生态混凝土在污水脱氮除磷中的应用

生态混凝土在污水脱氮除磷中的应用摘要：在生产和生活中大量含氮、磷肥料的生产和使用，食品加工、畜产品加工等造成的工业废水和大量城市生活废水，特别是含磷洗涤剂产生的污水未经处理即行排放，使海水、湖水中富含氮、磷等植物营养物质，水体富营养化情况严重。常规的污水处理技术主要去除有机物和悬浮固体，对氮和磷的去处效率较低。污水脱氮除磷的技术可分为物理法、化学法和生物法。相对而言，生物脱氮除磷技术投资少、运行操作简单、无二次污染而被广泛应用。将生态混凝土材料用于污水处理中，使生态混凝土的脱氮除磷能力得以应用发挥，其脱氮除磷效果亦较为有效。关键词：生态混凝土；污水;脱氮除磷前言：生态混凝土是20世纪90年代开始研究的一种新型混凝土，是一种比较理想的新型环保材料，目前主要用于城市污水处理和科学研究。研究表明，利用生态混凝土改善城市水环境，从源头上控制污染，对污染水体进行脱氮除磷处理，对环境保护起到了积极促进作用，而且生态混凝土本身也是环保材料。我国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。我国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后，污水处理技术相对发达国家较为落后。目前排放的城市污水中含有有机物和氮磷等营养元素，经城市污水厂二级处理后，出水中仍然残留氮、磷物质，往往超出了国家标准的规定值。污水中氮的含量超标，直接排放到缓流水体的会造成水体富营养化现象。例如近年来出现的巢湖水体富营养化，导致藻类繁殖过快，表现在藻类的过量繁殖及随之而来的水质恶化和湖泊退化；其次是氨氮的耗氧量特性会使水体的溶解氧降低进而导致鱼类的死亡和水体黑臭,严重影响了用水的安全性。处理水中氮含量超标的现象在国际上也备受关注。倘若能从污水源头上控制污染，将可以减轻污水处理厂的压力，同时降低处理水中的氮磷含量，提高污水处理厂的出水水质，生态混凝土便解决了这个问题。生态混凝土有透水型生态混凝土、植被型生态混凝土、护坡型生态混凝土和建筑材料型生态混凝土等几类。生态混凝土的透水性好、孔隙率大、吸附力强，对水中的污染物具有一定净化能力。目前，欧美和日本等发达同家已经广泛地将透水型生态混凝土用于公园、人行道、轻量级车道、停车场以及各种体育场地等透水性路面。生态混凝土的天然孔隙是诸多生物的理想栖息地，巨大的表面积为生物提供了广阔的生存空间。日本大成建设技术研究所将大孔混凝土作为生物载体投放在水质较差的小河中，研究发现大孔混凝土的外壁面和中心的内壁面均有大量的生物种群栖息，形成了生物膜。另据文献报道，日本长崎大学在1994年起开始在海洋中进行现场试验，经过1年的监测发现生态混凝土具有收集营养物质的功能。另外，日本关西机场的护岸在建成3个月以后，混凝土表面就有茂密的海洋生物生长；1年后褐藻生长繁茂，砌块上可以看见虾子栖息的洞穴；3年后褐藻充分长大，给海洋生物提供了良好的生态环境。日本的下田港和那霸港的防波堤也削此技术，建成不久便在混凝土表面观察到红藻和马尾藻的生长，4年后还观察到珊瑚的生长。○1这些生物种群在生长的同时，吸收并分解了污水中的有机物和氮、磷等营养物质，从而降低了水体的污染负荷，从而对水体的处理起到积极作用。生态混凝土中的护坡型生态混凝土是采用特殊工艺制备的含有连续孔隙的混凝土，既有一定的强度又有透水性和透气性，抗冲刷能力强，可填充有机土壤，种植植被，还可以在加固堤岸的同时恢复河渠江川的生态多样性，有利于生物栖息和净化水质。传统的河道护坡主要有浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等。这些护坡工程的造价高、施工和维护工作难度较大，并隔绝了土壤与水体之问的物质交换，破坏了原有的生态系统。而护坡型生态混凝土既满足了河道体系的防护标准，其的脱氮除磷效果又利于河道生态系统的恢复，体现了“人与自然和环境协调发展”的理念。进入水体的污染物一般发生以下过程：首先，细菌等将有机污染物降解为无机物，细菌被原生动物吞食，无机物(如氮、磷等)作为营养盐被藻类吸收，藻类通过光合作用产生氧供其他水生生物利用，过量的藻类又被浮游动物食用，以上即为按食物链方式污染物浓度降低的过程。生态混凝土护坡上种植的水生植物，既能从水中吸收无机盐类营养物，其水下茎、根系又是大量微生物以生物膜形式附着的介质，有利丁水体自净；同时生态混凝土多孔隙结构形成不同流速带和紊流区，有利予氧从空气传入水中，增加溶解氧，帮助好氧微生物、鱼类等水生生物的生长，进一步促进水体自净，改善河道水质。国内很多专家学者对生态混凝土已经做了较多的研究，并达到了一定的预期效果。陈庆锋阐述了多孔性生态混凝土的生态特性和净水机理，提出利用生态混凝土建设城市透水性路面和绿地，从源头上控制水体面源污染的建设性思想。王超等通过选择典型河段，考察了传统混凝土护坡河段和河岸生长芦苇的河段中氮的降解效果，研究发现氨氮在岸坡生长芦苇的河段中的综合衰减系数是无芦苇生长的混凝土护坡河段的3倍左右，氮的削减量是无芦苇生长河段的2倍以上。吴耀国研究发现河岸的渗滤作用有效截留进入河道的氮等污染物。吴义峰以黄浦江水为处理对象进行了生态护砌改善河道水质的中试研究，结果表明生态护砌能有效改善河道水质，是修复与重建地表水体生态系统的重要措施，在采生态混凝土预制球砌块护砌河道且河水的HRT为2d时，对CODM、NH3-N、TN、TP、的去除率分别为14．3％、65．8％、、14．6％、50．8％和7．9％。陈杨辉研究了生态护砌模拟河道对氮系污染物的去除特性，结果表明，在自然条件下，水力停留时间2d时，生态混凝土预制球型砌块护砌河道对黄浦江原水中NH3-N、NO之-N、NO-3-N和TN的去除率分别为83．6％、75．2％、37．1％和47．5％，明显高于“三面光”硬质护砌河道。吴义峰采用生态混凝土介质(ECM)预处理富营养化水源水，在水力停留时间8d的条件下，TP、TN、CODM的平均去除率分别达到48．7％、33．1％和29．4％，并分析指出生态混凝土的净水机理主要是生态混凝土的吸附过滤作用、溶析出的氢氧化钙等的絮凝沉淀作用、富集微生物的生物化学作用等。纪荣平考察了生态混凝土对太湖梅梁湾富营养化水源地水质改善效果，结果表明：生态混凝土对TN、TP、CODM的平均去除率分别为36．1％、53．8％、22．9％，对总藻毒素和胞外藻毒索的去除率在27．4％～38．9％之间，通过生态混凝土可使水体的富营养状况有所降低，水质等级提高，对富营养化水源地水质有较明显的改善。生态混凝土护坡及水质净化技术研究已从构思、理念发展到工程应用研究阶段。生态混凝土生态护坡作为一种生态修复技术，融合材料、生物和环境等多科，集水土保持、生态修复于一体，从根本上克服了传统混凝土护坡无法生长植被的缺点，具有生物多样性效应、景观效应、水质净化效应、空气净化效应、除尘降噪效应，实现了护坡技术和生态环保技术的完美统一，其应用极大地增强水陆交错带生态效应，对水体进行脱氮除磷提高水体自净能力，起到显著改善水环境质量的作用。结论：二十一世纪是环境保护的世纪，是倡导生态修复的世纪，生态混凝土作为亲近自然的环境友好材料，生态护坡作为修复水体、脱氮除磷净化水质的有效措施必将得到深入广泛的应用。参考文献：【1】陈庆锋，单保庆，尹澄清，胡承孝。《生态混凝土在改善城市水环境中的应用前景》中国给水排水，2008，24（2）；16-19