[发明专利]升流式厌氧生物滤池与微生物燃料电池耦合降低废水中含氮量的方法

说明书

本发明公开了一种升流式厌氧生物滤池与微生物燃料电池耦合降低废水中含氮量的方法，涉及废水处理方法，包括以下步骤：1)搭建升流式厌氧生物滤池与微生物燃料电池耦合系统；2)启动步骤1)所搭建的系统；3)利用步骤2)完成启动的系统处理废水，收集出水。本发明将升流式厌氧生物滤池与微生物燃料电池两者耦合，在深度脱氮过程中，保证COD含量较低的前提下，用经济的能耗成本有效的强化废水中氮的去除，节省了人工外加投入碳源，实现了NO₂^‑和NO₃^‑的低成本降解和能源回收利用。

技术领域

本发明涉及废水处理方法，具体涉及通过将传统的升流式厌氧生物滤池(AF)与微生物燃料电池(MFC)相耦合强化废水中氮的去除同时提高能源的回收利用率的方法。

技术背景

随着人们日常生活水平的提高，大量的含氮物质直接或间接的应用到人们的生活中，造成大量的氮排放。大量的含氮物质流入水体之中会引起水体富营养化，破坏水体生态环境。生物脱氮因经济节能、有效、无二次污染而备受青睐，成为了绝大多数污水处理厂的选择。生物脱氮是利用微生物的呼吸代谢作用，将有机氮转变为亚硝酸盐和硝酸盐等无机氮，无机氮进一步通过反硝化反应转化为氮气，从而达到生物脱氮的过程。在反硝化反应中，反硝化细菌需要利用有机碳源作为电子供体来进行对硝酸盐的脱氮去除，而有机碳源作为污染物已经在反硝化反应之前被大量去除，所以传统的生物脱氮工艺不可避免的存在着无机氮去除效率的问题。升流式厌氧生物滤池(AF)就是是典型的生物深度脱氮工艺。近年来，越来越多的研究利用微生物燃料电池(MFC)进行废水脱氮，取得令人满意的效果，但是传统厌氧生物滤池在反硝化反应阶段由于有机碳源不足，会导致对废水中NO₂^-和NO₃^-等无机氮的处理效果不佳。MFC具有效率高、速度快、环境友好的特点，有效的克服了厌氧生物脱氮方法的弊端，同时MFC还可以将生物质能转化为电能。但MFC还存在构型不成熟、难以规模化放大等困难。

发明内容

本发明的目的在于克服传统厌氧生物滤池在反硝化反应阶段由于有机碳源不足导致的对废水中NO₂^-和NO₃^-等无机氮的处理效果不佳，而微生物燃料电池构型不成熟、难以规模化放大的困难，提供一种升流式厌氧生物滤池与微生物燃料电池耦合降低废水中含氮量的方法。

本发明的目的通过以下措施来达到：

一种升流式厌氧生物滤池与微生物燃料电池耦合降低废水中含氮量的方法，包括以下步骤：

1)搭建升流式厌氧生物滤池与微生物燃料电池耦合系统(在本发明中简称升流式MFC-AF或MFC-AF)：流式厌氧生物滤池包括填料、进水管、出水管和回流管；将铜线匝绕的石墨棒插入填料之中，作为微生物燃料电池的阳极，将不锈钢网依次内衬碳基质层、PTFE层、Pt/C与PTFE混合层制成微生物燃料电池的阴极，取钛丝连接阴极与阳极上的石墨棒；

2)启动步骤1)所搭建的系统：向阳极接种如反硝化细菌培养液，从进水管连续通入经过闷曝的、含有稳定浓度NO^3--N和乙酸钠的水溶液，开启回流管，测定出水中NO₂^-和NO₃^-的浓度，待出水中NO₂^-和NO₃^-的浓度达到稳定时系统启动完成；

3)利用步骤2)完成启动的系统处理废水：在待处理废水中加入乙酸钠，调节pH后闷曝，将闷曝后的废水经进水管连续通入步骤2)启动的系统中，收集出水。

步骤1)所述填料为石墨颗粒，粒径为3-8mm；所述填料厚180mm，孔隙率0.44；填料包括承托层和滤层：承托层厚40mm，滤层厚140mm，承托层位于滤层上方，且承托层中的石墨颗粒粒径大于滤层。