技术领域
[0001] 本
发明涉及一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，属于污
水处理技术领域。
背景技术
[0002] 虽然近几年我国村镇生活
污水处理行业发展迅速，但仍面临许多问题，主要有以下4点：
[0003] (1)厂站数量多、分散性强、选址难；
[0004] (2)水质水量差异大；
[0005] (3)标准不明确、不健全；
[0006] (4)部分处理设施运行效果不佳，水质难以达标。
[0007] 对于分散式生活污水处理设备来说，COD、
氨氮处理达标可以通过强化曝气来去除，然而过高的溶解
氧，会造成出水硝态氮含量过高，进一步对人类健康和环境带来
风险。过高的
硝酸盐会诱发相邻地表
水体的富营养化，藻类在活动过程中会产生毒素和减少水体的溶解氧含量，从而影响该区域的
生物多样性。
[0008] 由于村镇生活污水接管水质大多为居民厕所用水，存在C/N比低问题，这对于总氮去除带来很大影响。传统的除氮方法是先进行生物硝化处理后再进行异养反硝化，需外加有机物如甲醇、
乙醇、
醋酸钠等，这样做不仅增加了有机物的投入，还会使系统中产生更多的
污泥，增加了运行和处理的成本，并且有引入新污染的可能。
[0009] 因而，设计采用光电催化氧化技术，耦合自养反硝化微生物电化学反应器对一体化污水处理设备中的TN进行深度有效去除。
发明内容
[0010] 本发明所要解决的技术问题在于：提供一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，它解决了传统的除氮方法，先进行生物硝化处理后再进行异养反硝化，需外加有机物如甲醇、乙醇、醋酸钠等，这样做不仅增加了有机物的投入，还会使系统中产生更多的污泥，增加了运行和处理的成本，并且可能会引入新污染的问题。
[0011] 本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
[0012] 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，它包括以下步骤：
[0013] (1)在微生物电化学反应器的阴
阳极反应柱上添加光催化剂，光催化剂在自然光线下能够将生活污水中有机物降解为CO2和H2O；
[0014] (2)微生物电化学反应器的阳极放置自养反硝化菌，利用光催化反应提高自养反硝化菌转化速率，并为微生物电化学反应器
阴极提供氢离子，阴极放置藻类，一方面利用阳极提供的氢离子，另一方面利用光照进行光合作用，将生活污水中的N、P等营养物质合成复杂的有机质，从而降低水体中氮磷含量；
[0015] (3)向微生物电化学反应器中注入生活污水，对生活污水进行
净化处理。
[0016] 作为优选实例，所述光催化剂采用TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3中任意一种。
[0017] 作为优选实例，所述自养反硝化菌采用脱氮硫杆菌。
[0018] 作为优选实例，所述藻类采用小球藻。
[0019] a.光催化技术
[0020] 光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定
波长的电磁
辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光催化氧化反应是以
半导体及空气为催化剂(如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3等)，以光为
能量，将有机物降解为CO2和H2O。含酚
废水、
农药废水、
表面活性剂、氯代物、高聚物、含油废水等都可以被光催化氧化降解。
[0021] b.自养反硝化菌
[0022] 脱氮硫杆菌是一种专性自养和兼性厌氧型细菌。在好氧条件下能将单质硫和硫化物氧化为
硫酸盐。在厌氧条件下，利用硝酸盐作为
电子受体进行自养反硝化。在硫自养反硝化过程中，脱氮硫杆菌可以利用还原态物质，如硫化物、硫代
硫酸盐或单质硫作为电子供体，还原硝酸盐为氮气，实现反硝化过程。
[0023] 硫自养反硝化工艺早先用于受硝酸盐污染的
地下水生物反硝化。近年来其应用范围不断扩大，开始逐渐用于垃圾渗滤液、河岸渗滤液、闭合循环养殖系统废水等低C/N比的特殊污染水体。
[0024] 尽管利用脱氮硫杆菌硫自养反硝化工艺目前在大规模应用方面技术上还存在一些不足，仍有待解决，但该技术拥有易操作、免维护、无二次污染、效率较高和能耗较低等优点而获得国内外研究者越来越多的关注。
[0025] c.藻类同步脱氮除磷
[0026] 近年来，
水产养殖规模不断扩大，富含N、P的养殖污水排放造成了严重的环境污染。因此，如何实现养殖污水有效净化和废N、P的资源化利用，是水产养殖业进一步发展面临的重要课题。已有研究表明，藻类能有效去除养殖污水中的氮磷，同时
收获的藻类可作为鱼类饵料、食品原料或
生物质原料制备生物
能源。
[0027] 小球藻分别广泛，易于培养，对富含氮磷的污水具有明显的净化效果。有研究者比较了多种藻类的净水效果，认为小球藻是去除N、P的优势藻种之一。净水后收获的小球藻不仅是鱼、虾、贝类等幼体的优质饵料，亦是提取
蛋白质、多糖、不饱和
脂肪酸等物质和制备生物能源的重要物质。
[0028] d.微生物电化学反应器
[0029] 微生物电化学反应器，是拥有阴阳极反应柱的一体化污水处理设备，即在现有的一体化污水处理反应器中增加阴阳极反应柱。在微生物电化学系统(microbial electrochemical system,MES)中，
电极菌群能够在降解环境污染物的同时将电子导出形成
电流，实现污染物的
化学能向
电能的直接转化。或者在外加电源的辅助下进一步将生物电子储存在质子、二氧化
碳等受体物质中，产出更高附加值的氢气和化工产品。
[0030] 生物阴极MES技术是指阴极微生物通过自身的代谢作用，利用从阳极传递来的电子和质子，与最终的电子受体相结合，完成最终反应并获得能量，实现自身的生长和繁殖的过程。脱氮是生物阴极组重要的功能之一。现有的50L的生物阴极MES反应器，实现了同步脱氮和电能回收，通过对外
电路的调控，总氮的脱除效率可以达到84％。此外，生物阴极MES反应器还可以实现硝基苯、对硝基
苯酚的高效降解以及重金属
钒、汞、
铜、铬等的高效回收。
[0031] 本发明的有益效果是：
[0032] (1)将光催化氧化技术与藻类同步脱氮除磷结合，在实现光催化反应的同时，将
光源用于藻类的光合作用，实现氮磷的有机转化，达到从污水中去除的目的；
[0033] (2)光催化氧化技术提高催化剂催化效率，采用光催化-局域
表面等离子共振技术有效
加速污水中氮磷转化率；
[0034] (3)将光电催化-微生物
燃料电池技术首次应用在生活污水深度处理中，构建脱氮硫杆菌与小球藻互生的微生物电化学反应器，弥补村镇生活污水COD低的不足，并强化总氮的去除。
具体实施方式
[0035] 为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体
实施例，进一步阐述本发明。
[0036] 一种光电催化耦合自养反硝化微生物脱氮除磷工艺方法，它包括以下步骤：
[0037] (1)在微生物电化学反应器的阴阳极反应柱上添加光催化剂，光催化剂在自然光线下能够将生活污水中有机物降解为CO2和H2O；
[0038] (2)微生物电化学反应器的阳极放置自养反硝化菌，利用光催化反应提高自养反硝化菌转化速率，并为微生物电化学反应器阴极提供氢离子，阴极放置藻类，一方面利用阳极提供的氢离子，另一方面利用光照进行光合作用，将生活污水中的N、P等营养物质合成复杂的有机质，从而降低水体中氮磷含量；
[0039] (3)向微生物电化学反应器中注入生活污水，对生活污水进行净化处理。
[0040] 实施例
[0041] 光催化剂采用TiO2，自养反硝化菌采用脱氮硫杆菌；藻类采用小球藻。
[0042] 将光合作用、催化反应与微生物电化学技术相耦合，阳极采用自养发硝化菌(脱氮硫杆菌)实现反硝化并提供氢离子，阴极采用藻类(小球藻)，利用光合作用实现同步脱氮除磷。
[0043] 将光催化氧化技术与藻类同步脱氮除磷结合，在实现光催化反应的同时，将光源用于藻类的光合作用，实现氮磷的有机转化，达到从污水中去除的目的；光催化氧化技术提高催化剂催化效率，采用光催化-局域表面等离子共振技术有效加速污水中氮磷转化率；将光电催化-
微生物燃料电池技术首次应用在生活污水深度处理中，构建脱氮硫杆菌与小球藻互生的微生物电化学反应器，弥补村镇生活污水COD低的不足，并强化总氮的去除[0044] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
