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水环境污染和能源危机是当今世界共同面临的两大难题,把水处理工艺与处理过程中产能技术有机结合起来愈来愈受到人们的关注。众所周知,人工湿地(Constructed Wetland System,CWs)技术是利用土壤、人工介质、植物以及微生物的多重协同作用,通过物理、化学和微生物等作用对污水、污泥进行处理的一种生态处理技术,已广泛用于处理生活污水、工业废水、农业废水、雨水径流和污水厂污泥脱水液等方面,并在世界各地得到了广泛应用。同时,近年来,越来越多的人开始研究微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)技术,它是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的一种新兴产能技术。本研究将升流式垂直流人工湿地和潜流式水平流人工湿地串联,以给水厂脱水铝污泥作为主要填料和生物膜的附着载体,使用玻璃棉作为分隔层,玻璃棉的上部是好氧阴极室,下部为厌氧阳极室,建立了人工湿地(CWs)/微生物燃料电池(MFC)试验装置,试验用水为农场废水,在室温条件下连续运行180天,分析了试验条件下CW-MFCs装置对废水中主要污染物的去除效果,得到以下主要结果及结论:(1)铝污泥作为人工湿地填料是可行的,不仅“变废为宝”,而且实现污泥的资源化再利用。试验监测期间对废水中主要污染物COD、SS、TN、NH4+-N和NO3--N的去除率分别为69±24.0%、76±12.4%、47±19.7%、59±28.3%、69±25.6%;(2)铝污泥对废水中P具有良好的吸附效果,吸附作用主要发生在第一级反应器中。试验监测期间对废水中TP和PO43--P的去除率分别达到85±9.5%和88±8.7%;(3)人工湿地中不同水流方向和人工湿地深度具有不同的氧化还原电位梯度,可形成MFCs,其产点特征如下:试验期间测得两级反应器所产生的电压分别为0.435±0.091 v和0.338±0.092 v;功率密度分别为33.3±13.81 m W/m3和8.97±2.51 m W/m3,净能量回收(NER)分别为0.912±0.164 Wh/kg·COD和2.763±0.699 Wh/kg·COD;(4)功率密度取决于电极与反应装置的比表体积,阴阳极的电极间距决定了电压损失,直接影响了处理装置的产电效果。空气阴极可提高好氧阴极区的溶解氧含量,改善处理系统的氧化还原条件,从而促进了产电效果;(5)在三阶段试验期间,前两阶段进水为农场废水,COD浓度分别为412±25.1 mg/L和603±6.8 mg/L,第三阶段采用合成废水(按照第二阶段C:N:P进行人工配水),进水COD浓度为633±7.3 mg/L。试验结果表明:随着去除COD量的增加,功率密度逐步提高。合成废水由于水质波动小,可生物降级碳源含量较高,有较稳定的产电效果。