本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的方法。同時(shí)還涉及一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，可廣泛用于各種受污染水體治理。

背景技術(shù)：

當(dāng)今，水污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重威脅人們的生存與健康。隨著人們對(duì)水污染問(wèn)題的關(guān)注及對(duì)水污染治理的重視，我國(guó)水體治理的力度也日趨加大。當(dāng)前污水處理技術(shù)與措施眾多，然而單一的物理、化學(xué)、生物治理措施均存在一定的弊端和不足，多種技術(shù)的耦合聯(lián)用可能是解決水污染問(wèn)題的更好辦法。

人工濕地系統(tǒng)是一種目前廣泛應(yīng)用的高效低耗污水處理技術(shù)，可用于處理生活污水、控制面源污染及湖泊富營(yíng)養(yǎng)化等。復(fù)合垂直流人工濕地（integratedvertical-flowconstructedwetland,ivcw）與表面流或潛流人工濕地相比，首次采用了主濾層以下行、上行流為主要單元的污水處理系統(tǒng)工藝。濕地基質(zhì)的攔截吸附，濕地植物的同化吸收，微生物降解作用是濕地去除水體氮、磷、重金屬、有機(jī)物的重要機(jī)制。實(shí)踐證明:人工濕地凈化效果受污染負(fù)荷、溫度、季節(jié)、運(yùn)行情況等因素影響較大。在冬季或高負(fù)荷時(shí)，濕地受植物衰亡，微生物減少等因素限制，其凈化效果不太理想。這也是人工濕地進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用必須要解決的關(guān)鍵難題之一。

電動(dòng)修復(fù)（electrokineticremediation,ekr）和可滲透反應(yīng)墻（permeablereactivebarrier,prb）技術(shù)均是近三十年國(guó)際上新興的土壤、地下水原位修復(fù)技術(shù)。ekr技術(shù)通過(guò)在污染土壤兩側(cè)施加直流電壓，通過(guò)電遷移、電滲流和電泳的方式使土壤中的污染物質(zhì)遷移到電極兩側(cè)從而修復(fù)土壤污染。prb技術(shù)通過(guò)吸附、沉淀、離子交換、表面絡(luò)合、氧化還原和生物降解等作用機(jī)理，可有效地去除硝酸鹽、毒性較高的砷、鎘、鉻等重金屬及三氯乙烯（tce）、四氯乙烯（pce）等含氯有機(jī)污染物等多種污染物。該技術(shù)在國(guó)外廣泛應(yīng)用于地下水原位處理，國(guó)內(nèi)目前處于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)理論研究階段，實(shí)際應(yīng)用的研究較少。而ekr-prb耦合修復(fù)技術(shù)是近年新興起的原位污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)，結(jié)合了ekr與prb技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn)，可以有效提高污染物的去除效率，并降低修復(fù)成本。其基本原理是用電動(dòng)力將重金屬、有機(jī)污染物向電極兩端移動(dòng)，使污染物質(zhì)與滲透性反應(yīng)墻內(nèi)的填料基質(zhì)等充分反應(yīng)。然而，單一的ekr修復(fù)污染土壤時(shí)，處理效果受溶解度的影響很大，對(duì)溶解性差和脫附能力弱的污染物以及非極性有機(jī)物的去除效果不好。prb中的填充材料與污染物的作用以及無(wú)機(jī)礦物沉淀除污染物的方式容易導(dǎo)致prb堵塞，限制了prb技術(shù)在土壤修復(fù)的應(yīng)用。

該方法結(jié)合了erk、prb和ivcw三種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將新興的ekr-prb土壤修復(fù)技術(shù)與ivcw技術(shù)相耦合，綜合利用了物理、化學(xué)、生物、生態(tài)、電化學(xué)等作用，一方面，拓展了ekr-prb土壤修復(fù)技術(shù)在受污染地表水凈化領(lǐng)域的應(yīng)用，與ivcw技術(shù)耦合，也增強(qiáng)了對(duì)溶解性差和脫附能力弱的污染物以及非極性有機(jī)物的去除效果；另一方面也強(qiáng)化了濕地的凈化能力。首先，在溫度較低的冬季，耦合技術(shù)依靠ekr-prb作用依然能夠保持較高的凈化效果。其次，耦合技術(shù)不僅能夠依靠ivcw將氮、磷、重金屬、有機(jī)質(zhì)等攔截吸附，而且能夠在ekr-prb作用下，加速污染物的轉(zhuǎn)化降解過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了有毒物質(zhì)的無(wú)害化，縮短了水力停留時(shí)間，強(qiáng)化了濕地在高水力負(fù)荷、高污染負(fù)荷運(yùn)行條件下的凈化效果。最后，耦合技術(shù)使?jié)竦卦谔幚砗懈邼舛扔卸局亟饘倩蛴袡C(jī)污染物的工業(yè)廢水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供了一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的方法，該耦合方法不同技術(shù)間取長(zhǎng)補(bǔ)短，不僅強(qiáng)化了人工濕地尤其是在冬季微生物活性較低時(shí)的凈化能力，顯著的提高了人工濕地重金屬及極性有機(jī)污染物的去除效果，而且拓展了電動(dòng)滲透反應(yīng)墻在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。方法易行，操作簡(jiǎn)便，與單一技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)了污水處理的提量提標(biāo)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，該裝置充分利用了電動(dòng)修復(fù)、可滲透反應(yīng)墻和人工濕地的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將多種技術(shù)相互優(yōu)化配置、顯著提高對(duì)污水凈化效果，節(jié)約污水處理的經(jīng)濟(jì)成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

其技術(shù)構(gòu)思是：將新興的ekr-prb土壤修復(fù)技術(shù)與復(fù)合垂直流人工濕地技術(shù)相結(jié)合，拓展應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，進(jìn)一步強(qiáng)化人工濕地的凈化功能，可在一定程度上克服濕地在高負(fù)荷、低溫冬季處理效果降低的問(wèn)題。耦合技術(shù)裝置以復(fù)合垂直流濕地結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)將下行池和上行池間的隔墻改造成可滲透性反應(yīng)墻（prb）并在兩側(cè)構(gòu)建ekr電極，提高了污水的凈化效果。

一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的方法，其步驟是：

a、待處理污水經(jīng)下行池表面多孔布水管均勻布水進(jìn)入濕地系統(tǒng)后，首先，部分污水依次通過(guò)下行池、下行池底部、上行池底部、上行池，最終由上行表面出水集水管道排出，污水中的n、p營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)污染物、重金屬等污染物通過(guò)濕地基質(zhì)的吸附截流、植物的同化吸收、微生物的分解等作用得以有效去除；

b、其余污水通過(guò)下行池、上行池間可滲透反應(yīng)墻直接流入上行池，所經(jīng)過(guò)污水通過(guò)可滲透反應(yīng)墻中基質(zhì)吸附、沉淀、離子交換、表面絡(luò)合、氧化還原和生物降解等作用，強(qiáng)化污水中硝酸鹽、重金屬、有機(jī)污染物等多種污染物去除效果；

c、其次，濕地系統(tǒng)兩側(cè)設(shè)有ekr陰陽(yáng)兩極，陽(yáng)極由電極、陽(yáng)極控制液、陽(yáng)極井組成；陰極由電極、陰極控制液、陰極井組成；在重力和外加低壓直流電源作用下，重金屬或極性有機(jī)污染物等在隨水流運(yùn)動(dòng)或向兩測(cè)電極移動(dòng)時(shí)，或被濕地中基質(zhì)吸附、植物吸收、微生物分解，或與滲透性反應(yīng)墻內(nèi)的填料基質(zhì)反應(yīng)、或發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)使其得以去除；

d、最終，兩部分污水在上行池匯合，經(jīng)由基質(zhì)表面的多孔集水管均勻收集后排出系統(tǒng)；較單一的ekr、prb或ivcw技術(shù)而言，出水中氮、磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷的去除率均達(dá)到80%以上；重金屬、有機(jī)質(zhì)等含量去除率均達(dá)到95%以上，較單一的ekr、prb或ivcw技術(shù)而言，耦合裝置出水中總氮、總磷、重金屬、有機(jī)質(zhì)等含量去除率均提高了10%-30%。

所述的水體可以是生活污水，受重金屬、有機(jī)物等高污染水體或江、河、湖泊等不同富營(yíng)養(yǎng)化程度的自然水體。

該耦合方法綜合利用物理、化學(xué)、生物、生態(tài)、電化學(xué)等作用，通過(guò)步驟a、b、c將ivcw與ekr、prb技術(shù)相耦合，既可以一定程度上克服人工濕地在冬季或高負(fù)荷時(shí)段凈化能力低的問(wèn)題，又可以顯著提高人工濕地對(duì)硝酸鹽、重金屬及極性有機(jī)污染物的去除效果，實(shí)現(xiàn)重金屬、含氯有機(jī)物等毒性較高的污染物無(wú)害化。此外，較單一的ekr、prb或ivcw技術(shù)而言，多種技術(shù)耦合還能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理的提量提標(biāo)。

一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，該裝置由ekr部分、prb部分和ivcw部分組成，其中，prb由傳統(tǒng)ivcw中下行池與上行池之間的隔墻重新設(shè)計(jì)而成，ekr的陽(yáng)、陰電極分別位于下行池和上行池的外側(cè)；其特征在于：ivcw部分包括下行池、上行池、濕地基質(zhì)、濕地植物、進(jìn)水布水管道及出水集水管道；濕地基質(zhì)填充下行池、上行池，濕地植物種植于基質(zhì)表面，進(jìn)水與出水管道分別布置在下行池和上行池基質(zhì)表面。prb部分位于濕地下行池、上行池中間，由外側(cè)過(guò)濾層和內(nèi)部填料基質(zhì)組成，過(guò)濾層位于內(nèi)部填料兩側(cè)，將濕地基質(zhì)與內(nèi)部填料基質(zhì)隔開(kāi)。ekr部分包括低壓直流電源、導(dǎo)線、陽(yáng)極井、陰極井、陽(yáng)、陰電極及對(duì)應(yīng)電極控制液；其中，陰陽(yáng)電極通過(guò)導(dǎo)線分別與直流電源負(fù)極、正極相連；陰陽(yáng)電極分別置于濕地下行池、上行池外側(cè)的陰極井、陽(yáng)極井內(nèi)。陰、陽(yáng)極控制液充滿陰極井、陽(yáng)極井。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的濕地基質(zhì)為砂石、無(wú)煙煤、生物陶粒中的一種或一至三種任意一種；

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的濕地植物為千屈菜、茭白、美人蕉、水甜茅、風(fēng)車(chē)草、野古草、菖蒲、蘆葦、香蒲、花葉蘆荻、鳶尾中的一種或一至十一種中任意組合。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的陰極電極和陽(yáng)極電極為石墨、鈦、鉑、金或不銹鋼中的任一種。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的陰極控制液和陽(yáng)極控制液為kcl電解液、kno3溶液、醋酸/醋酸鈉緩沖液中的任意一種。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的陰極井和陽(yáng)極井是為黏土、細(xì)沙、活性炭中的一種或三種中任意組合而成的隔層。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的prb填料基質(zhì)為零價(jià)鐵、氧化鐵、氫氧化亞鐵、活性炭、改性沸石、釋氧材料、石灰石、活性炭、礬土、木屑、離子交換樹(shù)脂中的一種或十一種中任意組合。

該裝置在不改變ivcw構(gòu)造的基礎(chǔ)上，充分利用電動(dòng)修復(fù)、可滲透反應(yīng)墻和人工濕地的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，僅通過(guò)埋入ekr電極并改造濕地下、上行池中間隔墻的創(chuàng)新手段，將多種技術(shù)相互優(yōu)化配置、顯著提高對(duì)污水凈化效果，節(jié)約污水處理的經(jīng)濟(jì)成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理使用方便。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、將ivcw與ekr、prb技術(shù)相耦合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，較單一的ekr、prb或ivcw技術(shù)而言，出水中總氮、總磷、重金屬、有機(jī)質(zhì)等含量去除率均提高了10%-30%，實(shí)現(xiàn)了污水處理的提量提標(biāo)。

2、將物理、化學(xué)、電化學(xué)技術(shù)與生態(tài)方法相耦合，一定程度上克服了人工濕地在高負(fù)荷、冬季微生物活性較低時(shí)段凈化能力低的問(wèn)題。

3、顯著地提高了人工濕地硝酸鹽、重金屬及極性有機(jī)污染物的去除效果，實(shí)現(xiàn)了重金屬、含氯有機(jī)物等毒性較高的污染物無(wú)害化。

4、將新興的ekr、prb土壤修復(fù)技術(shù)與復(fù)合垂直流人工濕地技術(shù)相結(jié)合，拓展了電動(dòng)修復(fù)技術(shù)、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)在地表污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

5、工藝操作簡(jiǎn)單，處理效果好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-多孔布水管、2-陽(yáng)電極、3-陽(yáng)極控制液、4-陽(yáng)極井、5-陰電極、6-陰極控制液、7-陰極井、8-prb外側(cè)過(guò)濾層、9-prb內(nèi)部填料基質(zhì)、10-低壓直流電源、11-濕地基質(zhì)、12-濕地植物、13-出水集水管、14-導(dǎo)線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行解釋和說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1：

一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的方法，其步驟如下：

a、構(gòu)建電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水小試系統(tǒng)（2.5m×1m×1m）；

b、待處理污水經(jīng)下行池表面多孔布水管均勻布水進(jìn)入濕地系統(tǒng)后，首先，部分污水依次通過(guò)下行池、下行池底部、上行池底部、上行池，最終由上行表面出水集水管道排出，污水中的n、p營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)污染物、重金屬等污染物通過(guò)濕地基質(zhì)的吸附截流、植物的同化吸收、微生物的分解等作用得以有效去除；

c、其余污水通過(guò)下、上行池間可滲透反應(yīng)墻直接流入上行池，所經(jīng)過(guò)污水通過(guò)可滲透反應(yīng)墻中基質(zhì)吸附、沉淀、離子交換、表面絡(luò)合、氧化還原和生物降解等作用，強(qiáng)化污水中硝酸鹽、重金屬、有機(jī)污染物等多種污染物去除效果；

d、其次，濕地系統(tǒng)兩側(cè)設(shè)有ekr陰陽(yáng)兩極，陽(yáng)極由電極、陽(yáng)極控制液、陽(yáng)極井組成；陰極由電極、陰極控制液、陰極井組成；在重力和外加低壓直流電源作用下，重金屬或極性有機(jī)污染物在隨水流運(yùn)動(dòng)或向兩測(cè)電極移動(dòng)時(shí)，或被濕地中基質(zhì)吸附、植物吸收、微生物分解，或與滲透性反應(yīng)墻內(nèi)的填料基質(zhì)反應(yīng)、或發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)使其得以去除；

e、最終，兩部分污水在上行池匯合，經(jīng)由基質(zhì)表面的多孔集水管均勻收集后排出系統(tǒng)；

所述的污水是湖北武漢某農(nóng)村生活污水，其中tn平均含量為9.64mg/l，tp平均含量為1.42mg/l，codcr平均含量為105.70mg/l。

在本實(shí)施例中，污水在系統(tǒng)內(nèi)停留3d后，出水tn、tp、codcr去除率分別達(dá)到了85%、90%、80%以上，出水水質(zhì)均達(dá)到了國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量ⅴ類(lèi)水以上。

實(shí)施例2：

一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，該裝置（2.5m×1m×1m）由ekr部分、prb部分和ivcw部分組成，其中，prb部分（0.5m×1m×1m）由傳統(tǒng)ivcw中下行池(1m×1m×1m)與上行池(1m×1m×1m)之間的隔墻重新設(shè)計(jì)而成；ekr的陽(yáng)、陰電極分別位于下行池和上行池的外側(cè)；其特征在于：ivcw部分包括下行池與上行池中的基質(zhì)11、濕地植物12、布水管道1及出水集水管道13；下行池與上行池串聯(lián)，中間用可滲透反應(yīng)墻（prb）隔開(kāi)；濕地基質(zhì)11填滿下行池、上行池，濕地植物12種植于基質(zhì)表面，進(jìn)水管道1與出水管道13分別布置在下行池和上行池基質(zhì)表面。ekr部分包括低壓直流電源10、導(dǎo)線14、陽(yáng)電極2、陰電極5、陽(yáng)極井4、陰極井7及其陽(yáng)極控制液3、陰極控制液6；其中，陰電極5、陽(yáng)電極2分別置于濕地下行池、上行池外側(cè)的陰極井7、陽(yáng)極井4內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線14分別與直流電源10負(fù)極、正極相連。陰極控制液6、陽(yáng)極控制液3充滿陰極井5、陽(yáng)極井2。prb部分位于濕地下行池、上行池中間，由外側(cè)過(guò)濾層8和內(nèi)部填料基質(zhì)9組成，過(guò)濾層8位于內(nèi)部填料基質(zhì)9兩側(cè)，將濕地基質(zhì)11與內(nèi)部填料基質(zhì)9隔開(kāi)。

在本實(shí)施例中，所述的污水是重金屬粉劑與農(nóng)村生活污水的實(shí)驗(yàn)配水。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的濕地基質(zhì)11為砂石、無(wú)煙煤、生物陶粒中的一種或一至三種任意一種；

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，所述的濕地植物12為千屈菜、茭白、美人蕉、水甜茅、風(fēng)車(chē)草、野古草、菖蒲、蘆葦、香蒲、花葉蘆荻、鳶尾中的一種或一至十一種中任意組合。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的陰極電極5和陽(yáng)極電極2為石墨、鈦、鉑、金或不銹鋼中的任一種。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的陰極控制液6和陽(yáng)極控制液3為kcl電解液、kno3溶液、醋酸/醋酸鈉緩沖液中的任意一種。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的陰極井7、陽(yáng)極井4為黏土、細(xì)沙、活性炭中的一種或三種中任意組合而成的隔層。

所述的一種電動(dòng)滲透反應(yīng)墻和人工濕地耦合處理污水的裝置，其特征在于：所述的內(nèi)部（prb）填料基質(zhì)9為零價(jià)鐵、氧化鐵、氫氧化亞鐵、活性炭、改性沸石、釋氧材料、石灰石、活性炭、礬土、木屑、離子交換樹(shù)脂中的一種或十一種中任意組合。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：較單一的ekr、prb或ivcw技術(shù)而言，耦合裝置出水中總氮、總磷、重金屬、有機(jī)質(zhì)等含量去除率均提高了10%-30%。