利用剩余污泥改良生物滞留设施基质的研究现状

利用剩余污泥改良生物滞留设施基质的研究现状

邓凯予1，肖人太1，庄国宾1，贠茜1，代梦德1，辛珂2

1河北工程大学能源与环境工程学院，河北邯郸，056038 2邯郸市市政排水管理处，河北邯郸，056000

摘要：生物滞留设施是一种常见的海绵城市建设技术措施，本文介绍了生物滞留设施发展现状，分析了生物滞留设施基质改良及污水处理厂剩余污泥处置概况，为利用剩余污泥改良生物滞留设施基质奠定了基础。

关键词：剩余污泥 生物滞留设施 基质改良

1生物滞留设施发展现状

最初出现的是美国马里兰州的环境资源局所定义的地形低洼区中的生物滞留设施——一种利用植被与土壤及微观生命体共同吸收并处理降水的方式装置，这种方式被称为“bioretention facility”，在二十一世纪初开始广泛应用到城市建设中来减少洪涝灾害的发生率及其对人类生活的影响程度；如今，“bioretention facility”的研究主要聚焦在了两个方向：一是对于已建好的此类系统的性能监测评估；二是针对其构造要素和种植物选择等方面不断改进以提高效率。在许多领域，生命滞留基础设施都扮演着关键的角色，例如雨洪管理、缓和都市热岛效应、减低大气环境工作温度、提高相对湿度以及提高生命资源多样性和美化城市自然环境。对于中国的建设和环境改善来说，强化生物滞留系统的研究与使用有着极其重要的意义。

2.生物滞留设施基质改良概况

对于生物滞留设施中的污染处理效率及阻塞情况，填料的选择起着至关重要的作用。为解决堵塞问题并提升污染物拦截的效果，研究人员已针对填料的搭配比例、有机碳源的使用、填装方法进行了改进探索。关于填料的搭配与比例，早期的生物滞留设施多选用自然砂土作为填料，尽管其具备优良的渗透特性并且价格便宜，但是对污染物质的清除效果并不令人满意。而粘稠度的黏土虽能有效地消除污染物质，却因其较低的渗透性和易于堵塞的特点，通常需调整填料的比例或者加入改良剂。选取合适的改良剂应当考虑到简便获取、合理的价格、适应当地环境的需求，同时还要求它拥有优秀的渗透性能、大的表面接触率以及强大的净化能力。常见的改良剂包含了沸石、蛭石、粉煤灰、珍珠岩、铝渣、河床淤泥等等，也有些研究者尝试利用新颖的功能型填料比如芦苇和玉米芯生物炭、建筑废弃物再造碎石来增强渗透性能。在外部碳源补充上，使用诸如木屑、农作物残余物、枯枝败叶发酵、生物碳和活性碳等有机物质来增加生物滞留设备中的反硝化去氮作用是有效的。适度地加入碳元素如木屑能提升设施的水分渗透率并减轻土壤堵塞问题。但过量的碳素投入可能会引发磷的背景浓度上升及磷酸盐的释出，进而影响水的质量。所以，对有机物的投放必须严密监控，推荐的是填充材料内的有机成分应低于5%。

对填料的改进方法也有助于提升生物滞留设施的工作效能。使用多层次结构来调整填料配置能够延迟设施堵塞的发生时间，同时形成好氧与厌氧的环境，有利于推动反硝化的进程，从而增大氮元素的去除能力。但是，一些研究也指出，相比于分层填充策略，混合式填充更能加强整个系统中的空洞连接度，进而提升其排水性能。借助添加如微型管道等的人工通风装置到基础材料中，我们也能进一步提高溶解氧浓度及基础物质的渗透速率，有效解决堵塞的问题。

通过调整填料的配比和组合、添加有机碳源以及优化填充方法，能够改进生物滞留设施的阻塞问题，并增强污染控制的效果。

3.剩余污泥处置概况

现在中国面临的主要环保挑战就是水的污染程度不断加剧的问题。为了缓解这一情况，提升城市废水处理设施的能力是一个有效的解决方案。然而，剩余污泥作为废水处理的副产物，其处理处置难题至今仍未有效解决。若任由它们无序地丢弃于自然界之中将会再次引发新的生态危机。所以对于这类东西来说必须要最大限度上合理运用其中的养分成分来实现它们的再循环使用从而进一步增强社会的利益及商业价值才是明智的选择。眼下亟待加强的是针对城市的工业和生活用水分离后产生的那些难以消解的大型湿润物的再生能源开发工作。在此方面学者们通过对比实验发现把自来水过滤后的副产物跟常见的沙粒材料相较起来有着更为优越的表现力能更好地吸收起里面的各种微小颗粒比如像病菌、毒株等等之类的微生物类生物及其所携带的有害化学成份，并且还能散发出一种令人作呕的味道出来呢？然而只有当人们能够正确恰当地去对待时，才能真正做到既保护好我们的生态环境又同时维护住人类自身的健康安全。通过对比各种比例下的铝渣土作为污水处理设施内的过滤材料的效果后得出了结论：较高的混合度能够带来更好的透过特性且随著使用时间的延长这种特性的衰减速度相对较低；此外，添加更多的金属垃圾会大大增强对于高度浓度的降雨中有害物质如总磷 （TP）的清除效率高达 89.0%；同时也能有效降低其他有害元素包括COD、TN和NH3-N在其中的含量分别为62.4%，66.4%和68.0%；然而当面对的是轻微程度的有毒废弃时则不会有明显的差别出现。这些成果显示，供排水系统产生的固体残余物具备强大的吸收磷酸盐的功能，而且更高的混杂密度有助于改善微生物停留区设备的长久耐用性和强效消除大量降水过程中存在的毒素功能。利用物理学方法进行了测试与仿真分析来证明该种剩余物品相较于普通土地而言拥有更为优秀的捕捉磷素的作用力——即使是在输入含P值达至每升一毫克的环境下依然如此。而在进入含有P为1.0mg·L

−1的水源之后，常规滤材模型的结果是输出端口处的P含量持续上升直至超过五分之一单位才开始稳定下来并在经过七个多月的连动操作以后仍然保持低于百分之零点五个的比例以符合地面水的三级质量要求。

4.结论

随着我国经济的飞速发展，污水处理厂数量急剧增加，剩余污泥产生量快速上升。目前，城市废水处理站产生的残余垃圾问题已经成为环保领域的焦点话题。如果这些垃圾未经任何处理就被排放到自然界中，将会引发第二次的环境破坏，危害人类的健康。传统的处理方式包括填埋、焚化或土壤应用等。然而，由于近年来污水处理站的污泥已被用作改善生物滞留设备的基础材料，这不仅有助于缓解因为土地开垦而导致的不渗透道路数量增长所带来的雨水质量与流量的影响，同时还为我们未来研究生物滞留设施基质改良提供了一个全新的视角，并且也为处理污水处理厂剩余污泥提出了创新性的解决方案。

参考文献：

[1]FachS, Geiger W F. Effective pollutantret ention capacity of permeable pavements for in filtrate droad run off sdetermined by laboratory tests[J].Water Science and Technology, 2005, 51(2): 37-45.

[2]Bortolini L, Zanin G. Hydrological behaviour of rain gardens and plant suitability: A study in the Veneto plain (north-eastern Italy) conditions[J]. Urban Forestry & Urban Greening, 2018, 37: 74-86.

[3]刘靖文. 带有淹没区的生物滞留池优化设计与运行研究[D]. 南京: 东南大学, 2015.