河北省唐山市华北理工大学河北唐山063000
摘要：实验研究了人工湿地（CW）和微生物燃料电池（MFC）耦合系统对难降解有机物处理效果的研究，主要处理对象是有机磷农药。并设置水解酸化池，组成水解酸化+人工湿地微生物燃料电池复合系统，对比不设置水解酸化池的单独耦合系统处理效果。研究表明水解酸化池对人工湿地微生物燃料电池系统的处理效果有一定的优化作用，可以使耦合系统的去除率提高10%到20%左右。
关键词：人工湿地；微生物燃料电池；水解酸化；农药污水；产电
1研究应用现状
水解酸化+CW/MFC复合系统是在CW/MFC系统的基础上新开发的复合系统，能够高效、快捷的处理农药废水。水解酸化可将大分子有机磷农药污染物分解成易于处理的小分子，在一定程度上提高后续处理的可生化性，并且可以缓解CW/MFC系统的堵塞问题，大幅度降低污水中SS。同时CW/MFC耦合系统不仅可以提高传统的CW去除污染物的能力，而且将微生物代谢过程中产生的化学能转换为电能，可以作为一种新型的污水处理和产电技术将在实际生产中发挥作用，缓解水污染和能源短缺两大危机，提供一种新型可持续的替代能源途径。
2水解酸化系统对COD、氨氮的去除效果
由实验知填料组对COD的去除率要比污泥组高出很多。24h出水填料组对COD的去除率可以达到50%左右，污泥组只有20%左右。水力停留时间6h时，去除率曲线上升较快，刚开始水解酸化池中溶解氧浓度较高，微生物去除COD反应速率较快，12h之后去除率增长缓慢最后达到平衡。
水解酸化池24h出水填料组氨氮去除率达到25%左右，污泥组氨氮去除率达到15%。反应刚开始时水中溶解氧浓度较高，有利于硝化细菌的作用，硝化细菌将氨态氮转化成亚硝酸氮速率较快，氨氮去除率增长较快。反应进行一段时间后，水中溶解氧含量降低，使得硝化作用速率减缓，从而影响氨氮去除效率。
2.1水解酸化系统对总磷和有机磷的去除效果
从结果看出填料组对TP的去除效果要比污泥组好，水解酸化池24h出水TP去除率可以达到20%左右。水力停留时间18h以后，TP去除率几乎不变，可能是因为聚磷菌在有氧条件下对磷素的吸收已经达到了饱和状态。
由结果可以得到水解酸化池对有机磷农药（乙酰甲胺磷）的去除率可以达到40%，对比TP的去除效果要高出20%，说明水解酸化池可以起到水解酸化、氧化分解高分子有机物的作用。
3CW-MFC复合系统对污染物的去除效果
对比单独系统和复合系统COD去除率得到复合系统对COD的去除效果更好，进水COD浓度600mg/L，出水COD浓度只有80mg/L复合系统对氨氮的去除率可以达到90%，相比单独系统去除率高出10%，水解酸化池起到了预处理分解作用，CW/MFC系统阴极活性炭上种植的湿地植物根系释放出来的氧气有利用微生物呼吸作用，是微生物代谢加快，提高了COD的去除率。
进水氨氮浓度6.7mg/L，出水氨氮浓度只有1.4mg/L复合系统对氨氮去除率可以达到85%左右，相比单独的CW/MFC系统去除率有所提高。水解酸化池中有较多的硝化细菌和反硝化细菌，进水中一部分氨氮在水解酸化池中已经被厌氧处理，只有少量的氨氮进入到CW/MFC系统中，从整体上提高了对氨氮去除率。湿地植物利用了氮源自身生长发育，也起到的去除氨氮的作用。
TP进水浓度4mg/L，出水TP浓度0.8mg/L复合系统对TP的去除率可以达到75%左右，对磷的去除主要是靠聚磷菌的作用，水解酸化池将高分子聚合磷水解分解成分子较小的容易被聚磷菌吸收的磷酸盐，提高了CW/MFC系统对TP的去除率。实验装置上部人工湿地上的湿地植物对TP的去除也有一定的促进作用。
4结果与讨论
本研究对水解酸化池的水力条件进行了优化，得到了最佳的水力停留时间随后对水解酸化池的处理效果进行了研究，研究了溶解氧浓度对水解酸化池处理效果的影响，以及添加有机磷农药对水解酸化池处理效果的影响。得出结论：
1）水解酸化池最佳的水力停留时间（HRT）为24h。
2）整体系统对乙酰甲胺磷有一定的处理作用，去除率在40%以上。可以实现对有机磷农药的降解。
3）溶解氧（DO）浓度对系统整体的处理效果有很大的影响。适当的提高溶解氧浓度使处理效果提高，溶解氧浓度在0.2~0.3mg/L时整体处理效果最好。
4）填料组处理效果整体上要比污泥组好。
5）当乙酰甲胺磷的浓度超过25mg/L时，会引起污泥解体，污泥上浮等问题。
参考文献
[1]YadavAK，DashP，MohantyA，etal.Performanceassessmentofinnovativeconstructedwetland-microbialfuelcellforelectricityproductionanddyeremoval[J].EcologicalEngineering，2012，47(5):126-131.
[2]LiuST，SongHL，WeiS，etal.Bio-cathodematerialsevaluationandconfigurationoptimizationforpowerout-putofverticalsubsurfaceflowconstructedwetland－mi-croialfuelcellsystems[J].BioresourTechnol，2014，166:575－583.
[3]SharmaY,LiBK.Optimizingenergyharvestinwastewatertreatmentbycombininganaerobichydrogenproducingbiofermentor(HPB)andmicrobialfuelcell(MFC)[J].Int.J.HydrogenEnergy,2010,35(8):3789-3797.
[4]李林锋，年跃刚，蒋高明.人工湿地植物研究进展[J].环境污染与防治，2006，28(8):616-620.
[5]俞汉青，盛国平，王允坤.一种生物电化学膜反应器装置:中国，102381753A[P].2012.
[6]VymazalJ.Constructedwetlandsfortreatmentofindus-trialwastewaters:Areview[J].EcolEng，2014，73:656－659.