位于易发生洪灾地区的餐饮旅游企业的天然废水处理系统：性能与运营挑战

《Ecological Engineering》：Natural wastewater treatment system for a gastronomic tourism business in a flood-prone area: Performance and operational challenges

人工湿地处理厨房废水在 flood-prone 潘帕斯河三角洲的应用研究，系统由生物预处理、沉淀池、水平流湿地和稳定塘组成，有效去除 TSS（81%）和 COD（73%），潮汐流操作解决洪水期储存问题，提出优化泵送和资源回收方案。

　　本研究由Gabriel O. Basílico、Tania Dellepiane、Gabriela Lastra、Sofía Carusso和Laura de Cabo共同完成。研究团队来自阿根廷的Museo Argentino de Ciencias Naturales “Bernardino Rivadavia”以及Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas。研究地点位于阿根廷布宜诺斯艾利斯市附近的Tigre镇，具体是在下帕拉纳河三角洲的岛屿区域。该地区以其独特的自然湿地生态系统而闻名，是阿根廷最重要的湿地之一。帕拉纳河是世界上最大的河流之一，其流量在16,000到60,000立方米每秒之间。由于该区域靠近城市聚集区，如布宜诺斯艾利斯大都会区，自然环境正受到日益加剧的人类活动影响，包括住房建设和旅游发展带来的废水排放。

研究的主要目标是评估一种基于自然的废水处理系统，用于处理由餐饮和旅游企业产生的厨房和浴室废水。该系统位于一个自然湿地环境中，特别关注废水处理过程中一些重要的水质参数和操作问题。系统由一系列预处理设施、化粪池、水平潜流湿地和成熟池组成。在洪水事件发生时，水平潜流湿地可以利用潮汐流的方式进行操作，暂时储存废水，待洪水退去后，再将其排放，以防止部分处理过的废水对地表水造成污染。在监测期间（9个月），化粪池和水平潜流湿地表现出高效的悬浮物和化学需氧量去除能力，分别达到了81%和73%。此外，成熟池对阴离子表面活性剂的去除效果也显著，主要归功于其在系统中的作用。然而，对于氨氮、溶解性反应磷和油脂类物质的去除，虽然呈现出浓度逐渐降低的趋势，但并未在不同采样点之间观察到显著差异。

系统中种植的本地植物在水平潜流湿地中表现出良好的生长状态，且未出现明显的植物毒性迹象。这表明该系统在生态兼容性方面具有较高的可行性。同时，研究还探讨了在洪水条件下系统运行所面临的主要操作挑战，包括泵送和整体系统运行的问题。研究团队提出了一些改进建议，以优化这种系统在其他易受洪水影响地区的应用，并促进处理后的水、植物生物质和营养物质的再利用。

随着全球对清洁水和基本卫生设施的可及性问题日益关注，联合国将可持续发展目标6纳入了2030年议程中。然而，在农村和低密度人口区域，集中式卫生设施往往因基础设施成本过高而难以实施。因此，这些地区的废水处理问题尤为复杂，现有解决方案可能对土壤和地下水造成污染。自然湿地因其在水资源管理方面的独特作用而受到重视，但废水处理在这些区域仍面临重大挑战，尤其是在洪水风险较高的情况下可能导致处理效果的不稳定。

帕拉纳河三角洲生态区是阿根廷最重要的自然湿地之一。由于其靠近城市区域，如布宜诺斯艾利斯大都会区，该地区的自然环境正受到日益加剧的人类活动影响。其中，旅游和居住活动产生的废水排放成为了一个重要的污染源，这些废水通常未经充分处理就被排放到河流、溪流或沼泽中。这一过程在其他地区也得到了验证和量化，随着土地利用方式的改变，地表水质量逐渐恶化。

由餐饮和旅游企业产生的废水成分与普通生活污水相似，是厨房和浴室废水的混合物。然而，这种混合废水，也被称为餐饮废水，可能具有更高的有机负荷，主要是由于其中含有更多的食物残渣、油脂、肥皂和洗涤剂等物质。目前，用于处理餐饮废水的技术包括传统方法和人工湿地，但尚未找到适用于洪水多发自然湿地区域的系统。人工湿地作为一种国际上已建立的废水处理技术，虽然在许多国家尚未广泛使用，但其在去除悬浮物、可沉降物、化学需氧量和其他污染物方面表现出良好的效果。通过合理的配置，这些系统还可以去除如氨氮和磷酸盐等导致富营养化的营养物质。

在水平潜流湿地中，通常选择单一植物种类进行种植，但研究表明，多种植物组成的湿地在去除污染物方面同样高效，同时还能够增强当地生物多样性、提升景观美感，并提高系统的适应性和社区福祉。潮汐流是一种替代的湿地运行方式，其特点是系统中水体被暂时保留一段时间，随后进行排水，至少部分排水。这种运行方式主要应用于垂直流湿地，而在水平流湿地中的应用相对较少。潮汐流不仅可以提高废水处理后的水质，还允许在洪水退去后进行废水的再排放，从而减少对地表水的污染。

成熟池是一种废水处理单元，通过藻类和细菌的共生作用来提高处理后的水质。这些浅水池能够去除多种污染物，如氨氮。混合系统结合了不同处理单元的优势，以提高废水处理的整体效率。例如，人工湿地与成熟池的结合已被应用于酒店、餐厅和啤酒厂的混合废水处理，并在城市废水处理中也取得了较高的悬浮物、化学需氧量、氮和磷的去除率。

在设计和运行自然湿地系统时，设计和操作是决定其在实际环境条件下长期运行的关键因素。选择合适的基质和植物种类对污染物的去除效率有直接影响。此外，系统的稳定运行还依赖于环境、水力和操作因素，如洪水事件的频率和强度、系统的进水方式和模式，以及整体的维护、泵送和植被管理。本研究旨在描述一种为餐饮旅游企业设计的基于自然的废水处理系统，特别关注其设计、操作和初期运行阶段的水质表现。

本研究的实施得到了阿根廷国家促进研究、科技发展和创新机构（Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación）和Lomas de Zamora国立大学的支持。研究团队在实地采样过程中得到了Ezequiel和Damián Molina的帮助，他们提供了前往采样点的便利和交通支持。此外，研究团队还感谢Patricia Marconi和Juan Sánchez Novoa在采样活动和实验室任务中的协助。这些支持对于研究的顺利进行起到了重要作用。

研究结果表明，该系统在处理餐饮废水方面表现出良好的效果，特别是在去除有机物和可沉降及悬浮物方面。系统中的地上结构有效防止了洪水期间地表水进入化粪池和水平潜流湿地，凸显了这种系统在类似易受洪水影响区域的实用性。水平潜流湿地在处理过程中表现出较强的稳定性，即使面对废水成分的波动，也能保持较高的化学需氧量和悬浮物去除效率。此外，潮汐流运行方式在系统中的应用也显示出一定的潜力，尤其是在应对洪水事件时，能够提供临时的废水储存和排放方案，从而减少对环境的污染。

在系统运行过程中，研究人员还观察到了一些需要改进的方面，特别是在洪水条件下系统的操作和维护。例如，泵送系统的可靠性和维护成本是影响系统长期运行的重要因素。此外，系统的整体设计也需要考虑洪水的频率和强度，以确保在极端天气条件下仍能正常运行。研究团队提出了一些改进建议，包括优化泵送系统的设计，提高系统的适应性，以及加强植被管理，以确保系统的稳定性和可持续性。

总体而言，该研究为在自然湿地环境中处理餐饮废水提供了一种可行的解决方案。通过结合不同的处理单元，系统能够在多种水质条件下保持较高的处理效率。同时，系统的生态友好性和可持续性也得到了体现，特别是在利用本地植物种类和自然基质方面。这种基于自然的处理方式不仅有助于改善水质，还能够促进当地生态系统的恢复和生物多样性的增强。因此，该研究为其他类似地区的废水处理提供了重要的参考和借鉴，具有广泛的应用前景。