| 主权项 |
一种提高复合垂直流人工湿地脱氮的方法，其步骤是：Ⅰ、污水由污水进水管(3)进入到下行流池(1)填料表面的污水布配水管(4)中，进入污水布配水管(4)的污水自上而下首先进入填充导电的填料C(7)的下行流池表层导电填料层阳极区(h1)内，湿地植物A(5)和湿地植物B(6)种植在填料C(7)中间，阳极集电极(21)的一端固定在湿地植物根系(10)间，阳极集电极(21)的另一端伸出下行流池表层导电填料层阳极区(h1)且与连接上行流池表层导电填料层阴极区(h5)的导线(19)相接，污水中的营养物质被湿地植物吸收用于正常生长，同时湿地植物根系(10)分泌有机物(28)和氧气(24)，植物根系(10)分泌的有机物与污水中的有机物和水(29)在阳极电化学活性菌(30)的作用下反应产生二氧化碳(32)、电子(33)和质子(31)，公式所示(1)：C<sub>X</sub>H<sub>Y</sub>O<sub>Z</sub>+(2X‑Z)H<sub>2</sub>O→XCO<sub>2</sub>+(Y+4X‑2Z)H<sup>+</sup>+(Y+4X‑2Z)e<sup>‑</sup>(1)；产生的电子(33)沿着阳极集电极(21)向上迁移并经导线(19)迁移到上行流池表层导电填料层阴极区(h5)形成电流，产生的质子(31)随水流向下流出下行流池表层导电填料层阳极区(h1)，产生的二氧化碳(32)向上穿出下行流池表层导电填料层阳极区(h1)释放到大气中，重新被湿地植物A(5)和湿地植物B(6)吸收进体内或进入下行流池表层导电填料层阳极区(h1)中直接被亚硝化菌(23)和硝化菌(26)利用为无机碳源，湿地植物根系(10)分泌的氧气(24)和大气中的氧气(24)使下行流池表层导电填料层阳极区(h1)有好氧微环境，亚硝化菌(23)和硝化菌(26)好氧自养型微生物的生长，污水中的或者湿地植物枯败死亡经分解得到的氨氮(22)在亚硝化菌(23)作用下被氧化为亚硝酸盐氮(27)，公式所示(2)：<img file="FDA0000600578280000011.GIF" wi="1582" he="70" />转化成的亚硝酸盐氮(27)在硝化菌(26)作用下被进一步氧化为硝酸盐氮(25)，公式所示(3)：<img file="FDA0000600578280000012.GIF" wi="494" he="67" />式中转化成的硝酸盐氮(25)随水流继续向下移动；Ⅱ、经过步骤Ⅰ的污水在重力作用下继续进入到位于下行流池表层导电填料层阳极区(h1)下方的填充非导电填料B(8)的下行流池中层普通填料层(h2)内，湿地植物根系(10)深入下行流池中层普通填料层(h2)内，大气和污水中带入溶解氧进入到下行流池中层普通填料层(h2)中，下行流池中层普通填料层(h2)以好氧微环境为主，进行自养生物硝化反应，污水中的氨氮(22)继续在亚硝化菌(23)作用下被氧化成亚硝酸盐氮(27)，反应式同步骤Ⅰ中的公式(2)；转化成的亚硝酸盐氮(27)继续在硝化菌(26)作用下被氧化成硝酸盐氮(25)，反应式同步骤Ⅰ中的公式(3)，转化成的硝酸盐氮(25)随水流继续向下移动；Ⅲ、经过步骤Ⅱ的污水在重力作用下继续进入到填充填料A(9)的下、上行流池底部连通层(h3)内,该层缺氧和厌氧环境存在着硝酸盐还原酶(34)、亚硝酸盐还原酶(36)、氧化氮还原酶(38)、氧化亚氮还原酶(40)：①污水中的硝酸盐氮(25)在硝酸盐还原酶(34)作用下，接受氢供体(35)被还原成亚硝酸盐氮(27)，公式(4)和公式(5)所示；②在①中生成的亚硝酸盐氮(27)在亚硝酸盐还原酶(36)作用下接受氢供体(35)被还原成氧化氮(37)，公式(4)和公式(6)所示；③在②中生成的氧化氮(37)在氧化氮还原酶(38)作用下接受氢供体(35)被还原成氧化亚氮(39)，公式(4)和公式(7)所示；④在③中生成的氧化亚氮(39)在氧化亚氮还原酶(40)作用下接受氢供体(35)被还原成氮气(41)，公式(4)和公式(8)所示：<img file="FDA0000600578280000021.GIF" wi="1704" he="79" /><img file="FDA0000600578280000022.GIF" wi="979" he="74" /><img file="FDA0000600578280000023.GIF" wi="1034" he="92" />2NO+2H(氢供体，有机物)→N<sub>2</sub>O+H<sub>2</sub>O (7)N<sub>2</sub>O+2H(氢供体，有机物)→N<sub>2</sub>+H<sub>2</sub>O (8)；生成的氮气(41)一部分通过下行流池中填料的空隙释放到下行流池(1)上方的大气中，一部分随水流进入上行流池中层普通填料层(h4)内；Ⅳ、经过步骤Ⅲ的污水继续进入到上行流池中层填充填料D(12)的上行流池中层普通填料层(h4)内，普通填料层(h4)为缺氧厌氧环境，进行异养生物反硝化过程，将硝酸盐氮(25)最终还原成氮气(41)，具体过程同步骤Ⅲ,生成的氮气(41)继续向上进入并穿过上行流池表层导电填料层阴极区(h5)；Ⅴ、经过步骤Ⅳ的污水继续进入到上行流池表层填充填料E(13)的上行流池表层导电填料层阴极区(h5)内,上行流池表层导电填料层阴极区(h5)表面铺设出水集水管(14)，出水集水管(14)设置开有对称气孔(15)的密封盖(18)，阴极集电极(16)一端固定在填料E(13)中间，另一端穿过密封盖(18)，穿出部分与导线(19)相接并用密封塞(17)密封,在上行流池表层导电填料层阴极区(h5)中，生长着阴极自养电化学生物反硝化菌(42)，存在着质子(31)、电子(33)和硝酸盐氮(25)；同时，步骤Ⅰ中下行流池表层导电填料层阳极区(h1)产生的电子(33)沿导线(19)、阴极集电极(16)向下迁移到达上行流池表层导电填料层阴极区(h5)中,硝酸盐氮(25)、质子(31)和电子(33)在阴极自养电化学生物反硝化菌(42)作用下发生反应生成氮气(41)，公式(9)所示：<img file="FDA0000600578280000031.GIF" wi="832" he="78" />氮气(41)最终通过气孔(15)释放到大气中；Ⅵ、经过步骤Ⅴ的已经脱除了氨氮(22)、硝酸盐氮(25)形态氮的污水最终通过上行流池表层导电填料层阴极区(h5)表面的出水集水管(14)流出，流出的水中总氮含量大大降低；所述的下行流池中层普通填料层(h2)厚度的范围：13cm≤h2≤32cm；上行流池中层普通填料层(h4)厚度的范围：13cm≤h4≤32cm；所述的下行流池表层导电填料层阳极区(h1)厚度的范围：28cm≤h1≤52cm，上行流池表层导电填料层阴极区(h5)厚度的范围：28cm≤h5≤52cm；所述的下行流池(1)和上行流池(2)的填料总深度相差8－12cm；下行流池(1)填料深度H1范围：53cm≤H1≤82cm；上行流池(2)填料深度H2范围：43cm≤H2≤72cm；所述下行流池(1)和上行流池(2)底部连通，连通层深度h3的范围：8cm≤h3≤22cm。 |
