一种基于内源短程反硝化-光-电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法与流程

一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法
技术领域
1.本发明属于污水处理技术领域，涉及一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合消减废水中碳、氮、磷的方法。


背景技术：

2.污水一直以来都是作为废弃物质被抛弃，高能耗以及经济性都是传统水污染治理过程中亟待解决的问题，然而污水的资源性以及其中蕴含的大量能源往往在水处理的过程中被忽视。污水处理目的仅是单纯的去除污染物，忽视了其中所蕴含的极为丰富的化学能，造成了巨大的浪费。每年仅有机生物废弃物一项就有高达130ej的能量损失，相当于全球1/3的能量所需。通过多年的研究和对污水的重新认识，当今科学界普遍认为污水是被我们放错了位置的资源。其中，蕴含着大量的碳、氮、磷、硫等资源物质。传统工艺主要以去除污染物为目标，不考虑物质与能源间的相互循环和利用。尽管有效去除cod和氮磷等污染物质达到了净化水质的目的，却存在着“以能耗能”的弊端。现今阶段，污水的治理仍然属于高密集耗能行业，开发可再生能源和绿色技术，以满足日益增长的能源需求和应对日益严重的环境污染问题，正受到人们的高度重视。
3.因此，如何研发一种废水除污和能源回收的新途径，成为人们亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明提供了一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法，以解决废水中碳源不足，有效氮磷削减的问题，实现污水中污染物化学能的综合回收和利用，为废水除污和能源回收提供新的解决方案和技术途径；
5.为实现上述目的，一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法，其中所述内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系由内源短程反硝化系统与光催化、微生物燃料电池构建；
6.基于所述体系所述方法包括：
7.1)废水进入内源短程反硝化sbr系统中，将废水中可溶性bod转化为低分子挥发性有机酸vfa，系统中的聚磷菌吸收所述vfa，将废水中的碳以phas的形式作为细胞内碳存储；
8.2)内源短程反硝化sbr的出水进入硝化sbr，将氨氮转化为硝态氮；
9.3)硝化sbr的出水再返回内源短程反硝化sbr，利用phas将硝态氮转化为亚硝态氮；
10.4)内源短程反硝化sbr的出水进入微生物阴极，将亚硝态氮在微生物阴极反硝化。
11.进一步地，内源短程反硝化sbr，其运行模式为厌氧
‑
缺氧
‑
短好氧，厌氧阶段将废水中的碳以phas的形式作为细胞内碳存储，缺氧阶段进行内源短程反硝化和反硝化除磷，短时好氧阶段在不引发亚硝氮氧化的前提下进一步除磷；
12.进一步地，采用的紫外灯为8w，所述紫外灯与光阳极的距离为2cm。
13.本发明提供的目的一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合消减废水中碳、氮、磷的方法，该方法中基于构建低c/n废水脱氮除磷除碳同时回收废物能源产生电能的双重功效的内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系。所述耦合体系中不需外加碳源，可减少工艺运行的资金投入，避免二次污染的产生；解决了废水中碳源不足，有效氮磷削减的问题，实现污水中污染物化学能的综合回收和利用，为废水除污和能源回收提供新的解决方案和技术途径。
附图说明
14.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
15.图1为本发明实施例所述废水中的碳以phas的形式作为细胞内碳存储的原理示意图；
16.图2为本发明实施例所述利用phas将硝态氮转化为亚硝态氮的原理示意图；
17.图3为本发明实施例所述三元耦合体系原理图。
具体实施方式
18.针对现有技术中污水在处理时缺乏考虑物质与能源间的相互循环和利用等问题，本实施方案提供了一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法，其中上述内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系由内源短程反硝化系统与光催化、微生物燃料电池构建；基于体系的该方法包括：
19.1)废水进入内源短程反硝化sbr系统中，将可溶性bod转化为低分子挥发性有机酸vfa。聚磷菌吸收这些发酵产物或来自原污水的vfa,并将其运送到细胞内，将废水中的碳以phas的形式作为细胞内碳存储。原理如图1所示；
20.废水进入内源短程反硝化sbr，其运行模式为厌氧
‑
缺氧
‑
短好氧，厌氧阶段将废水中的碳以phas的形式作为细胞内碳存储，缺氧阶段进行内源短程反硝化和反硝化除磷，短时好氧阶段在不引发亚硝氮氧化的前提下进一步除磷。
21.2)内源短程反硝化sbr的出水进入硝化sbr，将氨氮转化为硝态氮；
22.3)硝化sbr的出水再返回内源短程反硝化sbr，利用phas将硝态氮转化为亚硝态氮；如图2所示；
23.4)内源短程反硝化sbr的出水进入微生物阴极，将亚硝态氮在微生物阴极反硝化。
24.如图3所示，光阳极采用的紫外灯为8w，所述紫外灯与光阳极的距离为2cm。
25.内源短程反硝化能够在废水处理过程中在不增加能源和有机碳消耗的前提下，解决低c/n废水碳源不足的问题，本实施方案将光能引入到微生物燃料电池体系，能够实现太阳能和微生物燃料电池两大清洁能源的结合，同时有效提高微生物燃料电池产电率和对污染物的去除率。产生光催化作用的微生物燃料电池在其电极表面反应时会获得一个有光催化材料对光产生响应后额外的电势提升，继而提高微生物燃料电池的最大电势，同时促进微生物的降解，从而提高废水除污效率。由于微生物燃料电池与光催化技术的耦合，光生电子通过导线导走，有效提高电子与空穴的分离，因此本实施提供的的内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合污水脱氮除磷体系将大大提高系统除污产电效能并降低运行成本，在实现出水水质稳定达标的前提下，回收污水的同时产生电能，实现污水综合利用。
26.应用本本发明提供的耦合体系时不需外加碳源，可减少工艺运行的资金投入，避免二次污染的产生；可解决废水中碳源不足，有效氮磷削减的问题，实现污水中污染物化学能的综合回收和利用，为废水除污和能源回收提供新的解决方案和技术途径。
27.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。


技术特征：
1.一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法，其特征在于，所述内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系由内源短程反硝化系统与光催化、微生物燃料电池构建；基于所述体系所述方法包括：1)废水进入内源短程反硝化sbr系统中，将废水中可溶性bod转化为低分子挥发性有机酸vfa，系统中的聚磷菌吸收所述vfa，将废水中的碳以phas的形式作为细胞内碳存储；2)内源短程反硝化sbr的出水进入硝化sbr，将氨氮转化为硝态氮；3)硝化sbr的出水再返回内源短程反硝化sbr，利用phas将硝态氮转化为亚硝态氮；4)内源短程反硝化sbr的出水进入微生物阴极，将亚硝态氮在微生物阴极反硝化。2.根据权利要求1所述的一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法，其特征在于，内源短程反硝化sbr，其运行模式为厌氧
‑
缺氧
‑
短好氧，厌氧阶段将废水中的碳以phas的形式作为细胞内碳存储，缺氧阶段进行内源短程反硝化和反硝化除磷，短时好氧阶段在不引发亚硝氮氧化的前提下进一步除磷。3.根据权利要求1所述的一种基于内源短程反硝化
‑
光
‑
电三元耦合体系消减废水中碳、氮、磷的方法，其特征在于，采用的紫外灯为8w，所述紫外灯与光阳极的距离为2cm。

技术总结
本发明公开了一种基于内源短程反硝化


技术研发人员：李娜 张晓曼 王世海 李国德 武士威 孔健健 贺海升 高岩
受保护的技术使用者：沈阳师范大学
技术研发日：2021.09.23
技术公布日：2021/11/24