[发明专利]一种用于降低甲烷、氨氮污染的CW-MFC装置和方法

说明书

本发明公开了一种用于降低甲烷、氨氮污染的CW‑MFC装置和方法，包括由下至上依次设置的吸附区、水生区、电极区一、电极区二、集水区和生态区，电极区一和电极区二均由下至上设置有厌氧层、阳极层、好氧层和阴极层，厌氧层和好氧层的填充材料均为粒径1～2mm的铬铁矿；其中，电极区一的阳极层和阴极层分别附着有产甲烷菌和硝化菌，电极区二的阳极层附着有产甲烷菌和反硝化菌。本发明的装置结构严谨，材料易得，成本低且操作简单。本发明的处理方法既可以有效控制和消减人工湿地中甲烷和氨氮的污染，也可以提高铬矿石的利用率。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及到一种用于降低甲烷、氨氮污染的CW-MFC装置和方法。

背景技术

当前工业发展迅速，伴随而来的环境污染也日趋严重，许多工业废水的处理成了主要问题。经过科研人员的不懈努力，将污水处理与微生物燃料电池(microbial fuelcell,MFC)耦合人工湿地(constructed wetland,CW)系统结合起来成为了一条新的污水处理道路。

人工湿地是一种由人工建造和监督控制的，与天然湿地类似的生态系统，它充分利用了基质—微生物—植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。当污水投配到人工构建的湿地上时，污水在沿一定方向流过湿地的过程中，主要利用人工填充介质及附着生长的微生物、植物根系吸收以及根际微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。它是一个综合的人工强化生态处理系统，应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，促进废水中污染物质截留、吸附、积累以及生物降解的生态过程。

人工湿地由于处理污水效果好、对有机物的去除能力强、费用低及对负荷变化适应性强等优点，已经成为应用前景较好的污水处理技术之一。人工湿地可分为表面流、水平潜流和垂直潜流等几种形式，其中垂直潜流人工湿地由于具有较强的输氧能力、较好的水力负荷且在任何季节下都保持较好的污染物去除效果等优点而备受关注。其中垂直向上流和垂直向下流是垂直流人工湿地两种最常见的形式，表面流人工湿地装置结构简单，运行成本低，能在一定范围内减轻水体污染程度，但占地面积大，与空气长期接触易造成蚊蝇繁殖。潜流人工湿地分为水平潜流和垂直潜流，其建造运行费用高于表面流人工湿地，但处理污染物的能力更高。垂直流人工湿地上层与空气接触良好，氧气更加充分，水平流人工湿地则为厌氧微生物或兼性厌氧微生物提供生存环境。但单级人工湿地不能同时提供好氧和厌氧的环境，复合人工湿地可以使单级人工湿地优势互补，从而增强污水的净化效果.复合垂直流人工湿地大部分面积接近中生环境，适合更多植物种类的生长，从而处理污水效果更好。

人工湿地耦合微生物燃料电池作为一种以微生物燃料电池为基础同时结合人工湿地的新型污水处理工艺，可在净化水质的同时进行生物产电，在污水的资源化处理方面具有良好的应用前景。

目前有研究公开了一种人工湿地微生物燃料电池耦合系统及污水处理办法，通过水力驱动阴极旋转，增加阳极区域的溶解氧浓度，增强微生物的活性，提高耦合系统的净化效果和产电性能。但该系统仅局限于在阴极区域设置水力增氧装置，装置内均使用砾石进行填充，甲烷排放量较高；也有研究公开了一种复合垂直潜流人工湿地污水净化系统，包括上行流单元池体和下行流单元池体，填料曾自下而上以此铺设粗砾石层、石灰石碎石层、改性火山岩层和土壤层，池底部设有一定坡度。进水依次通过串联的上行流单元和下行流单元，可提高水质净化效果和污水处理效率，降低填料被污染物堵塞的可能性，提高垂直流人工湿地的使用年限。但系统采用的功能填料仅考虑污水的处理效果，未考虑控制和消减甲烷的排放以及废水中其他污染物的处理。

因此，如何在污水处理效果最优的情况下，优化系统设置，有效控制人工湿地甲烷的排放和氨氮的污染是CW-MFC领域亟需解决的难题。

发明内容