一種新型人工濕地強(qiáng)化農(nóng)田退水脫氮研究

常 洋 王海燕 黎 丹 劉玉靜

(1.長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064; 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100000)

一種新型人工濕地強(qiáng)化農(nóng)田退水脫氮研究

常 洋1,2王海燕2*黎 丹1劉玉靜1

(1.長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064; 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100000)

針對(duì)農(nóng)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(shí)間下，各個(gè)反應(yīng)器的脫氮效能，在進(jìn)水TN濃度為17.7 mg/L條件下，比較了不同水力停留時(shí)間下碳硫耦合反應(yīng)器脫氮效能的問題，指出利用碳硫耦合進(jìn)行強(qiáng)行脫氮具有廣闊的應(yīng)用前景。

碳硫耦合，人工濕地，強(qiáng)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(jīng)濟(jì)等的發(fā)展，洱海水質(zhì)迅速下降，21世紀(jì)更是由貧中營(yíng)養(yǎng)級(jí)水質(zhì)降為中營(yíng)養(yǎng)級(jí)水質(zhì)。農(nóng)田退水目前是洱海主要外來氮素污染源之一，對(duì)于農(nóng)田退水的深度脫氮處理研究亟需進(jìn)一步加強(qiáng)。洱海農(nóng)田退水濃度高峰時(shí)TN達(dá)17.3 mg/L～20.4 mg/L，TN濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地表水V類標(biāo)準(zhǔn)[5](2 mg/L)，同時(shí)其C/N(COD/TN)較低(約1～2)，有機(jī)碳源缺乏，制約了TN的去除效果[1]；因此如何經(jīng)濟(jì)有效地去除農(nóng)田退水中的氮素，成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。農(nóng)田退水還具有水質(zhì)水量波動(dòng)大、排水不集中等特點(diǎn)。目前常用的強(qiáng)化脫氮電子供體有植物碳源[2]、傳統(tǒng)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(chuàng)性的采用碳硫耦合作為電子供體，強(qiáng)化人工濕地脫氮效果。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

本研究構(gòu)建了2個(gè)PS-SFW反應(yīng)器(SFW，PS-SFW)，PS-SFW由不銹鋼材料制成，長(zhǎng)120 cm、寬40 cm、高80 cm。PS-SFW內(nèi)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(yīng)器內(nèi)水深25 cm，PS-SFW進(jìn)水由蠕動(dòng)泵(河北蘭格蠕動(dòng)泵廠BT300-2J)經(jīng)穿孔管連續(xù)布水，在反應(yīng)器尾部均勻設(shè)置三個(gè)出水口進(jìn)行溢流排水。SFW中未投加碳源，作為空白對(duì)照組。PS-SFW中投加蘆葦和硫磺，以碳硫耦合方式處理農(nóng)田退水。反應(yīng)器工藝流程見圖1。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在進(jìn)水TN濃度維持在17.7 mg/L的條件下，我們分別監(jiān)測(cè)了HRT 3 d，HRT 4 d和HRT 2 d三個(gè)水力停留時(shí)間下的進(jìn)出水TN及去除率情況，結(jié)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的去除率分別為58.9%，63.8%和62.2%。進(jìn)出水TN濃度及去除率見圖2。

可以看出，不同水力停留時(shí)間下，PS-SFW對(duì)TN的去除效能遠(yuǎn)高于空白組，本研究中利用Excel 2016軟件對(duì)基質(zhì)填料方式做了多元素方差分析，結(jié)果表明是否投加電子供體對(duì)脫氮效能影響顯著(F=27.99)，HRT對(duì)脫氮效能影響較小(F=0.22)?？梢娡都与娮庸w在一定程度上可以大大提高反應(yīng)器的脫氮效能。劉剛等在補(bǔ)充生物質(zhì)強(qiáng)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(fā)現(xiàn)投加了香蒲枯葉的反應(yīng)器在運(yùn)行的前70 d內(nèi)對(duì)TN的去除效果遠(yuǎn)優(yōu)于空白組[6]，我們也在該研究中得出了類似的結(jié)論。利用碳硫耦合的方式進(jìn)行強(qiáng)化人工濕地脫氮效果顯著，在三個(gè)水力停留時(shí)間下，其對(duì)TN的去除效能提升了38%～54.5%。

4 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)水TN濃度分別為17.7 mg/L條件下，水力停留時(shí)間為3 d時(shí)，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(shí)間為4 d時(shí)，兩個(gè)反應(yīng)器出水TN濃度分別為14.0 mg/L，6.3 mg/L；水力停留時(shí)間為2 d時(shí)，兩個(gè)反應(yīng)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(shí)間下，PS-SFW均表現(xiàn)出良好的脫氮效能，其反硝化效能遠(yuǎn)高于空白組，利用碳硫耦合進(jìn)行強(qiáng)化脫氮有廣闊的工程應(yīng)用前景。

[1] 李 軍，徐 影,王秀玲，等.固體碳源填充床反應(yīng)器反硝化性能的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2012,31(6):1230-1235.

[2] 張?zhí)m河，孫立嬌，仇天雷，等.固體碳源填充床反應(yīng)器脫除污水硝態(tài)氮效能的預(yù)測(cè)模型[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),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(jìn)行反硝化的研究[J].中國(guó)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(guān)鎮(zhèn)二級(jí)出水深度脫氮研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2014,34(2):331-336.

[5] GB 3838—2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 劉 剛,聞 岳,周 琪.補(bǔ)充生物質(zhì)強(qiáng)化水平潛流濕地去除硝酸鹽氮研究[J].中國(guó)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