[发明专利]一种提高上行垂直流人工湿地硝酸盐氮脱除效能的方法及装置

说明书

本发明公开了一种提高上行垂直流人工湿地硝酸盐氮脱除效能的方法及装置，步骤是：A、污水连续由装置底部进入；B、污水流入阳极导电填料层，有机物被阳极产电菌利用产生电子，部分硝酸盐氮通过自养、异养反硝化过程得到去除；C、接着污水流入非导电填料隔离层，植物根系分布在这一层的中上部；D、随后污水流入阴极导电填料层，硝酸盐氮被还原成氮气；E、最后污水经阴极导电填料层内的排水管流出。阳极导电填料层分别与底部非导电填料层、非导电填料隔离层相连，阴极导电填料层与非导电填料隔离层相连，阳极集电极、阴极集电极通过外导线和外电阻连接。方法简单，操作便捷，原位利用产生电能，显著提高低碳高硝酸盐氮污水硝酸盐氮脱除效果。

技术领域

本发明属于污水处理领域，更具体涉及一种提高微生物燃料电池和垂直流人工湿地耦合系统处理低碳高硝酸盐氮污水（生活污水、污水处理厂尾水、农业面源、地下水等）时总氮去除效能的运行方法。同时还涉及一种提高上行垂直流人工湿地硝酸盐氮脱除效能的装置。

背景技术

低碳高硝酸盐氮比（C/NO₃^-≤5）是我国污水处理厂尾水（中水）的典型特征，传统生化处理工艺（如活性污泥法、生物膜法等）在反硝化过程中因碳源不足导致脱氮效率低，出水水质难以满足日益严格的排放标准要求，与生态环境要求的生态水水质差距更大。而投加甲醇、乙醇等有机碳源虽可提高生物反硝化过程，可也增加了运行成本。

人工湿地（CW）作为一种环境友好且成本低廉的生态工程技术，已经逐步成为污水分散处理及深度净化的主流工艺之一。人工湿地系统中虽有丰富的碳源供应途径（微生物和死亡植物的分解，植物根系分泌、基质中沉积有机物的释放）和脱氮途径（共生的好氧、厌氧、自养、异养等脱氮微生物，基质吸附、植物吸收等），但是对于进水COD/NO₃^-（≤5）的污水，仍然面临因碳源不足而导致的总氮去除能力有限的问题（Jan Vymazal, Removal ofnutrients in various types of constructed wetlands,in Science of the TotalEnvironment, 2007,48-65.）。如何进一步提高其反硝化效率，已成为当前国际上人工湿地脱氮技术研究的热点和难点。

MFC脱氮技术近年来也得到同行学者们的关注。其原理为：阳极中产电菌氧化有机物产生的电子经由外电路传递到阴极，和阴极中硝酸盐、以及从阳极室传递来的质子发生还原反应，从而硝酸盐被还原成氮气。

MFC脱氮受到运行方式和操作参数的影响较大。如DO对好氧和厌氧生物阴极脱氮的影响有所不同，因氧的还原电势高于硝酸盐氮，可优先成为阴极的主要电子受体。因此，厌氧生物阴极MFC脱氮中要维持DO 在低水平（<0.5 mg/L）。

而好氧阴极MFC脱氮主要发生同步硝化反硝化过程，为了使生物膜表层微生物发生硝化作用将氨氮氧化成硝态氮，DO不能太低（Virdis B., et al., Simultaneousnitrification, denitrification and carbon removal in microbial fuel cells.Water Research, 2010,44(9):2970-2980）。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统由于成本低，近年来逐步应用于污水的处理。虽然有研究报道了CW-MFC用于处理高氮废水有较好的效果（Oon et al., Hybrid systemup-flow constructed wetland integrated with microbial fuel cell forsimultaneous wastewater treatment and electricity generation. BioresourceTechnology, 2015, 186: 270-275.），但是在阴极曝气情况下，增加了系统运行费用。针对低碳高硝酸盐氮污水，如何在无需机械曝气条件下实现CW-MFC系统的高效脱氮也是目前的研究难点之一。

发明内容