一种新型人工湿地强化农田退水脱氮研究

常 洋 王海燕 黎 丹 刘玉静

(1.长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710064; 2.中国环境科学研究院，北京 100000)

一种新型人工湿地强化农田退水脱氮研究

常 洋1,2王海燕2*黎 丹1刘玉静1

(1.长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710064; 2.中国环境科学研究院，北京 100000)

针对农田退水碳氮比低，脱氮难度高等问题，比较了不同水力停留时间下，各个反应器的脱氮效能，在进水TN浓度为17.7 mg/L条件下，比较了不同水力停留时间下碳硫耦合反应器脱氮效能的问题，指出利用碳硫耦合进行强行脱氮具有广阔的应用前景。

碳硫耦合，人工湿地，强化脱氮，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，随着大理旅游经济等的发展，洱海水质迅速下降，21世纪更是由贫中营养级水质降为中营养级水质。农田退水目前是洱海主要外来氮素污染源之一，对于农田退水的深度脱氮处理研究亟需进一步加强。洱海农田退水浓度高峰时TN达17.3 mg/L～20.4 mg/L，TN浓度远远高于地表水V类标准[5](2 mg/L)，同时其C/N(COD/TN)较低(约1～2)，有机碳源缺乏，制约了TN的去除效果[1]；因此如何经济有效地去除农田退水中的氮素，成为国内外的研究热点和难点。农田退水还具有水质水量波动大、排水不集中等特点。目前常用的强化脱氮电子供体有植物碳源[2]、传统碳源(甲醇等)、固体垃圾[3]以及高聚人工化合物[4]等。本研究开创性的采用碳硫耦合作为电子供体，强化人工湿地脱氮效果。

2 实验材料与方法

本研究构建了2个PS-SFW反应器(SFW，PS-SFW)，PS-SFW由不锈钢材料制成，长120 cm、宽40 cm、高80 cm。PS-SFW内填料从下往上依次为10 cm厚土壤层和30 cm厚反硝化层，反硝化层表层采用1 cm厚的石英砂覆盖，防止芦苇上浮。反应器内水深25 cm，PS-SFW进水由蠕动泵(河北兰格蠕动泵厂BT300-2J)经穿孔管连续布水，在反应器尾部均匀设置三个出水口进行溢流排水。SFW中未投加碳源，作为空白对照组。PS-SFW中投加芦苇和硫磺，以碳硫耦合方式处理农田退水。反应器工艺流程见图1。

3 实验结果与讨论

在进水TN浓度维持在17.7 mg/L的条件下，我们分别监测了HRT 3 d，HRT 4 d和HRT 2 d三个水力停留时间下的进出水TN及去除率情况，结果表明，SFW出水TN浓度维持在17.7 mg/L，14.0 mg/L，12.0 mg/L，其对应的去除率分别为4.5%，14.4%和24%。PS-SFW出水TN浓度维持在7.3 mg/L，6.3 mg/L和6.1 mg/L，其对应的去除率分别为58.9%，63.8%和62.2%。进出水TN浓度及去除率见图2。

可以看出，不同水力停留时间下，PS-SFW对TN的去除效能远高于空白组，本研究中利用Excel 2016软件对基质填料方式做了多元素方差分析，结果表明是否投加电子供体对脱氮效能影响显著(F=27.99)，HRT对脱氮效能影响较小(F=0.22)。可见投加电子供体在一定程度上可以大大提高反应器的脱氮效能。刘刚等在补充生物质强化水平潜流湿地去除硝酸盐氮研究中利用香蒲枯叶作为水平潜流人工湿地的外加碳源，发现投加了香蒲枯叶的反应器在运行的前70 d内对TN的去除效果远优于空白组[6]，我们也在该研究中得出了类似的结论。利用碳硫耦合的方式进行强化人工湿地脱氮效果显著，在三个水力停留时间下，其对TN的去除效能提升了38%～54.5%。

4 结语

在进水TN浓度分别为17.7 mg/L条件下，水力停留时间为3 d时，SFW，PS-SFW出水TN浓度分别为17.7 mg/L，7.3 mg/L；在水力停留时间为4 d时，两个反应器出水TN浓度分别为14.0 mg/L，6.3 mg/L；水力停留时间为2 d时，两个反应器出水TN浓度分别为12.0 mg/L，3.5 mg/L。在不同水力停留时间下，PS-SFW均表现出良好的脱氮效能，其反硝化效能远高于空白组，利用碳硫耦合进行强化脱氮有广阔的工程应用前景。

[1] 李 军，徐 影,王秀玲，等.固体碳源填充床反应器反硝化性能的研究[J].农业环境科学学报,2012,31(6):1230-1235.

[2] 张兰河，孙立娇，仇天雷，等.固体碳源填充床反应器脱除污水硝态氮效能的预测模型[J].农业工程学报,2013,29(6):209-213.

[3] 吉芳英,陈 思,杨肃博，等.利用可生物降解固体碳源进行反硝化的研究[J].中国给水排水,2013,29(19):14-17.

[4] 李 彭,唐 蕾,左剑恶，等.以PHAs为固体碳源的城关镇二级出水深度脱氮研究[J].中国环境科学,2014,34(2):331-336.

[5] GB 3838—2002，地表水环境质量标准[S].

[6] 刘 刚,闻 岳,周 琪.补充生物质强化水平潜流湿地去除硝酸盐氮研究[J].中国给水排水,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，在读硕士

王海燕(1976- )，女，博士，研究员

1009-6825(2016)15-0191-02

S181

A