铁碳微电解人工湿地在城镇污水处理厂尾水处理中的应用研究

铁碳微电解人工湿地在城镇污水处理厂尾水处理中的应用研究

李文宾，董选锋

（云南利鲁环境建设有限公司，昆明 650000）

摘要：碳铁微电解人工湿地对微污染水体具有良好的处理效果，在污水处理厂尾水处理中得到广泛应用。通过构建碳铁微电解耦合砾石填料人工潜流湿地系统和传统砾石填料人工潜流湿地试验模型，研究在不同人工湿地中TN、TP的去除效果。结果表明，碳铁微电解人工湿地的TN去除率为69.2%~82.4%，TP去除率54.3%~76.8%；较之传统砾石填料人工湿地，TN去除率平均提高了32.8%，TP去除率平均提高了22.5%。

关键词：铁碳微电解、微污染水体、人工湿地、城镇污水处理厂尾水

引言：

城市微污染水体如微污染河流、城市污水处理厂尾水，具有污染浓度低、水量大、采用传统深度处理成本高的特点。人工湿地在处理微污染水体上具有运行成本低、维护简单的优点，得到广泛应用；但是，传统人工湿地也存在脱氮除磷效率低[1]，单位处理规模占地大、受水温变化影响大的缺点。近年来针对传统人工湿地TN、TP去除率低问题，国内外学者在人工湿地填料改良、碳铁微电解耦合人工湿地等领域开展了一系列研究[2~3]。碳铁微电解利用金属腐蚀形成原电池的原理，能显著提高人工湿地的脱氮除磷效果。本文通过构建碳铁微电解潜流人工湿地，对比传统潜流人工湿地去除污水处理厂尾水中TN、TP效果，以期为碳铁微电解人工湿地在南方温热地区处理城镇污水处理厂尾水中的应用提供参考。

1实验部分

1.1试验装置

采用有机玻璃制作人工潜流湿地模拟装置，装置净空长100 cm、宽50 cm、高100 cm（超高20 cm，总容积500 L，有效容积400 L。反应器自下而上依次填充石灰石砾石，粒径依次10~12 mm、5~6 mm，6~8 mm，上、中、下层填料厚度分别为10 cm、60 cm、10 cm。中间层填料均匀混合碳铁填料（200 g烘干芦苇茎叶和400 g铁刨花）。湿地模型采用上进下出布水形式，布水、集水管采用DN20 PE管，开孔率15%，进出水高差2 cm，水力坡度2%；采用进水蠕动泵和转子流量计控制进水量。湿地顶部种植株高10 cm菖蒲幼苗，种植行间距0.15×0.15 m。

试验装置分2组，碳铁微电解耦合人工湿地实验组，无碳铁填料为对照组。

1.2进水水质

进水采用武定县某污水处理厂尾水，从污水处理厂深度处理单元絮凝沉淀池后取水，提前取水放置于实验室冰箱存储，进水前检测进水浓度，保证进水水质稳定，进水PH范围6~9，DO浓度为4~5 mg/L ，COD浓度为50±5 mg/L，TN浓度15±2 mg/L、TP浓度为1.0±0.2 mg/L。

1.3运行条件

2组装置均置于室外运行，设置遮雨棚，防止淋雨；2组装置同步运行，水力负荷0.5 m3/m2•d，HRT为1.6 d，初次注水后连续进水运行12日，运行期间平均气温20℃。

1.4分析方法

每2日同步检测装置进水和出水，取样后立即测定水质指标， TN含量采用碱性过硫酸钾-消解紫外分光光度法，PO43-含量采用钼锑盐分光光度法，ORP采用电位测定法。通过对比不同组人工湿地出水水质，分析TN、TP的去除效果。

2试验结果

2.1 TN去除效果

在进水TN基本保持稳定(15±2 mg/L)条件下，TN的去除效果如表1所示。

表1 TN进出水浓度（单位：mg/L）

由表1可知，实验组系统在启动前4日，TN去除率较低6日后TN去除率逐渐上升，第6日起TN去除率基本平稳保持在80%以上；对照组启动6天后，出水TN才有加大的改善，表明微电解耦合人工湿地系统对TN的去除率增长速率较快，系统启动到稳定运行所需时间短。

试验表明，碳铁微电解耦合人工湿地系统对TN的去除率有较大提升，微电解能够促进反硝化过程；微电解耦合人工湿地对TN的稳定去除率平均值为77.7%，较之传统人工湿地系统TN稳定去除率44.9%，提高了32.8%。

2.2 TP去除效果

在进水TP基本保持稳定(1.0±0.2 mg/L)条件下，TP的去除效果如表2所示。

表2 TP进出水浓度（单位：mg/L）【首列拉宽点】

由表2可知， 2个系统对TP的去除效果变化总趋势与TN去除相近，在启动前4日，TP去除率较低，之后出现上升，在8日以后，铁碳微电解湿地系统TP去除率基本平稳保持在75%以上，较之TN去除率的峰值延迟2日。对照组TP的去除率在运行期也呈现随时间增加的趋势，但整体去除率和增长速率低于微电解耦合人工湿地系统。

试验表明，在好氧条件下，碳铁微电解能够强化Fe2+和Fe3+与磷酸盐的反应形成Fe—P络合沉淀，同时，有助于聚磷菌吸收溶解态的磷酸盐。碳铁微电解人工湿地促进TP的去除，微电解耦合人工湿地对TP的稳定去除率平均值为67.6%，较之传统人工湿地系统TN稳定平均去除率45.1%，提高了22.5%

2.3 氧化还原电位

氧化还原点位Eh基本保持稳定(200±20mV)条件下，Eh的变化如表3所示。

表3Eh值（单位：mV）

由表3可知，碳铁微电解耦合人工湿地和传统人工湿地在运行6日内，ORP呈现下降的趋势，6 日后开始升高并趋于稳定，但碳铁微电解耦合人工湿地的ORP较传统潜流湿地下降明显，微电解系统ORP平均下降144 mV。试验表明微电解能够提升系统微生物的活性，同时Fe2+能提供较强的还原势，从而提高微电解系统去除硝态氮的效率。

3结论

碳铁微电解人工湿地在脱碳除磷过程中启动速度较普通湿地较快，系统稳定后对TN、TP的去除效率也明显高于传统人工湿地。填料、微电解、植物、微生物协同作用的稳定，有助于人工湿地净化效果的提升；系统稳定后，碳铁微电解人工湿地脱氮除磷功能进一步提升，TN稳定去除率为69.2%~82.4%，TP稳定去除率54.3%~76.8%；较之传统人工湿地，TN去除率平均提高了32.8%，TP去除率平均提高了22.5%。

本实验仅对系统进出水的TN、TP、ORP进行检测，并未对进出水的DO、NH4-、NOx-、植物量等指标进行检测，不能反映其他指标对系统脱氮除磷的影响，其脱碳除磷的机理有待进一步研究。其次，本实验仅采用单一的石灰石砾石填料，不同填料和微电解耦合后，可能产生不同的生化反应，微电解与不同填料的组合研究是后期研究的重点方向。

参考文献：

[1]刘志寅,尤朝阳,肖晓强,等.人工湿地填料除磷影响因素研究[J].水处理技术,2011,37(10):50-54.

[2]郑晓英,朱星,周翔,等.铁碳内电解垂直流人工湿地对污水厂尾水深度脱氮效果[J].环境科学,2017,38(6):2412-2418.

[3]常邦,胡伟武,李文奇,等.新型铁碳微电解填料去除农村生活污水中的磷[J].水处理技术,2017,43(5):48-51.

[4]罗旌生,曾抗美,左晶莹,等.铁碳微电解法处理染料生产废水[J].水处理技术,2005,31(11):67-70.