[发明专利]一种原位利用污水产电强化下行垂直流人工湿地脱氮效能的方法及装置

权利要求书

1.一种原位利用污水产电强化下行垂直流人工湿地脱氮效能的方法，其步骤是：

A、污水连续由装置顶部进入并均匀布水，依次流入上部非导电填料层，植物根系分布在这一层的中上部，本层由湿地植物的根系泌氧及进水中带入的溶解氧使该区域呈现好氧状态，氨氮在硝化菌和亚硝化菌下转化为硝酸盐氮，异养反硝化菌利用有机碳源作为电子供体将硝酸盐氮还原成氮气；

B、经过步骤(A)的污水流入阳极导电填料层，有机物在该层被电化学活性菌利用产生电子，未氧化的有机物在这一层去除，部分硝酸盐氮异养反硝化得到去除；该层和阴极导电填料层直接通过内部导线连接形成短路，在阳极脱氮菌属作用下发生异养硝化作用，将污水中的氨氮通过氨氧化过程转化成硝酸盐氮；电化学活性菌通过呼吸把新陈代谢产生的电子通过内部导线转移到电子受体硝酸盐氮中，部分硝酸盐氮被阳极脱氮菌属还原成氮气；

C、接着污水流入非导电填料隔离层，该层为阳极导电填料层和阴极导电填料层间的分隔器；

D、随后污水流入阴极导电填料层，在该层中经由内部导线传递来的电子被用作还原硝酸盐氮的电子供体，在阴极脱氮菌属作用下，大部分硝酸盐氮被还原成氮气；

E、最后污水经底部非导电填料层内的排水管流出，出水中总氮含量下行垂直流人工湿地的总氮去除；

所述的电化学活性菌属为具有胞外电子传递的一类微生物，包括地杆菌属、假单胞菌属、脱硫单胞菌属和红育菌属其中的一种或一到四种的任意组合；

所述的阳极脱氮菌属为硝化和反硝化菌属，包括地杆菌属、动胶菌属、固氮弧菌属其中的一种或一到三种和不动杆菌属、黄杆菌属、脱氯单胞菌属其中的一种或一到三种的任意组合；

所述的阴极脱氮菌属为地杆菌属、索氏菌属、不动杆菌属、Dokdonella属、Ferruginibacter属其中的一种或一到五种的任意组合。

2.一种采用权利要求1所述的原位利用污水产电强化下行垂直流人工湿地脱氮效能的方法的装置，该装置自下而上铺设有底部非导电填料层(1)、阴极导电填料层(2)、非导电填料隔离层(3)、阳极导电填料层(4)、上部非导电填料层(5)，其特征在于：阴极导电填料层(2)分别与底部非导电填料层(1)、非导电填料隔离层(3)相连，阳极导电填料层(4)分别与非导电填料隔离层(3)、上部非导电填料层(5)相连，在非导电填料层(5)上部中种植湿地植物(6)，阳极集电极(7)、阴极集电极(8)通过内导线(9)短路连接，阳极集电极(7)和阴极集电极(8)分别放置在阳极导电填料层(4)及阴极导电填料层(2)内，内导线(9)埋设于阳极导电填料层(4)及阴极导电填料层(2)内，其两端分别与阳极集电极(7)、阴极集电极(8)连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的阳极填料层(4)和阴极导电填料层(2)内填料为颗粒活性炭或石墨颗粒；颗粒活性炭粒径为1－5mm，比表面积为500－900m²/g，填充密度为0.45－0.55g/cm³；石墨颗粒填充粒径为1－5mm，填充密度为1.8－2g/cm³。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的湿地植物(6)为美人蕉、风车草、芦苇、芦竹、水甜茅、大米草、鸢尾、茭白、千屈菜、野古草、菖蒲、象草中的一种或一至十二种的任意组合。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的阳极集电极(7)和阴极集电极(8)为石墨毡、石墨棒或不锈钢材质。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的上部非导电填料层(5)厚度为20－30cm，阳极导电填料层(4)厚度为10－30cm，非导电填料隔离层(3)厚度为10－20cm，阴极导电填料层(2)厚度为15－30cm，底部非导电填料层(1)厚度为5－10m。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的装置底部非导电填料层(1)、非导电填料隔离层(3)、上部非导电填料层(5)为砾石、砂石、无烟煤、生物陶粒中的一种或一至四种。