[发明专利]一种电化学耦合硫铁矿强化人工湿地深度脱氮除磷的装置和方法

说明书

本发明公开了一种电化学耦合硫铁矿强化人工湿地深度脱氮除磷的装置和方法。在人工湿地不同深度处有着自然形成的好氧和厌氧区域，本发明在不同位置添加的硫铁矿发生不同程度的好氧氧化和厌氧氧化分别对除磷和脱氮有着巨大作用，又通过布置在湿地环境中的阳极上产氧，阴极上产氢的电化学作用直接或间接地促进硫铁矿的好氧氧化和厌氧氧化地的发生，形成了电化学耦合硫铁矿体系，对于废水的脱氮除磷产生了“1+12”的效果。本发明引进电化学耦合硫铁矿体系能有效提高湿地对于尾水中氮磷的深度处理，相比于单纯添加了硫铁矿或单加了电的人工湿地具有显著优势。

技术领域

本发明属于环境技术和水处理领域，具体涉及一种利用电化学耦合硫铁矿体系强化人工湿地中深度脱氮除磷的装置和方法。

背景技术

随着社会经济高速发展，我国正面临着水资源短缺和水污染两大问题。我国大部分化工园区污水处理厂严格执行《城镇污水处理污染物排放标准》 (GB18918-2002)中的一级A标准，然而一级A标准中的水质仅是接近现行的国家规定五类水中的Ⅴ类水水质。这类尾水的大量排放将引发水体富营养化，而我国对于洁净水需求也逐渐加大，因此对这类尾水进行提标改造，通过简单、低能耗、低成本的处理使尾水水质达到Ⅳ类甚至Ⅲ类水极具意义。

人工湿地处理技术是目前常见的尾水深度处理水处理技术，因其具备着高效、低成本且景观价值良好，目前在国内外有着广泛的应用。人工湿地是模拟自然湿地人为设计和建造的，通过基质、植物三者之间的协同作用达到进化污水的一种生态水处理技术。湿地主要分为表面流、水平流、垂直流和复合式人工湿地，其中垂直流湿地因其便捷性和高性能而被广泛应用。

目前，我国人工湿地被广泛用于处理尾水的实验研究和工程案例，然而其中仍然存在着一些困难亟待解决，其中人工湿地在对污水处理厂尾水进行深度脱氮除磷的过程中，存在着水体溶解氧含量低，电子供体不足以及填料吸附能力有限等因素严重限制着湿地的深度脱氮除磷性能。增氧通常可以通过人工曝气和阳极产氧的方式完成。而关于电子供体不足，有研究表明，阴极产氢可通过氢自养反硝化用于脱氮，还有硫铁矿可作为硫自养反硝化的还原态硫而用于脱氮。同时发现硫铁矿具备着极佳的除磷性能，但硫铁矿的反硝化利用难于一般的低价态硫。因此本发明利用阳极产氧促进硫铁矿的好氧氧化，又建立一种阴极产氢与硫铁矿反硝化利用之间的联系，形成一种电化学耦合硫铁矿体系，该体系对于人工湿地深度脱氮除磷有着极大提高。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种电化学耦合硫铁矿强化人工湿地深度脱氮除磷的方法，构建一种直流电耦合硫铁矿的体系应用与湿地水处理环境中。

本发明采用如下技术方案：

本发明首先提供了一种电化学耦合硫铁矿强化人工湿地深度脱氮除磷的方法，其包括如下步骤：

1)将人工湿地整体在垂直方向分区为好氧区和厌氧区，其中好氧区位于厌氧区的上层；在厌氧区装填硫铁矿和生物炭的混合物，在好氧区中的下部区域装填硫铁矿和石灰石的混合物，在好氧区中的上部区域装填生物炭，

2)从上向下向人工湿地通水，保持水位在好氧区上部区域装填的生物炭之上，向湿地中通入取自污水处理厂的污泥，循环流动以接种微生物，接着用高氮磷浓度进水驯化人工湿地内部微观环境，

3)驯化完毕后，在好氧区中的下部区域布设阳极，在厌氧区布设阴极，用待处理废水进水，向阳极和阴极施加电场进行深度脱氮除磷。

本发明还提供了一种电化学耦合硫铁矿强化人工湿地深度脱氮除磷的装置，其包括电源控制系统、电极装置、进液系统、尾液收集装置及人工湿地模拟装置；所述进液系统用于向人工湿地模拟装置输入进液，所述的尾液收集装置用于收集经过人工湿地模拟装置处理的出液，尾液收集装置包括尾液收集罐和升降台，所述升降台用于调节尾液收集罐的高度；