一种提高复合垂直流人工湿地脱氮的方法

摘要

本发明公开了一种提高复合垂直流人工湿地脱氮的方法，步骤：Ⅰ、污水依次进入下行流池表层导电填料层和中层非导电填料层，在好氧亚硝酸菌和硝化菌作用下，将污水中的氨氮氧化成硝酸盐氮；Ⅱ、经过步骤Ⅰ的污水依次进入下、上行流池底部连通层和上行流池中层非导电填料层，在硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、氧化氮还原酶、氧化亚氮还原酶的作用下，通过异养方式将污水中硝酸盐氮还原成氮气；Ⅲ、经过步骤Ⅱ的污水进入上行流池表层导电填料层中，在电化学自养反硝化菌作用下，通过自养方式，将污水中硝酸盐氮还原成氮气。Ⅳ、经过步骤Ⅲ的已经脱除氮的污水最终通过出水集水管流出。该方法操作简便，可显著提高复合垂直流人工湿地的脱氮效果。

主权项

1.一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（28）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_XH_YO_Z+(2X-Z)H₂O→XCO₂+(Y-4X-2Z)H⁺+(Y＝4X-2Z)e^-(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）中直接被亚硝酸菌（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，亚硝酸菌（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）在亚硝酸菌（23）作用下被氧化为亚硝酸盐氮（27），公式所示（2）：转化成的亚硝酸盐氮（27）在硝酸菌（26）作用下被进一步氧化为硝酸盐氮（25），公式所示（3）：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（24）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）继续在亚硝酸菌(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，接受氢供体或电子供体（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中生成的亚氧化氮（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:2NO+2H（氢供体，有机物）→N₂O+H₂O    （7）N₂O+2H（氢供体，有机物）→N₂+H₂O    （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：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。