人工濕地是20世紀70年代發展起來的一種污水生態處理技術,其根據自然濕地模擬的人工生態系統,是一種由人工制造和監督控制的、類似沼澤的地面,利用自然生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用來實現對污水的凈化作用, 在有效處理污水的同時也美化了環境,創造了生態景觀,帶來了環境效益和一定的經濟效益。人工濕地自發展以來,以其獨特的優勢廣受人們關注,并廣泛應用于處理生活污水、工業廢水、礦山及石油開采廢水等。
在人工濕地中,基質中的填料是人工濕地處理污水的重要部分,對處理效果有重要影響。填料在為植物和微生物提供生長介質的同時,還能夠通過沉淀、過濾和吸附等作用直接去除污染物。填料的種類、級配等會直接影響沉淀、過濾和吸附效果。一般來說,人工濕地填料種類大致可按照天然材料,工業副產品、人造產品劃分。
(1)天然材料:沸石、土壤、泥炭、粗砂、礫石、蛭石、石灰石等;
(2)工業副產品:灰渣、高爐渣、粉煤灰、鋼渣等;
(3)人造產品:陶粒、陶瓷濾料、塑料等。
沸石作為一種天然人工濕地填料,與工業副產品填料相比,可以避免二次環境污染的風險;與人造產品填料相比,成本相對較低;與同類天然產品材料相比,在比表面積、陽離子交換量及孔徑大小等性能方面具有某一方面或全面的優勢,可有效去除流經人工濕地污水中的氨氮、重金屬、磷、SS、有機物等污染物,是一種性能全面且品質優良的天然人工濕地填料。
截至2019年底,全國295個地級及以上城市共有黑臭水體2899個,消除數量2513個,消除比例86.7%,整體來看我國城市黑臭水體取得積極進展,與此同時,仍有部分城市黑臭水體治理進度滯后。生態環境部最新發布的《關于2020年1-9月水環境目標任務完成情況的函》指出:山西、黑龍江、廣東等15省(區)部分城市黑臭水體消除比例低于90%,治理進度滯后,其現存治理突出問題主要有:消除比率不達標、水體返黑返臭、污水直排、污水處理收集系統效能低等。當前,已進入到黑臭水體治理沖刺期。為了完成碧水保衛戰的目標,我國還有多個城市需進一步推進黑臭水體治理工作。全國公共資源交易平臺數據顯示,僅2020年11月01日-11月24日,共有15起社會資本中標黑臭水體治理項目,投資額總計8939.69萬元,其中,包含6個黑臭水體整治項目。
另一方面,作為城市污水處理廠的副產物,城市污泥產量巨大且成分復雜,如何合理處置城市污泥亦越來越受人們關注。2016年全國城市污水排放量達7.1×1010t,預計未來20年仍會有較大增長。可以預見,城市污水處理廠污泥量也將日益增加:2016年我國污泥產量達4000 萬噸(以含水率80%計),2020 年已達到6000萬噸。城市污泥未得到及時、合理地處置,目前也已成為制約我國污水處理行業發展的瓶頸之一。
當前黑臭水體治理過程中,通過絮凝沉淀來實現水質凈化的措施之一;污泥無害化處置中,對污泥脫水環節亦需要添加絮凝劑以提高脫水效率。 目前中國是全球最大的水處理劑生產和消費地區之一,絮凝劑由于成本較低、操作簡單、適用范圍較大等優點,能有效滿足水處理和固液分離的要求,提高固體物的降沉和過濾效果,因此被廣泛應用于工業、礦業、化工等其他領域。但從整體來看,目前國內一些廣泛使用的絮凝劑產品,如聚丙烯酰胺有機高分子絮凝劑、鋁鹽系和鐵鹽系無機絮凝劑等,存在不易被生物降解,易造成二次污染等問題,因此在實際使用中受到一定限制。
隨著國家對環保領域的要求日趨嚴格,開發高效、成本合理、無毒且不產生二次污染的新型天然替代產品必將成為一種趨勢。作為天然環保材料的沸石,其具有的強吸附、交換性能,能夠顯著水處理工藝的生產效率及水凈化工藝效果。
天津理工大學環境科學與安全工程學院的解玉紅等研究人員通過試驗證明,應用沸石聯合部分絮凝劑,可以提高對污水處理的效果,最佳絮凝率能達到98.82%。另外,國內外已經有部分利用沸石替代絮凝劑的技術工藝在實踐中應用,開發推廣前景廣闊。