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人工湿地作为污水处理后处理技术去除微污染物的全球变暖潜能、土地利用及经济成本量化研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年07月20日 来源：Cleaner Environmental Systems 6.1
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本研究针对污水处理厂(WWTP)出水中微污染物(MPs)的生态风险问题，通过生命周期评估(LCA)比较了沙基与树皮-生物炭基人工湿地(CWs)与其他先进处理技术(臭氧、活性炭等)的环境经济影响。研究发现树皮-生物炭基CW对MPs的去除范围更广(>70%)但存在季节性波动，其全球变暖潜能(GWP)为148 g CO2当量/m3，处理成本0.14 �/m3，土地利用(0.51 m2/m3)低于传统设计，为生态工程选择提供量化依据。
随着药品、个人护理品等微污染物(MPs)在自然水体中的持续检出，污水处理厂传统工艺已难以有效应对这类痕量污染物带来的生态威胁。鱼类性别发育异常、微生物抗生素耐药性增强等现象，正警示着MPs通过食物链产生的跨圈层风险。面对这一环境挑战，荷兰瓦赫宁根大学(Wageningen University)的研究团队创新性地将人工湿地(CWs)改造为污水处理后处理单元，通过量化沙基与树皮-生物炭基两种CW系统的环境经济指标，为绿色水处理技术选择提供了科学依据。相关成果发表于《Cleaner Environmental Systems》。
研究采用生命周期评估(LCA)框架，结合荷兰阿默斯福特污水处理厂的实况数据，对比分析了两种CW与臭氧、活性炭等五种技术的性能。关键技术包括：1) 中试规模垂直流CW构建与MPs去除效率监测；2) 基于孔隙率与水力停留时间(HRT)的全尺寸系统线性放大模型；3) SimaPro软件配合EcoInvent数据库进行环境影响建模；4) 生命周期成本分析(LCCA)量化经济投入。
微污染物去除效能
树皮-生物炭基CW对8种典型MPs(如卡马西平、双氯芬酸等)的去除率显著高于沙基系统，但存在季节性波动。相较于臭氧技术的稳定高效(>80%)，CW系统需要更长的微生物群落适应期。
土地利用优化
树皮-生物炭基CW的土地需求(0.51 m2/m3)比沙基系统降低12%，主要归因于生物炭基质的高孔隙率。尽管如此，CW系统的占地面积仍是臭氧技术的170倍，凸显其在土地资源紧张地区的应用局限性。
气候影响与成本
生物炭生产过程中的能源消耗使其GWP(148 g CO2当量/m3)高于沙基系统(108 g CO2当量/m3)，但低于颗粒活性炭技术(325 g CO2当量/m3)。敏感性分析显示，采用挪威可再生能源电力可使CW系统的GWP降低55-59%。经济方面，树皮-生物炭基CW的20年处理成本(0.14 �/m3)主要受基质更换(10年周期)和双次开挖施工影响。
该研究首次系统论证了改良基质CW技术在MPs去除领域的竞争力。虽然物理化学技术在效率与占地方面占优，但CW系统兼具污染物降解与生态服务功能。研究特别指出：1) 生物炭生产数据的精确化可进一步降低GWP评估偏差；2) 虹吸系统替代水泵有望减少40%的运营碳足迹；3) 转化产物毒性与植物资源化利用将成为未来LCA研究的关键补充。这些发现为水务部门在"碳达峰"背景下的技术选型提供了多维度决策依据，尤其适用于土地资源充裕且重视生态效益的地区。
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