研究較分散，水質(zhì)凈化效果層次不一[12]，尚缺乏對這方面的總結(jié)和分析，來推動尾水人工濕地的進(jìn)一步發(fā)展。 1 人工濕地凈化效果制約因素 傳統(tǒng)人工濕地凈化尾水能力有限，易受環(huán)境因素制約。例如，表面流人工濕地占地面積大，易受季節(jié)溫度影響，低溫或高溫條件都不利于其運(yùn)行。水平、垂直兩種潛流濕地因污水只在基質(zhì)層中流動，都存在基質(zhì)易堵塞、使用周期短、布水不易均勻等問題[13]，導(dǎo)致后期維護(hù)不便且相對運(yùn)行成本較高。傳統(tǒng)濕地在處理污水廠尾水時，若水力負(fù)荷過大，則不利于濕地內(nèi)微生物凈化作用的充分進(jìn)行，且濕地基質(zhì)層的抗壓能力較差，在一定程度上也增加了濕地堵塞的幾率，導(dǎo)致污染物去除率下降。水力負(fù)荷過小 2尾水人工濕地凈化效果強(qiáng)化途徑 若將人工濕地作為尾水深度處理工藝，克服其易受溫度季節(jié)等環(huán)境因素影響以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)凈化能力有限等不足是非常必要的。因此 2.1基質(zhì)優(yōu)化 2.1.1基質(zhì)選擇組合和制備優(yōu)化 傳統(tǒng)濕地基質(zhì)如碎石等 人工濕地中應(yīng)用較多的輕質(zhì)基質(zhì)主要有陶粒 雖然將基質(zhì)按順序組合可以提升濕地的水質(zhì)凈化效果 2.1.2基質(zhì)改性 生物炭因其理化性質(zhì)良好 Wen等[26]通過添加酸化鐵改性生物炭（FeB）作為濕地基質(zhì) 常規(guī)制備的生物炭多為粉末或顆粒形態(tài) 除了對生物炭進(jìn)行活化改性，對天然礦石等基質(zhì)進(jìn)行改性也是一個方向。Gao等[31]通過將海泡石在700 ℃下焙燒4 h 因此 2.1.3新型基質(zhì) 隨著無廢城市建設(shè)的提出 將廢磚塊按照粒徑大?div id="m50uktp" class="box-center"> 。?/span>2-20 mm） 但對于尾水深度凈化，探究更好的廢棄物基質(zhì)利用方式在目前的研究中更為重要。有研究通過對比普通多孔混凝土板和先進(jìn)多孔混凝土板對污水的凈化效果，發(fā)現(xiàn)先進(jìn)多孔混凝板因?yàn)樵诳紫吨刑畛浞惺?/span>-礦渣-活性炭組合基質(zhì)，去污效能顯著優(yōu)于普通多孔混凝土板，且其高抗壓性保證了濕地運(yùn)行的穩(wěn)定性[36]，表明了組合基質(zhì)與新型基質(zhì)結(jié)合利用可以取得較好的水質(zhì)凈化效果。有研究發(fā)現(xiàn)，以廢磚、廢混凝土作為濕地基質(zhì)時會造成出水的pH值升高，從而降低了濕地污染物的去除能力，特別是廢混凝土基濕地出水pH值可達(dá)11.28。因此，廢混凝土基質(zhì)適用于酸性廢水的處理，對于非酸性廢水 建筑廢棄物基質(zhì)原材料廣泛且能就地取材，有效降低了基質(zhì)采購和運(yùn)輸成本 2.1.4基質(zhì)選配方式優(yōu)化 低溫以及基質(zhì)粒徑配置不合理 2.2外加緩釋碳源 尾水中硝氮的去除主要依靠微生物的反硝化作用。而反硝化細(xì)菌需利用有機(jī)物作為電子供體將硝氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻Ｒ虼?div id="4qifd00" class="flower right"> 2.2.1 天然固體緩釋碳源 天然固體緩釋碳源常見的主要是植物性緩釋碳源。 農(nóng)業(yè)廢棄物不僅來源廣，價格低廉，將其作為緩釋碳源還可降低秋收季節(jié)廢棄農(nóng)作物堆積對生態(tài)環(huán)境的不利影響，環(huán)境效益好。Tao等[43]通過將蘆葦秸稈碾碎后添加到垂直流濕地中間層，發(fā)現(xiàn)當(dāng)投加量為16.7 g/kg時 除了將植物直接粉碎添加，對其進(jìn)行一定的加工預(yù)處理可以更好地提高植物的釋碳能力 2.2.2人工合成固體緩釋碳源 人工合成固體緩釋碳源較植物碳源可以更好地確定用量和控制釋碳能力。Zheng等[46]研究發(fā)現(xiàn)，添加人工合成固體緩釋碳源聚丁二酸丁酯（PBS），可有效增加濕地的微生物總數(shù)，提高尾水的C/N，使總氮去除率達(dá)到90.4%，出水氮濃度較低。王艷等[47]通過在垂直流濕地中添加人工合成可降解聚合物碳源聚羥基脂肪酸酯（PHAs），發(fā)現(xiàn)PHAs只為反硝化細(xì)菌提供碳源，在促進(jìn)濕地反硝化的同時也防止碳源入水，保證了出水CODCr的較低濃度，應(yīng)用效果良好。 2.2.3液體緩釋碳源 近年來，以污水廠廢污泥以及餐廚垃圾發(fā)酵液作為濕地脫氮緩釋碳源取得了較好的實(shí)際應(yīng)用效果。 由表5分析發(fā)現(xiàn) 雖然天然性碳源和液體碳源具有數(shù)量豐富 2.3濕地內(nèi)部優(yōu)化提升 組合基質(zhì)使用、定期清污以及外加碳源可以降低基質(zhì)堵塞幾率和提高脫氮效率 雖然優(yōu)化基質(zhì)可以提高濕地凈化效能，但C/N低仍是限制因素