[发明专利]处理低碳废水的CW-MFC系统快速启动方法及装置

说明书

本发明属于污水处理和水生态修复技术领域，具体涉及处理低碳废水的CW‑MFC系统快速启动方法及装置。CW‑MFC系统快速启动的原理为：将不同导电和非导电填料置入原污泥中驯化，得到具有不同特性的污泥，以实现CW‑MFC系统的快速启动；通过将驯化用的导电和非导电材料、以及不易变形的硬质胶管和设有通孔的PVC管设计在CW‑MFC装置内，构建出CW‑MFC装置；将驯化后的污泥和进水的混合溶液加入至CW‑MFC不同位置，同时通过测量PVC管中溶解氧的含量，保证不同位置中所需的最佳环境，在工艺上实现CW‑MFC的快速启动。本发明解决了低碳废水的CW‑MFC系统启动速度较慢，产电能力较低的问题。

技术领域

本发明属于污水处理和水生态修复技术领域，具体涉及处理低碳废水的CW-MFC系统快速启动方法及装置。

背景技术

人工湿地与微生物燃料电池(CW-MFC)耦合是近几年新兴的一种废水处理技术，由于能够同时实现污染物去除和能源再生而备受关注。该项技术的优势体现在保持了原有非电活性微生物作用的同时，还激活了电活性微生物的功能：通过氧化废水中有机物的过程，释放电子到导电基质上，将化学能转化为电能。碳氮比指废水中碳氮量的比值，是影响微生物进行反硝化过程的重要因素，若想实现较高的脱氮效率，进水碳氮比通常需保持在5以上，然而当碳氮比较低时，比如在1.5-3.5的范围内，有限的有机碳源一方面抑制了反硝化细菌，使反硝化脱氮受到限制，另一方面电活性微生物可利用的化学能也相对较少，导致产电能力低下，因此一种能够处理低碳废水的CW-MFC工艺亟待开发。

自养反硝化是反硝化菌利用无机碳作为碳源，以无机物作为硝酸盐氮还原的电子供体，完成的微生物新陈代谢。研究表明，CW-MFC中的反硝化菌群即包括电活性微生物，又包括非电活性微生物，所以，加强对自养反硝化菌群的驯化和培养对提高CW-MFC处理低碳废水效率和产电能力尤为重要。基于自养反硝化工艺的CW-MFC的启动过程实际是自养反硝化菌(包括电活性和非电活性)在阳极富集的过程，也是与系统中其他微生物种群竞争与适应的过程，然而自养反硝化菌驯化时间周期较长，在与异养反硝化菌的竞争中处于劣势，增值速率慢，导致系统的启动速度较慢，因此本发明针对这些弊端，提供了一种基于自养反硝化工艺的CW-MFC快速启动方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了处理低碳废水的CW-MFC系统快速启动方法及装置；本发明解决了低碳废水的CW-MFC系统启动速度较慢，产电能力较低的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种处理低碳废水的CW-MFC系统快速启动方法，包括如下步骤：

(1)微生物的驯化：

将阳极导电填料加入至厌氧污泥池中进行阳极微生物驯化，得到阳极污泥；

将阴极导电填料加入至好氧污泥池中进行阴极微生物驯化，得到阴极污泥；

将好氧污泥、厌氧污泥共混得到混合污泥，将非导电填充材料加入至混合污泥池中进行基质污泥微生物驯化，得到基质污泥；实现污泥中微生物适应不同材料的环境，还能够在短时间内让基质表面富集好氧或厌氧微生物，从而形成相应的生物膜，为CW-MFC系统启动阶段的污泥接种奠定基础，缩短系统的启动时间；

(2)处理低碳废水的CW-MFC系统快速启动方法：

将阳极污泥加入到含有阳极导电材料的阳极层中，将阴极污泥加入到含有阴极导电材料的阴极层中，将混合基质污泥加入到含有非导电材料的基质层中，所述基质层设置于所述阳极层和所述阴极层之间，且所述阳极导电材料和所述阴极导电材料通过导线构成闭合回路，阳极导电材料产生的电子通过导线供给阴极导电材料，于阴极电极表面进行自养细菌的反硝化反应，得到快速启动的CW-MFC系统。