[发明专利]一种光电人工湿地及其应用

说明书

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种光电人工湿地及其应用。

背景技术

低污染水是引发水体富营养化的污染源之一，其治理为我国湖泊环境保护的重要组成部分，低污染水主要包括污水处理厂尾水、污染较重的沟渠水、农田灌溉退水等，由于其水质指标在污水处理厂排污标准与地表水V类标准之间，因此其未经处理直接排放会大幅增加受纳水体的氮磷等营养盐负荷，从而引发水体的富营养化。

太湖周边有近200座污水处理厂，其污水处理厂尾水作为低污染水之一，含有较高的硝态氮、总磷、氨氮等，属于劣五类水，如果尾水未经深度处理直接排入太湖，将会进一步增加已经处于富营养化状态的太湖水体中N、P等营养盐含量，使太湖富营养化程度进一步加剧。因此，为了有效削减排入太湖及周边水体中氮磷负荷，对太湖周边的污水处理厂尾水进行深度脱氮除磷就显得尤为重要。

目前针对尾水脱氮研究多采用超滤膜、反渗透膜分离或臭氧活性炭吸附等过滤处理，这些处理技术虽然效果较好，但对水处理量较大的污水处理厂来说很难得到广泛应用。磷的去除方法主要有生物法和化学沉淀法以及两者之间的联合工艺，生物法除磷效率不够稳定，无法满足日益严格的污水排放标准。化学沉淀法被广泛应用于各种污水处理工艺中，除磷效率相对较高，但是，该方法费用较高并且会产生大量无用的化学污泥，因此是一种慎重选择的处理技术。

作为典型的生态处理技术，人工湿地技术被广泛应用于污染水体的水质净化与恢复、面源污染控制、雨水处理与利用、污水处理等领域，具有投资及维护费用低、出水水质好、二次污染小等优点，可大幅削减进入受纳水体的氮磷等污染物负荷，在一定程度上保障受纳水体的水质需求，具有良好的环境、经济效益和社会效益。

人工湿地技术虽然可以有效地去除污水中总氮、总磷、悬浮固体、生物需氧量、重金属、病原微生物等，但是人工湿地脱氮除磷效果具有明显的不稳定性，究其原因主要有：(1)人工湿地易受环境、特别是温度的影响，其处理效果呈现明显的季节波动性；(2)研究表明人工湿地对磷的去除作用主要是通过湿地基质的吸附作用得以去除，但是当基质吸附作用达到饱和或是水体中磷浓度相对较低时，吸附的磷会二次释放到水体中，从而导致人工湿地磷去除的不稳定性；(3)当污水中有机物含量较低时，当BOD/TN低于4时，可应用于反硝化微生物脱氮的有机碳源不足，会导致人工湿地对硝态氮去除能力的下降。

近年来，电化学作为污水处理的高级氧化技术，利用电子这一清洁的试剂实现污染物的去除，因其效率高且不受环境条件因子的限制，受到广泛关注。电化学法主要有内电解法与微电解法、电凝聚法、电气浮法、电氧化法等。电化学方法可以对多种污染物进行快速高效去除，在脱氮除磷方面也得到了广泛的研究和应用。

电化学方法的脱氮研究包括直接电解法、复三维电极生物膜法、电氧化法等，近年来许多研究学者对其进行了广泛的研究，李德生等利用催化电氧化技术对污水处理厂尾水进行脱氮处理，将电氧化技术与催化活性填料进行技术耦合，催化活性填料为活性炭和含有锰、铁、铜、银等金属固体颗粒组成，研究结果表明，催化电氧化技术在电流密度为32.67mA/cm²、进水pH值为6.25～7.02、HRT为30min时，总氮(TN)从26.40mg/L降至11.9mg/L，NO₃^--N从18.03mg/L降至4.90mg/L，去除率分别可达到54.9％和72.8％；TN脱除主要以硝氮(NO₃^--N)的去除为主。李素梅等利用复三维生物膜电极对去除城市污水处理厂二级出水中的硝态氮进行研究，结果表明：反应器中同时存在异养和自养两种反硝化细菌，在C/N＝1.5、HRT＝10h、I＝60mA的运行条件下，硝态氮的去除率达85～90％，处理效果显著优于单纯生物膜处理法。