一種新型人工濕地強化農田退水脫氮研究

常 洋 王海燕 黎 丹 劉玉靜

(1.長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710064; 2.中國環境科學研究院，北京 100000)

一種新型人工濕地強化農田退水脫氮研究

常 洋1,2王海燕2*黎 丹1劉玉靜1

(1.長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710064; 2.中國環境科學研究院，北京 100000)

針對農田退水碳氮比低，脫氮難度高等問題，比較了不同水力停留時間下，各個反應器的脫氮效能，在進水TN濃度為17.7 mg/L條件下，比較了不同水力停留時間下碳硫耦合反應器脫氮效能的問題，指出利用碳硫耦合進行強行脫氮具有廣闊的應用前景。

碳硫耦合，人工濕地，強化脫氮，植物碳源

1 概述

洱海位于云南省大理州，是云南省第二大高原淡水湖泊，隨著大理旅游經濟等的發展，洱海水質迅速下降，21世紀更是由貧中營養級水質降為中營養級水質。農田退水目前是洱海主要外來氮素污染源之一，對于農田退水的深度脫氮處理研究亟需進一步加強。洱海農田退水濃度高峰時TN達17.3 mg/L～20.4 mg/L，TN濃度遠遠高于地表水V類標準[5](2 mg/L)，同時其C/N(COD/TN)較低(約1～2)，有機碳源缺乏，制約了TN的去除效果[1]；因此如何經濟有效地去除農田退水中的氮素，成為國內外的研究熱點和難點。農田退水還具有水質水量波動大、排水不集中等特點。目前常用的強化脫氮電子供體有植物碳源[2]、傳統碳源(甲醇等)、固體垃圾[3]以及高聚人工化合物[4]等。本研究開創性的采用碳硫耦合作為電子供體，強化人工濕地脫氮效果。

2 實驗材料與方法

本研究構建了2個PS-SFW反應器(SFW，PS-SFW)，PS-SFW由不銹鋼材料制成，長120 cm、寬40 cm、高80 cm。PS-SFW內填料從下往上依次為10 cm厚土壤層和30 cm厚反硝化層，反硝化層表層采用1 cm厚的石英砂覆蓋，防止蘆葦上浮。反應器內水深25 cm，PS-SFW進水由蠕動泵(河北蘭格蠕動泵廠BT300-2J)經穿孔管連續布水，在反應器尾部均勻設置三個出水口進行溢流排水。SFW中未投加碳源，作為空白對照組。PS-SFW中投加蘆葦和硫磺，以碳硫耦合方式處理農田退水。反應器工藝流程見圖1。

3 實驗結果與討論

在進水TN濃度維持在17.7 mg/L的條件下，我們分別監測了HRT 3 d，HRT 4 d和HRT 2 d三個水力停留時間下的進出水TN及去除率情況，結果表明，SFW出水TN濃度維持在17.7 mg/L，14.0 mg/L，12.0 mg/L，其對應的去除率分別為4.5%，14.4%和24%。PS-SFW出水TN濃度維持在7.3 mg/L，6.3 mg/L和6.1 mg/L，其對應的去除率分別為58.9%，63.8%和62.2%。進出水TN濃度及去除率見圖2。

可以看出，不同水力停留時間下，PS-SFW對TN的去除效能遠高于空白組，本研究中利用Excel 2016軟件對基質填料方式做了多元素方差分析，結果表明是否投加電子供體對脫氮效能影響顯著(F=27.99)，HRT對脫氮效能影響較小(F=0.22)。可見投加電子供體在一定程度上可以大大提高反應器的脫氮效能。劉剛等在補充生物質強化水平潛流濕地去除硝酸鹽氮研究中利用香蒲枯葉作為水平潛流人工濕地的外加碳源，發現投加了香蒲枯葉的反應器在運行的前70 d內對TN的去除效果遠優于空白組[6]，我們也在該研究中得出了類似的結論。利用碳硫耦合的方式進行強化人工濕地脫氮效果顯著，在三個水力停留時間下，其對TN的去除效能提升了38%～54.5%。

4 結語

在進水TN濃度分別為17.7 mg/L條件下，水力停留時間為3 d時，SFW，PS-SFW出水TN濃度分別為17.7 mg/L，7.3 mg/L；在水力停留時間為4 d時，兩個反應器出水TN濃度分別為14.0 mg/L，6.3 mg/L；水力停留時間為2 d時，兩個反應器出水TN濃度分別為12.0 mg/L，3.5 mg/L。在不同水力停留時間下，PS-SFW均表現出良好的脫氮效能，其反硝化效能遠高于空白組，利用碳硫耦合進行強化脫氮有廣闊的工程應用前景。

[1] 李 軍，徐 影,王秀玲，等.固體碳源填充床反應器反硝化性能的研究[J].農業環境科學學報,2012,31(6):1230-1235.

[2] 張蘭河，孫立嬌，仇天雷，等.固體碳源填充床反應器脫除污水硝態氮效能的預測模型[J].農業工程學報,2013,29(6):209-213.

[3] 吉芳英,陳 思,楊肅博，等.利用可生物降解固體碳源進行反硝化的研究[J].中國給水排水,2013,29(19):14-17.

[4] 李 彭,唐 蕾,左劍惡，等.以PHAs為固體碳源的城關鎮二級出水深度脫氮研究[J].中國環境科學,2014,34(2):331-336.

[5] GB 3838—2002，地表水環境質量標準[S].

[6] 劉 剛,聞 岳,周 琪.補充生物質強化水平潛流濕地去除硝酸鹽氮研究[J].中國給水排水,2009,25(21):13-16.

Abstract: In light of farmland low carbon-sulfur ratio and nitrogen removal difficulty, the paper compares nitrogen removal effect of different reactors with different hydraulic retention time, and compares nitrogen removal efficiency of carbon-sulfur coupling reactors with different hydraulic retention time under 17.7 mg/L of inflow TN concentration, and finally points out that: there will be wide application prospect of applying carbon-sulfur coupling for forcefully removal nitrogen.

Key words: carbon-sulfur coupling, artificial wetland, enhanced nitrogen removal, plant carbon source

Study on the new artificial wetland enhancing farmland nitrogen removal

Chang Yang1,2Wang Haiyan2*Li Dan1Liu Yujing1

(1.CollegeofEnvironmentalScience&Engineering,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China; 2.ChinaAcademyofEnvironmentalScience,Beijing100000,China)

2016-03-17

常 洋(1990- )，男，在讀碩士

王海燕(1976- )，女，博士，研究員

1009-6825(2016)15-0191-02

S181

A