用于处理实际洗衣废水的绿墙建造

《Ecological Engineering》：The construction of green walls for treating actual laundry wastewater

绿墙系统通过植物和基质组合有效去除洗衣废水中的污染物，SDBS、TOC、TN去除率分别达85%、75%、76%。研究表明，合理设计的生态绿墙可作为家庭及宿舍洗衣废水低能耗处理方案。

　　

摘要

表面活性剂，特别是十二烷基苯磺酸钠（SDBS），是洗衣废水中主要的污染物。本文介绍了一种低能耗、低维护成本的洗衣废水处理技术：一种利用建筑物立面种植植物的“绿墙”（Green Wall, GW）系统。通过实验发现，Iris tectorum f. alba、生菜和Epipremnum aureum是适合用于绿墙景观的植物；推荐的基质为膨胀粘土和珍珠岩。研究了该系统在实际洗衣废水处理中的净化效果，考察了不同进水浓度和水力负荷下的处理效果，并监测了各种基质和植物对废水中有害物质的去除效率。结果表明，在每天浇水两次、每次1小时15分钟、表面水力负荷为144 L/(m2·h)的条件下，经过2天的循环处理后，SDBS、总有机碳（TOC）和总氮（TN）的去除率分别约为85%、75%和76%。这表明，可以设计出创新且美观的生态绿墙系统，有效处理家庭和宿舍规模的洗衣废水。

引言

在中国早期的住宅建筑中，阳台雨水管道常被改作洗衣废水的排放管道，导致雨水与废水混合（Shen等人，2020年）。提出的改造方案是将阳台雨水接入污水系统，这会增加进入处理厂的污水量，从而增加处理所需的能源（Tian等人，2022年）。洗衣废水中存在的表面活性剂可能影响废水在好氧和厌氧条件下的生物降解性。十二烷基苯磺酸钠（SDBS）是一种线性烷基苯磺酸盐，占合成洗涤剂总产量的90%以上。由于代谢途径有限，SDBS在厌氧条件下无法被降解（Pidou等人，2007年）。对洗衣废水进行现场处理以减少表面活性剂和其他污染物的含量，然后将其排入市政污水管网或再利用，是一种低碳且经济有效的污染处理方法（Li等人，2009年）。

绿墙（Green Walls, GWs）是一种通常安装在建筑物内墙或外墙上的垂直系统（Fowdar等人，2017年）。最初绿墙的设计目的是为了美观和可持续性，但最近也被用于废水处理（Fowdar等人，2017年；Fowdar等人，2018年；Prodanovic等人，2017年；Wolcott等人，2022年；Masi等人，2016年）。为了减轻支撑结构的负担，绿墙需要使用轻质基质。先前的研究表明，椰壳纤维和珍珠岩在废水处理中具有良好潜力（Prodanovic等人，2017年），例如能有效去除有机物（Fowdar等人，2017年；Prodanovic等人，2017年）、金属（Shukla等人，2009年）和染料（Vijayakumar等人，2012年）。引入植物可以进一步提高污染物的去除效果。用于绿墙的植物需满足多个条件：适应当地气候条件、生命力强、美观、根系生长空间小、重量轻，并具备良好的营养物质去除能力。因此，研究适合在绿墙中生长的植物及其对高浓度表面活性剂的耐受性是非常有意义的。

然而，当绿墙使用灰水灌溉时，污染物的性质和负荷以及灌溉频率和水力负荷率（HLR）会显著影响出水质量（Siggins等人，2016年）。一项研究表明，在HLR为7 L/(m3·d)的条件下，绿墙能有效去除悬浮固体（TSS）（67%）、化学需氧量（COD）（43%）、生化需氧量（BOD5）（83%）和总大肠菌群（log 2）（Lakho等人，2021年）。更高的HLR（11.7 L/(m2·d)）虽然会导致渗漏增加，但仍可实现COD降低82%、BOD5降低95%、TSS降低90%（Lakho等人，2022年）。从设计角度来看，较高的HLR值更优，因为它们可以减小系统规模，从而降低投资成本。不过，较高的HLR可能会降低污染物去除效率并增加渗漏（Boano等人，2020年；Lakho等人，2022年）。尽管如此，通过循环利用废水可以在高HLR条件下延长废水的水力停留时间（HRT），从而减小绿墙规模并提高污染物去除效率（Svete，2013年）。因此，需要进一步研究以优化HLR、循环时间和循环次数。

基于以上背景，本研究旨在开发一种基于生物过滤技术的绿墙系统用于洗衣废水处理（Boyjoo等人，2013年）。具体目标包括：（1）研究适用于实际洗衣废水的绿墙系统的运行模式和植物-基质组合；（2）评估所构建绿墙系统的处理效果。

章节片段

绿墙设计

用于处理洗衣废水的绿墙系统包括商用花盆（0.1 × 0.2 × 0.35 m）、定时控制的喷灌系统、植物、基质、储水罐、循环泵和循环管道（见图1）。具体而言，该系统由45个花盆组成，排列成9列×5行的矩阵（见图1）。每列五个垂直连接的花盆中填充相同的基质并种植相同的植物。

植物对洗衣废水的耐受性

经过一个月的洗衣废水灌溉后，观察到Iris tectorum f. alba能够生长并开花；生菜生长茂盛且保持常绿；Epipremnum aureum在整个实验期间也保持常绿状态（见图3(a)、3(b)和3(c)）。相比之下，Chlorophytum comosum出现叶片黄化现象（见图3(d)）。综上所述，Iris tectorum f. alba、生菜和Epipremnum aureum是适合用于绿墙的植物。

结论

本研究评估了使用膨胀粘土、珍珠岩、椰壳、土壤和植物等材料构建的绿墙系统处理实际洗衣废水的效果。在灌溉水力负荷为144 L/(m2·d)、处理量为80 L的条件下，经过1小时15分钟的循环处理后，绿墙系统对SDBS的去除率约为85%，TOC为62%，TN为60%。

CRediT作者贡献声明

Cai Liyun：负责写作——审稿与编辑、数据分析、概念构思、初稿撰写、数据整理。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本论文时，作者使用了GPT-4o mini工具来提高理解力和表达清晰度。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对论文内容负全责。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

作者声明不存在利益冲突。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、手稿撰写或结果发表的决定。

致谢

本研究得到了漳州市科学技术局（ZZ2024J62）的支持。作者感谢Yuan Wani和Zhou Haohui在实验中的协助。