[发明专利]一种生物膜电极耦合人工湿地反应器及其污水处理方法

说明书

本发明公开了一种生物膜电极耦合人工湿地反应器及其污水处理方法，采用生物膜电极耦合人工湿地反应器以人工湿地上层加以石墨为阳极，下层厌氧环境加入钢丝网和活性炭作为复合阴极对污水进行处理，通过引入一定的微电流能加强反应器的脱氮和微囊藻毒素去除效率。本发明装置简单、运行管理方便、处理效果良好且占地面积小，可以显著提高对含氮和微囊藻毒素污水的处理效果。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体是涉及一种生物膜电极耦合人工湿地反应器及其污水处理方法。

背景技术

近年来随着化肥、洗涤剂、农药等各种化学物质的广泛使用和大量生活污水排放，一些没有被消减的氮以硝酸盐的形式进入水环境中，地下水中硝酸盐浓度的逐步上升，我国部分地区的已达到40mg/L。而我国《生活饮用水水质标准》中硝酸盐的限值小于20mg/L。由此看来传统的生物处理工艺，已经不能满足对氮的去除。同时近年来，作为废水深度处理的三级处理工程，人工湿地可以进一步减少区域水污染物排放，在我国也得到了积极的发展。

水环境(尤其饮用水水源)中微囊藻毒素和硝酸盐污染是目前国际上普遍关注的环境问题。MCs能引发肝癌或急性肝功能障碍；而硝酸盐含量与MCs含量呈正相关关系，也对人类健康存在较大危险。常规自来水处理工艺和加热煮沸不能有效去除MCs和硝酸盐。人工湿地(CW)被认为是有前景的多目标污染物去除技术，但需要对CW进行工艺改进以提高对这两种污染物的处理效果。

生物膜电极(BE)耦合CW的研究思路。生物膜电极耦合人工湿地反应器(BE-CWR)所需要的氧化还原电位梯度根据水流方向和湿地深度的不同可以在CW系统中自发形成。在BE-CWR中，阳极氧化作用直接提高难降解/毒性有机废水处理效率，还可提高废水可生化性，有利于湿地微生物过程的进一步降解；阴极还原过程产生的某些副产物如氢气等也可被微生物用于反硝化，形成内部供氢的方法(氢利用率高、安全)。从而，BE耦合CW可能是一种有效的同时处理MCs和硝酸盐的技术。人工湿地与微生物燃料电池结合的报道近些年逐渐增多，但与生物膜电极结合的研究几乎未见报道。

为此，现需要一种生物膜电极耦合人工湿地反应器及其污水处理方法，来开展生物膜电极耦合人工湿地反应器(BE-CWR)强化MC-LR氧化和硝酸盐还原的研究，为消除水体(尤其是饮用水水源)中MCs和硝酸盐提供新技术。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种生物膜电极耦合人工湿地反应器及其污水处理方法。

本发明的技术方案是:一种生物膜电极耦合人工湿地反应器，主要包括反应器主体、布水管、阳极生物膜、阴极生物膜、电源；

所述反应器主体左侧面下端设有进水口，反应器主体右侧面上端设有出水口，所述出水口下方的反应器主体右侧面上等间距设有多个取水口；

所述布水管设在反应器主体内底面，所述阴极生物膜、阳极生物膜分别设在反应器主体内下部、内上部，所述反应器主体被阴极生物膜、阳极生物膜从上到下依次分隔出底层填料区、中层填料区、上层填料区；

所述电源的正极通过导线与所述阳极生物膜电性连接，电源的负极通过导线与所述阴极生物膜电性连接。

进一步地，所述阳极生物膜为石墨；所述阴极生物膜为不锈钢网包裹活性炭；所述底层填料区为孔隙率为0.526的大粒径火山石；所述中层填料区为孔隙率为0.49的活性炭；所述上层填料区为孔隙率为0.37的小粒径火山石，其中大粒径火山石粒径为5-8mm，小粒径火山石粒径为3-6mm。

更进一步地，所述中层填料区中部设有玻璃棉；所述上层填料区上种植有植物。

进一步地，所述布水管包括布水总管、布水支管；所述布水总管呈环形或方形围绕反应器主体内壁设置，布水总管内环面等间距设有多个连接孔，所述布水支管等间距周向设置在布水总管内环面，且与布水总管可拆卸连接。通过布水总管与布水支管的可拆卸连接，可以方便进行日常维护等，提高装置的工作效率。