本發(fā)明涉及水環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及到一種復(fù)合潮汐流微生物電解池耦合人工濕地的(tf-mec-ivcw)方法，同時(shí)還涉及一種復(fù)合潮汐流微生物電解池耦合人工濕地的裝置，適用于處理高污染負(fù)荷污水。此技術(shù)方法潮汐層通過電磁閥實(shí)現(xiàn)干濕狀態(tài)的切換，強(qiáng)化復(fù)氧水平，減少有機(jī)物淤積，電解層通過陰陽電極產(chǎn)氫產(chǎn)氧；二者共同作用，從微生物層面，實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排，并強(qiáng)化相關(guān)脫氮功能微生物代謝，提高系統(tǒng)對(duì)于污染物去除效果。

背景技術(shù)：

人工濕地作為一種新型的水處理工藝，自推廣以來，在處理各種不同類型污水過程中得到了廣泛應(yīng)用；其由基質(zhì)，植物和微生物三部分組成，并通過這三者共同作用，通過物理吸附，生化降解凈化受污染的水體。對(duì)于不同類型污水，其凈化效果都較好，但受到理化因素，如溶氧量，電子受體，水溫，停留時(shí)間，植物類型等因素的限制，其凈化效果會(huì)有所波動(dòng)，甚至出水水質(zhì)達(dá)不到預(yù)期要求。如何提高人工濕地凈化效果，一直以來是業(yè)界研究的重點(diǎn)。

而人工濕地作為一種兼顧工程和生態(tài)效益的工藝，在凈化水質(zhì)同時(shí)，植物和微生物在溫室氣體減排的作用，此前常被人們忽視。植物光合作用固定co2與微生物代謝釋放co2，微生物脫氮路徑對(duì)n2o生成，以及復(fù)氧水平對(duì)產(chǎn)甲烷菌代謝活性的影響，已成為業(yè)界新的研究熱點(diǎn)。如何平衡人工濕地凈化水質(zhì)過程產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，最大化其碳匯效應(yīng)，已成為選擇人工濕地工藝的首要考慮因素。

從機(jī)理角度綜合考慮人工濕地工程效益和生態(tài)效應(yīng)，尋求解決問題的方法。co2主要在有機(jī)物作為碳源，為微生物提供電子，由微生物代謝分解過程中產(chǎn)生；n2o主要在含氮有機(jī)物由硝化細(xì)菌還原為硝態(tài)氮過程，及硝態(tài)氮進(jìn)一步通過反硝化細(xì)菌還原為氮?dú)膺^程中產(chǎn)生；而ch4則主要在有機(jī)物降解過程中，利用中間產(chǎn)物乙酸，或者厭氧酸性條件下利用氫氣，作為底物由乙酸代謝型和嗜氫型產(chǎn)甲烷菌生成。而上述過程中，溶氧量和電子受體，是限制三種溫室氣體生成的關(guān)鍵因子；同時(shí)，也決定有機(jī)物降解去除效果。

具體來講，溶氧量和電子數(shù)量，決定微生物代謝反應(yīng)類型，左右有機(jī)碳源分解利用程度，和co2釋放量大?。蝗苎趿繉?duì)產(chǎn)甲烷菌的抑制作用，可減少其代謝過程中產(chǎn)生的甲烷，并促使中間產(chǎn)物進(jìn)一步氧化利用。n2o來源于傳統(tǒng)好氧硝化過程鐘氰胺氧化，硝化細(xì)菌還原，以及厭氧反硝化過程中硝態(tài)氮被還原為n2o，并進(jìn)一步還原為n2的過程；而溶氧量影響硝化反應(yīng)程度，電子數(shù)量的不足，又往往導(dǎo)致n2o無法徹底還原為n2，影響脫氮效果，并釋放n2o進(jìn)入環(huán)境。人工濕地除磷途徑，主要通過基質(zhì)植物的物理吸附作用，以及聚磷菌“好氧吸磷，厭氧除磷”的生化作用，溶氧量通過影響聚磷菌代謝活動(dòng)，從而決定除磷效果。經(jīng)檢索未發(fā)現(xiàn)一種復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池耦合人工濕地的方法及裝置被公開或使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明目的是在于提供了一種復(fù)合垂直潮汐微生物電解池耦合人工濕地的方法，方法易行，操作簡便，提高了水質(zhì)去除率：總磷去除率提高40％～60％，總氮去除率提高30％～50％，化學(xué)需氧量30％～60％，減少了有機(jī)物積累，提高了濕地孔隙率，延長了濕地服務(wù)年限，取得了工程效益與生態(tài)效應(yīng)的雙贏。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種自動(dòng)控制復(fù)合潮汐流微生物電解池耦合人工濕地的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。復(fù)氧水平和電子含量的提高，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果：1.強(qiáng)化脫氮過程中n2o的還原，減少中間產(chǎn)物n2o的積累，使其更多還原為n2進(jìn)入環(huán)境；同時(shí)強(qiáng)化ch4的氧化，從而減少溫室氣體的排放；2.并能提高有機(jī)物氧化降解，以及脫氮除磷效果，強(qiáng)化污染去除效果；3.同時(shí)減少堵塞，延長使用壽命。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：為提高人工濕地凈化污染物效果，并從微生物層面，減少污水凈化過程中釋放的溫室氣體，考慮采用有利于復(fù)氧和增加電子數(shù)量的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工程效益和生態(tài)效應(yīng)的雙贏，基于此，本發(fā)明提出一種更利于復(fù)氧的復(fù)合潮汐流人工濕地，與增加電子數(shù)量的微生物電解池耦合工藝。

垂直流人工濕地工藝相比水平流人工濕地有更好的復(fù)氧效果和凈化效果，而本發(fā)明采用了更利于復(fù)氧的復(fù)合垂直流結(jié)構(gòu)，并根據(jù)其上下行池u型結(jié)構(gòu)所形成的“好氧-兼性-厭氧-厭氧-兼性-好氧”特點(diǎn)，將上下行池底部的“厭氧-厭氧”環(huán)境，分別鋪設(shè)導(dǎo)電基質(zhì)，并與外部電源連接改造為電解層；在電解層上部鋪設(shè)潮汐管，通過電磁閥自動(dòng)控制開閉，改造為潮汐層。通過電解層和潮汐層，形成獨(dú)特“好氧-兼性-好氧-厭氧-缺氧-兼性”結(jié)構(gòu)，相比于其他非動(dòng)力運(yùn)行下的人工濕地技術(shù)，其具有更強(qiáng)的復(fù)氧能力，以及提供電子能力，以強(qiáng)化相關(guān)反應(yīng)完成程度。

陽極電解生成的氧氣，在下行池底部起到曝氣作用，可提高下行池硝化反應(yīng)程度，下行池有機(jī)物氧化分解程度，以及對(duì)含磷有機(jī)物的吸附效果。陰極電解形成的氫氣，有利于上行池底部形成更嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，利于進(jìn)行以甲烷為反應(yīng)底物，亞硝態(tài)氮為電子受體的厭氧甲烷氧化反應(yīng)；而形成的有氧和缺氧交替環(huán)境，有利于以co2為碳源，亞硝態(tài)氮為電子受體，氨氮為反應(yīng)底物的厭氧氨氧化菌落，作為主要的脫氮途徑在系統(tǒng)中富集；這兩個(gè)反應(yīng)有別于傳統(tǒng)硝化/反硝化反應(yīng)地方在于，可將含氮有機(jī)物一步反應(yīng)還原為氮?dú)?，不形成中間產(chǎn)物n2o。電解層和潮汐層的復(fù)氧作用，與厭氧甲烷氧化菌及好氧甲烷氧化菌的作用，進(jìn)一步促使甲烷氧化為二氧化碳(前者溫室效應(yīng)是后者19倍)的同時(shí)，同時(shí)強(qiáng)化了上行池中上部有機(jī)物的氧化分解，以及生物除磷的效果，另外處理污水過程中，電極具有從空氣中蒱獲co2的能力，從而使整個(gè)系統(tǒng)在提高凈化污染物去除效果的同時(shí)，從微生物角度，減少溫室氣體釋放量，從而最大化其生態(tài)效應(yīng)。

一種復(fù)合垂直潮汐流人工濕地的方法，其步驟是：

a、一種復(fù)合垂直潮汐流人工濕地，自動(dòng)控制進(jìn)水和潮汐管出水的裝置，需在濕地建立之初進(jìn)行安裝，將電磁閥分別接入進(jìn)水管和潮汐管，再用電線與電磁閥控制器連接，通過控制器調(diào)節(jié)進(jìn)出水時(shí)間。

b、第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥啟動(dòng)需要滿足一定的水壓(0.04～0.1mpa，視具體電磁閥類型而定)，為保證第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥能正常啟動(dòng)，在進(jìn)水管應(yīng)先接入第一dn25y型過濾器，然后接入第一dn25280w管道增壓泵，泵出水口位置接入第一dn2524v電磁閥，最后將第一dn2524v電磁閥接入進(jìn)水管。而潮汐管應(yīng)先接入第二dn25y型過濾器，并定期清理管道過濾器，再接入第二dn25280w管道增壓泵和第二dn2524v電磁閥，第二dn2524v電磁閥可直接作為出水口，不再接入管道。

c、第一dn25y型過濾器、第二dn25y型過濾器可過濾水中砂礫等雜志，避免水體所含雜質(zhì)對(duì)第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵和第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥的損壞，確保水泵葉輪電機(jī)正常工作，電磁閥正常閉合。確保管道過濾器，管道增壓泵，電磁閥正常安裝后，方可通電運(yùn)行。進(jìn)水管和潮汐管所述各部分組件連接相同，但兩者條件設(shè)置不同。

d.第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵與時(shí)控開關(guān)連接，再接入漏寶空開開關(guān)并入電網(wǎng)，以保證不同工作環(huán)境的用電安全。第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵上接入水壓調(diào)節(jié)器，以確保增壓泵只有在電磁閥開啟狀態(tài)下啟動(dòng)，避免第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥失靈狀態(tài)下，增壓泵空轉(zhuǎn)燒毀電機(jī)。

e.對(duì)于潮汐管，第二dn25280w管道增壓泵會(huì)在水壓調(diào)節(jié)器控制下處于待機(jī)狀態(tài)。根據(jù)水流量，計(jì)算好工作時(shí)間，通過電磁閥控制器開啟第二dn2524v電磁閥，第二dn25280w管道增壓泵會(huì)隨之自動(dòng)啟動(dòng)。工作時(shí)間結(jié)束后，第二dn2524v電磁閥關(guān)閉，第二dn25280w管道增壓泵回到待機(jī)狀態(tài)，管路停止供水。

f、對(duì)于潮汐管，根據(jù)平均出水流量以及上下行池潮汐層水體體積，盡可能精確得出工作時(shí)間。電磁閥控制控制第二dn2524v電磁閥開閉，而第二dn2524v電磁閥在第二dn25280w管道增壓泵作用下正常開啟，整個(gè)潮汐層處于排水狀態(tài)，為確保濕地干化，增壓泵可適當(dāng)比計(jì)算的工作時(shí)間延長1～2分鐘；而由于電磁閥需要在一定水壓(0.04mpa—4mpa)下工作，其在第二dn25280w管道增壓泵停止后會(huì)隨之關(guān)閉，整個(gè)潮汐層處于蓄水狀態(tài)。

g、復(fù)合垂直潮汐流人工濕地潮汐層干濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換，通過機(jī)電設(shè)備對(duì)進(jìn)水管和潮汐管的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。相比于此運(yùn)行方式，植物/基質(zhì)對(duì)于人工濕地潮汐層復(fù)氧效果影響不大，因而本發(fā)明不具體討論二者類型對(duì)其影響，下文中，所述植物默認(rèn)為美人蕉，電解層基質(zhì)為石墨，潮汐層基質(zhì)為礫石，而構(gòu)造為有利于復(fù)氧的符合垂直流結(jié)構(gòu)。

h、需要在濕地建立之初安裝的，除了潮汐管，還有電解層與陰陽電極，整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)基質(zhì)是否導(dǎo)電，分為電解層和潮汐層，電解層為上下行池的底部，通過鋪設(shè)導(dǎo)電基質(zhì)和電極，與外部電源連接，稱為電解層。一般來說，導(dǎo)電基質(zhì)可選石墨，鐵渣等導(dǎo)電基質(zhì)，鋪設(shè)高度20cm-30cm，導(dǎo)電電極選用石墨等惰性電極，電極具體反應(yīng)類型視水體ph酸堿性確定，但應(yīng)都使用惰性電極確保陽極產(chǎn)氧，陰極產(chǎn)氫；電極不應(yīng)使用金屬電極，以避免經(jīng)常破壞性開挖更換電極，以及發(fā)生金屬的還原反應(yīng)。

電極與電線連接好后，預(yù)埋在導(dǎo)電基質(zhì)中間，并與外部電源連接通電，實(shí)現(xiàn)微生物電解反應(yīng)。整個(gè)電解層永遠(yuǎn)是飽水態(tài)，其上鋪設(shè)不導(dǎo)電基質(zhì)和潮汐管的部分，稱之為潮汐層。

i、本發(fā)明旨在調(diào)整濕地潮汐層干濕狀態(tài)條件，以及惰性電極電解陽極產(chǎn)氧，陰極產(chǎn)氫，從而增加電子數(shù)量，形成好氧-兼性交替的環(huán)境，強(qiáng)化脫氮除磷，以及有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化，減少溫室氣體排放，延長了人工濕地使用壽命。

通過以上技術(shù)措施，在設(shè)定條件下，模擬自然條件下漲潮與退潮，自動(dòng)調(diào)節(jié)潮汐層進(jìn)出水，實(shí)現(xiàn)復(fù)合垂直流濕地潮汐層飽水態(tài)和無水態(tài)切換，達(dá)到干濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換目的；并通過電解層陽極在下行池底部產(chǎn)氧氣，陰極在上行池底部產(chǎn)氫氣，改變系統(tǒng)底部生境，以利于形成好氧缺氧交替環(huán)境，促使氨氮通過厭氧氨氧化反應(yīng)和厭氧甲烷氧化反應(yīng)，一步反應(yīng)被還原為氮?dú)猓c此同時(shí)，增加電子數(shù)量和溶氧量，使n2o被徹底還原為n2。而潮汐層和電解層的強(qiáng)化復(fù)氧作用，增加了有機(jī)物氧化分解和生物除磷的效果，減少堵塞物質(zhì)積累，減少溫室氣體排放(co2為10％～30％，ch4為40％～60％，n2o為20％～50％，視具體設(shè)計(jì)參數(shù)而定)，以實(shí)現(xiàn)提高水質(zhì)去除率(總磷去除率提高40％～60％，總氮去除率提高30％～50％，化學(xué)需氧量30％～60％，視具體設(shè)計(jì)參數(shù)而定)；減少有機(jī)物積累，提高濕地孔隙率，延長濕地服務(wù)年限，取得工程效益與生態(tài)效應(yīng)的雙贏。

一種復(fù)合垂直潮汐流人工濕地裝置，它包括第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥、第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵、第一dn25y型過濾器、第二dn25y型過濾器、dn75集水管、dn75布水管、dn25進(jìn)水管、2p10a空氣開關(guān)斷路器、220v微電腦時(shí)控開關(guān)、220v電磁閥控制器、dn50排空管、2m×1m×1m帶貯水箱的復(fù)合垂直流人工濕地、下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)、上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)、外加電源、dn50潮汐管。

其特征在于：2m×1m×1m復(fù)合垂直流人工濕地由下行池、上行池組成，在下行池、上行池中裝有dn50排空管(dn50排空管串聯(lián))，形成一個(gè)u型結(jié)構(gòu)。下行池、上行池體根據(jù)水流方向，水流向下稱為下行池(下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì))，向上稱為上行池(上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì))；在下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)表面布設(shè)dn75布水管，在上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)表面下8－12cm鋪有dn75集水管，上行池和下行池基質(zhì)高度一致，通過dn75布水管和dn75集水管高度差，形成表面復(fù)氧層。沿進(jìn)水方向，第一dn25280w管道增壓泵分別與第一dn25y型過濾器、第一dn2524v電磁閥相連，dn25進(jìn)水管水流依次經(jīng)過第一dn25y型過濾器，第一dn25280w管道增壓泵和第一dn2524v電磁閥。

潮汐出水方向，第二dn25280w管道增壓泵分別與第二dn25y型過濾器、第二dn2524v電磁閥相連依次相連，其中第二dn25y型過濾器與dn50潮汐管相連，dn50潮汐管依次與第二dn25y型過濾器、第二dn25280w管道增壓泵、第二dn2524v電磁閥相連，其中dn50潮汐管先通過50×25轉(zhuǎn)換頭與第二dn25y型過濾器連接，并且出水依次流經(jīng)第二dn25y型過濾器、第二dn25280w管道增壓泵、第二dn2524v電磁閥；而三者通過dn25pvc管道(圖中連接線)連接。

機(jī)電控制部分：外加電源分別與上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)、下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)相連；第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵通過電線先后與220v微電腦時(shí)控開關(guān)，2p10a空氣開關(guān)斷路器串聯(lián)，再并入電路；第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥與220v電磁閥控制器連接并入電路。

2m×1m×1m復(fù)合垂直流人工濕地通過底部排空管聯(lián)通，在上下行池底部作為電解層鋪設(shè)導(dǎo)電基質(zhì)和電極，下行池與陽極連接，上行池與陰極連接；而其上部作為潮汐層，基質(zhì)選用非導(dǎo)電基質(zhì)，并在導(dǎo)電基質(zhì)和非導(dǎo)電基質(zhì)之間鋪設(shè)潮汐管。污水進(jìn)入系統(tǒng)，流經(jīng)下行池，經(jīng)由下行池底部進(jìn)入上行池底部，經(jīng)歷“好氧-兼性-好氧-厭氧-缺氧-兼性”六個(gè)階段，最后由上行池(4)dn75集水管排出系統(tǒng)。

所述的dn75布水管，dn75集水管，dn50排空管，dn50潮汐管，dn25進(jìn)水管均為pvc材質(zhì)，其中dn25進(jìn)水管不開孔，dn50排空管，dn50潮汐管，dn75布水管和dn75集水管按梅花布點(diǎn)打孔，小孔均勻布滿筒體，其孔徑根據(jù)需求確定，便于裝置透水。一般情況，筒壁均勻間隔0.9～1.1cm開孔，孔徑4～8mm；長度根據(jù)需要確定，一般為1m～2m。復(fù)合潮汐流人工濕地下行池基質(zhì)填充高度為80cm，dn75布水管在其表面鋪設(shè)；上行池基質(zhì)填充高度為80cm，dn75集水管在上行池距表面10cm處鋪設(shè)，兩個(gè)管路形成10cm高度差。而dn50排空管在池體底部鋪設(shè)，通過穿過墻孔，方便水從下行池穿過再到上行池；dn50潮汐管預(yù)先鋪設(shè)在導(dǎo)電層上部，以排空其上部潮汐層的水體。而dn25進(jìn)水管則與貯水箱連接，控制進(jìn)入人工濕地的水量。

所述的220v電磁閥控制器、第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥，第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵，水泵水壓調(diào)節(jié)器(管道泵自帶)和第一dn25y型過濾器、第二dn25y型過濾器、通過dn25pvc管道與dn25外絲接頭連接，并用pvc膠水固定，避免漏水。第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵通過電線，與220v微電腦時(shí)控開關(guān)和2p10a空氣開關(guān)斷路器串聯(lián)，然后并入電路。

所述的220v電磁閥控制器、220v微電腦時(shí)控開關(guān)，分別為市購的控件部分。進(jìn)水管分別與復(fù)合垂直流人工濕地、第一dn2524v電磁閥相連，220v電磁閥控制器分別控制第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥和第一dn25280w管道增壓泵、第二dn25280w管道增壓泵的啟動(dòng)與工作時(shí)間，確保第一dn2524v電磁閥、第二dn2524v電磁閥電磁閥在較小水壓(不足0.1mpa)下，通過水泵增壓，仍能夠正常啟動(dòng)，從而保證自動(dòng)進(jìn)水/出水功能良好運(yùn)行。而水泵自帶的水壓調(diào)節(jié)器，使水泵隨電磁閥狀態(tài)工作，水壓不夠時(shí)，隨電磁閥啟動(dòng)補(bǔ)充水壓，直到電磁閥關(guān)閉而關(guān)閉；而在水壓足夠時(shí)，水泵處于待機(jī)狀態(tài)，避免了電力浪費(fèi)。這二者均由各自控制器，精確工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)人工濕地干濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

所述的導(dǎo)電層一般選用石墨，鐵渣等導(dǎo)電性良好的基質(zhì)，鋪設(shè)高度一般為20cm～30cm，其上部鋪設(shè)潮汐管并與電磁閥鏈接；而導(dǎo)電層上部基質(zhì)一般選用礫石，陶粒，火山巖等非導(dǎo)電性基質(zhì)，鋪設(shè)高度一般為50cm～60cm，其所含水體通過潮汐管收集并排空。導(dǎo)電層預(yù)埋的電極與外部電源連接，下行池連接陽極，上行池鏈接陰極。

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

該裝置在垂直流基礎(chǔ)上，采用更有利于脫氮除磷的復(fù)合垂直流結(jié)構(gòu)；同時(shí)加入機(jī)電部分自動(dòng)控制人工濕地進(jìn)水出水，模擬自然潮汐漲落，實(shí)現(xiàn)人工濕地潮汐層干濕狀態(tài)切換，提高其復(fù)氧水平，有利于累積物質(zhì)的分解，避免堵塞；同時(shí)，通過陰陽電機(jī)的電解作用，分別在下行池強(qiáng)化富氧效果，在上行池營造更為嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，使整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入下行池后，沿水流方向，形成好氧-缺氧交替的兼性條件，以此抑制產(chǎn)甲烷菌代謝活動(dòng)，減少ch4排放；使脫氮反應(yīng)向有利于一步還原為氮?dú)獾姆磻?yīng)進(jìn)行，并減少反硝化中間產(chǎn)物的積累，減少n2o排放。從而在提高脫氮除磷，有機(jī)物降解效果同時(shí)，減少溫室氣體排放。

具體來說，主要有以下幾點(diǎn)：

1、復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池人工濕地采用復(fù)合垂直流結(jié)構(gòu)，在已有好氧-兼性-厭氧基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高濕地復(fù)氧水平(20％～70％，隨干濕間隔時(shí)間變化)。

2、對(duì)于提高脫氮效果(20％～50％，隨停留時(shí)間變化)。在下行池復(fù)氧水平的提高，強(qiáng)化硝化作用，在其表層使更多氨氧化物轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，并在中下部兼性和缺氧條件下，由厭氧氨氧化細(xì)菌，厭氧甲烷氧化菌，反硝化細(xì)菌被還原為氮?dú)?。而沒來得及氧化的氨氧化物，繼續(xù)在下行池底部陽極被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，并進(jìn)一步通過厭氧氨氧化反應(yīng)被還原為氮?dú)狻Ｋ鬟M(jìn)入上行池底部陰極后，由于陰極產(chǎn)氫氣，形成更嚴(yán)格的厭氧條件，未被還原的硝態(tài)氮通過反硝化細(xì)菌，厭氧甲烷氧化菌作用，及上行池中上層被好氧反硝化作用還原為氮?dú)?。潮汐層和電解層共同作用，提高了整個(gè)系統(tǒng)脫氮效果，并減少此過程n2o的積累。

對(duì)于提高除磷效果(30％～60％，隨停留時(shí)間變化)，根據(jù)好氧吸磷，厭氧釋磷原理，溶氧量提高，強(qiáng)化上下行池聚磷菌的活性，有利于吸附含磷物質(zhì)，提高生物除磷效率，降解水體中總磷含量。而對(duì)于一般有機(jī)物，溶氧量也是限制其降解的關(guān)鍵因素。

復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池耦合人工濕地通過提高復(fù)氧水平，有利于分解基質(zhì)中淤積的有機(jī)物，減少堵塞，提高人工濕地的滲透率(30％～50％，視堵塞程度而定)，從而延長人工濕地服務(wù)年限，創(chuàng)造更大的工程與環(huán)境價(jià)值。

5.復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池人工濕地通過改變其干濕狀態(tài)，以及提高復(fù)氧水平，改變了產(chǎn)甲烷菌正常代謝所需的厭氧生境，抑制產(chǎn)甲烷菌代謝(效果視交替間隔時(shí)間而定)，可減少其在凈化水質(zhì)過程中產(chǎn)生的甲烷；增加厭氧甲烷氧化菌活性，將其作為碳源將亞硝態(tài)氮直接還原為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)甲烷資源化，達(dá)到人工濕地減排的目的。

6.對(duì)于人工濕地干濕交替條件實(shí)現(xiàn)，以往多通過蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)，由于蠕動(dòng)泵處理水量小，且易被砂礫堵塞，故常見用于柱狀系統(tǒng)模擬人工濕地干濕交替實(shí)驗(yàn)。此技術(shù)方法，不僅適用于柱狀模擬系統(tǒng)，以及復(fù)合垂直潮汐流人工濕地，也適用于各種大規(guī)模尺度人工濕地干濕交替實(shí)際應(yīng)用。而微生物電解池凈化水質(zhì)過程中產(chǎn)氧產(chǎn)氫，往往由于收集難度大，這一部分能源并沒有充分利用，此技術(shù)方法，將下行池底部電解層作為陽極，上行池底部電解層作為陰極，分別產(chǎn)氧產(chǎn)氫，原位利用，分別作為曝氣和嗜氫型甲烷反應(yīng)底物，以及營造更嚴(yán)格厭氧條件作用，進(jìn)而在下行池中形成好氧-兼性-好氧的環(huán)境，在上行池形成有利于厭氧甲烷氧化菌形成的厭氧-缺氧-兼性環(huán)境。

7.選用惰性電極，在上行池陽極生成氧氣，下行池陰極生成氫氣，分別形成更富氧和更厭氧的環(huán)境，有利于氮素徹底硝化為硝態(tài)氮，以及反硝化還原為氮?dú)?，提高脫氮效果。此過程中，電極還可以提供電子，強(qiáng)化反硝化過程中間產(chǎn)物n2o的還原，減少其向環(huán)境中釋放量；以及作為co2蒱獲器，通過電極和環(huán)境的界面作用，固定co2，減少向環(huán)境釋放的co2，從而減少溫室氣體釋放量。

附圖說明

圖1為一種復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池耦合人工濕地裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池耦合人工濕地裝置電磁閥于水泵接線示意圖。

其中：1a－第一dn2524v電磁閥、1b－第二dn2524v電磁閥、2a－第一dn25280w管道增壓泵、2b－第二dn25280w管道增壓泵、3a－第一dn25y型過濾器、3b－第二dn25y型過濾器、4-dn75集水管、5-dn75布水管、6-dn25進(jìn)水管、7-2p10a空氣開關(guān)斷路器、8-220v微電腦時(shí)控開關(guān)(delixkg316t)、9-220v電磁閥控制器(rainbird,rzx8-230)、10-dn50排空管，11-2m×1m×1m帶貯水箱的復(fù)合垂直流人工濕地、12-下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)、13-上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)、14-外加電源、15-dn50潮汐管。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池耦合人工濕地的方法，其步驟是：

a.一種復(fù)合垂直潮汐流微生物電解池耦合人工濕地自動(dòng)控制進(jìn)出水裝置需在濕地建立與(之初)安裝，將第一dn2524v電磁閥1a、第二dn2524v電磁閥1b分別接入進(jìn)水管6和潮汐管15，再用電線與電磁閥控制器連接，通過控制器調(diào)節(jié)進(jìn)出水時(shí)間。

b.電磁閥啟動(dòng)需要滿足一定的水壓：0.04或0.06或0.08或0.1mpa，為保證第一dn2524v電磁閥1a能正常啟動(dòng)，進(jìn)水管6應(yīng)先接入第一dn25y型過濾器3a，然后接入第一dn25280w管道增壓泵2a，第一dn25280w管道增壓泵2a再接入第一dn2524v電磁閥1a，最后將第一dn2524v電磁閥1a接入進(jìn)水管。而潮汐管15應(yīng)先接入第二dn25y型過濾器3b，并定期清理管道過濾器(如30天)，再依次接入第二dn25280w管道增壓泵2b和第二dn2524v電磁閥1b，第二dn2524v電磁閥1b可直接作為出水口，不再接入管道。

c.第一dn25y型過濾器3a、第二dn25y型過濾器3b可過濾水中砂礫等雜志，避免水體所含雜質(zhì)對(duì)第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b和第一dn2524v電磁閥1a、第二dn2524v電磁閥1b的損壞，確保水泵葉輪電機(jī)正常工作，以及第一dn2524v電磁閥1a、第二dn2524v電磁閥1b正常啟動(dòng)。確保第一dn25y型過濾器3a、第二dn25y型過濾器3b，第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b，電磁閥正常安裝后，方可通電運(yùn)行。

進(jìn)水管和潮汐管所述各部分組件連接相同，但兩者條件設(shè)置不同；

d.第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b與微電腦時(shí)控開關(guān)8連接，再接入空氣開關(guān)斷路器7并入電網(wǎng)，以保證不同工作環(huán)境的用電安全。第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b自帶水壓調(diào)節(jié)器，以確保第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b只有在電磁閥開啟狀態(tài)下啟動(dòng)，避免第一dn2524v電磁閥1a、第二dn2524v電磁閥1b失靈狀態(tài)下，增壓泵空轉(zhuǎn)燒毀電機(jī)。

e.對(duì)于進(jìn)水管6，第一dn25280w管道增壓泵2a會(huì)在水壓調(diào)節(jié)器控制下處于待機(jī)狀態(tài)。根據(jù)水流量，計(jì)算好工作時(shí)間，通過電磁閥控制器開啟第一dn2524v電磁閥1a，第一dn25280w管道增壓泵2a會(huì)隨之自動(dòng)啟動(dòng)。工作時(shí)間結(jié)束后，第一dn2524v電磁閥1a關(guān)閉，增壓泵回到待機(jī)狀態(tài)，管路停止供水。

f、對(duì)于潮汐管15，根據(jù)平均出水流量以及濕地水體體積，盡可能精確得出工作時(shí)間。電磁閥控制控制第二dn2524v電磁閥1b開閉，而第二dn2524v電磁閥1b在第二dn25280w管道增壓泵2b作用下正常開啟，整個(gè)濕地潮汐層處于排水狀態(tài)，為確保濕地干化，第二dn25280w管道增壓泵2b可適當(dāng)比計(jì)算的工作時(shí)間延長1或2分鐘；而由于第二dn2524v電磁閥1b需要在一定水壓下工作：0.04或0.08或0.2或0.5或1或2或3或4mpa，其在第二dn25280w管道增壓泵2b停止后會(huì)隨之關(guān)閉，整個(gè)濕地潮汐層處于蓄水狀態(tài)；而電解層一直是飽水態(tài)。

g、復(fù)合垂直潮汐流人工濕地潮汐層干濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換，通過機(jī)電設(shè)備對(duì)進(jìn)水管和潮汐管的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。相比于此運(yùn)行方式，植物/基質(zhì)對(duì)于人工濕地潮汐層復(fù)氧效果影響不大，因而本專利不具體討論二者類型對(duì)其影響，下文中，所述植物默為美人蕉，電解層基質(zhì)為石墨，潮汐層基質(zhì)為礫石，而構(gòu)造為有利于復(fù)氧的符合垂直流結(jié)構(gòu)。

h、需要在濕地建立之初安裝的，除了潮汐管，還有電解層與陰陽電極，整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)基質(zhì)是否導(dǎo)電，分為電解層和潮汐層，電解層為上下行池的底部，通過鋪設(shè)導(dǎo)電基質(zhì)和電極，與外部電源連接，稱為電解層。一般來說，導(dǎo)電基質(zhì)可選石墨，鐵渣等導(dǎo)電基質(zhì)，鋪設(shè)高度20或23或25或28或30cm，導(dǎo)電電極選用石墨等惰性電極，預(yù)埋在導(dǎo)電基質(zhì)中間，并與外部電源鏈接，實(shí)現(xiàn)微生物電解反應(yīng)。整個(gè)電解層永遠(yuǎn)是飽水態(tài)，其上鋪設(shè)不導(dǎo)電基質(zhì)和潮汐管的部分，稱之為潮汐層。

i、旨在調(diào)整濕地潮汐層干濕狀態(tài)條件，增加電子數(shù)量，形成好氧-兼性交替的環(huán)境，強(qiáng)化脫氮除磷，以及有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化，減少溫室氣體排放，延長人工濕地使用壽命的技術(shù)效果。

實(shí)施例2：

一種復(fù)合垂直潮汐流人工濕地裝置，由第一dn2524v電磁閥1a、第二dn2524v電磁閥1b、第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b、第一dn25y型過濾器3a、第二dn25y型過濾器3b、dn75集水管4、dn75布水管5、dn25進(jìn)水管6、2p10a空氣開關(guān)斷路器7、220v微電腦時(shí)控開關(guān)8、220v電磁閥控制器9、dn50排空管10、2m×1m×1m帶貯水箱的復(fù)合垂直流人工濕地11、下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)12、上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)13、外加電源14、dn50潮汐管15組成。

其特征在于：2m×1m×1m復(fù)合垂直流人工濕地11由下行池、上行池組成，兩個(gè)獨(dú)立1m×1m×1m帶貯水箱的復(fù)合垂直流人工濕地11底部開孔，在下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)12、上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)13之間串有dn50排空管10，形成一個(gè)u型結(jié)構(gòu)；而在其上部鋪設(shè)有潮汐管15。在下行池基質(zhì)表面裝有dn75布水管5，在上行池基質(zhì)表面下8－12cm裝有dn75集水管4，上行池和下行池基質(zhì)高度一致，通過dn75布水管5和dn75集水管4的高度差，形成表面復(fù)氧層。

進(jìn)水管機(jī)電安裝：進(jìn)水管6分別與復(fù)合垂直流人工濕地11、第一dn2524v電磁閥1a相連，第一dn25280w管道增壓泵2a分別與第一dn25y型過濾器3a、第一dn2524v電磁閥1a相連；加上dn25進(jìn)水管6與第一dn2524v電磁閥1a，形成自動(dòng)進(jìn)水系統(tǒng)。進(jìn)水水流依次流經(jīng)第一dn25y型過濾器3a，第一dn25280w管道增壓泵2a、第一dn2524v電磁閥1a。

潮汐管機(jī)電安裝：第二dn25280w管道增壓泵2b分別與第二dn25y型過濾器3b、第二dn2524v電磁閥1b相連，第二dn25y型過濾器3b與dn50潮汐管15相連，其中dn50排空管10先通過50×25轉(zhuǎn)換頭與第二dn25y型過濾器3b連接。潮汐管出水依次流經(jīng)第二dn25y型過濾器3b，第二dn25280w管道增壓泵2b，第二dn2524v電磁閥1b。三者通過dn25pvc管道連接，形成自動(dòng)排空系統(tǒng)。

微生物電解池系統(tǒng)為：外加電源14分別與上行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)13、下行池電解層電極和導(dǎo)電基質(zhì)12相連，第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b通過電線先后與220v微電腦時(shí)控開關(guān)8、2p10a空氣開關(guān)斷路器7串聯(lián)，并入電路；第一dn2524v電磁閥1a與220v電磁閥控制器9連接并入電路。dn50排空管10依次與第二dn25y型過濾器3b、第二dn25280w管道增壓泵2b、第二dn2524v電磁閥1b相連，其中dn50排空管10先通過50×25轉(zhuǎn)換頭與第二dn25y型過濾器3b連接；第二dn25y型過濾器3b、第二dn25280w管道增壓泵2b、第二dn2524v電磁閥1b通過dn25pvc管道(圖中連接線)連接。

所述的2m×1m×1m復(fù)合垂直流人工濕地通過底部排空管聯(lián)通，在上下行池底部作為電解層鋪設(shè)導(dǎo)電基質(zhì)和電極，下行池與陽極連接，上行池與陰極連接；而其上部作為潮汐層，基質(zhì)選用非導(dǎo)電基質(zhì)，并在導(dǎo)電基質(zhì)和非導(dǎo)電基質(zhì)之間鋪設(shè)潮汐管。污水進(jìn)入系統(tǒng)，流經(jīng)下行池上行池，經(jīng)歷“好氧-兼性-好氧-厭氧-缺氧-兼性”六個(gè)階段，最后由上行池dn75集水管4排出系統(tǒng)。

所述的dn75布水管5，dn75集水管4，dn50排空管10，dn50潮汐管15，dn25進(jìn)水管6均為pvc材質(zhì)，其中dn25進(jìn)水管不開孔，dn50排空管，dn50潮汐管，dn75布水管和dn75集水管按梅花布點(diǎn)打孔，小孔均勻布滿筒體，其孔徑根據(jù)需求確定，便于裝置透水。一般情況，筒壁均勻間隔0.9～1.1cm開孔，孔徑4～8mm；長度根據(jù)需要確定，一般為1m～2m。復(fù)合潮汐流人工濕地下行池基質(zhì)填充高度為80cm，dn75布水管在其表面鋪設(shè)；上行池基質(zhì)填充高度為80cm，dn75集水管在上行池距表面10cm處鋪設(shè)，兩個(gè)管路形成10cm高度差。而dn50排空管在池體底部鋪設(shè)，通過穿過墻孔，方便水從下行池穿過再到上行池；dn50潮汐管預(yù)先鋪設(shè)在導(dǎo)電層上部，以排空其上部潮汐層的水體。而dn25進(jìn)水管則與貯水箱連接，控制進(jìn)入人工濕地的水量。

所述的220v電磁閥控制器9、第一dn2524v電磁閥1a、第二dn2524v電磁閥1b、第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b、水泵水壓調(diào)節(jié)器(管道泵自帶)、和第一dn25y型過濾器3a、第二dn25y型過濾器3b通過dn25pvc管道與dn25外絲接頭連接，并用pvc膠水固定，避免漏水。第一dn25280w管道增壓泵2a、第二dn25280w管道增壓泵2b通過電線，與220v微電腦時(shí)控開關(guān)8和2p10a空氣開關(guān)斷路器7串聯(lián)，然后并入電路。

所述的220v電磁閥控制器9、220v微電腦時(shí)控開關(guān)8，分別為市購的控件部分。分別控制電磁閥和水泵的啟動(dòng)與工作時(shí)間，確保電磁閥在較小水壓(不足0.1mpa)下，通過水泵增壓，仍能夠正常啟動(dòng)，從而保證自動(dòng)進(jìn)水/出水功能良好運(yùn)行。而水泵自帶的水壓調(diào)節(jié)器，使水泵隨電磁閥狀態(tài)工作，水壓不夠時(shí)，隨電磁閥啟動(dòng)補(bǔ)充水壓，直到電磁閥關(guān)閉而關(guān)閉；而在水壓足夠時(shí)，水泵處于待機(jī)狀態(tài)，避免了電力浪費(fèi)。這二者均由各自控制器，精確工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)人工濕地干濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

所述的導(dǎo)電層一般選用石墨，鐵渣等導(dǎo)電性良好的基質(zhì)，鋪設(shè)高度一般為20cm～30cm，其上部鋪設(shè)潮汐管并與電磁閥鏈接；而導(dǎo)電層上部基質(zhì)一般選用礫石，陶粒，火山巖等非導(dǎo)電性基質(zhì)，鋪設(shè)高度一般為50cm～60cm，其所含水體通過潮汐管收集并排空。導(dǎo)電層預(yù)埋的電極與外部電源連接，下行池連接陽極，上行池鏈接陰極。

實(shí)施例3：

將實(shí)施例2中的裝置，按照干濕時(shí)間比為a。0h：24h；b。6h：18h；c。12h：12h分別運(yùn)行電解層基質(zhì)填充高度為100cm×100cm×25cm，潮汐層基質(zhì)填充高度為100cm×100cm×55cm的小試復(fù)合潮汐流微生物電解耦合人工濕地，電解層電壓為15v，進(jìn)水水質(zhì)為cod1500mg/l，tn60mg/l，tp15mg/l，日處理量為800l。運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行樣品收集分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)三套裝置堵塞物降解，孔隙率及過濾速率的監(jiān)測數(shù)據(jù)(樣品為預(yù)埋后收集)，認(rèn)為第一套人工濕地表層可能存在堵塞現(xiàn)象，而第一套a是未采用干濕狀態(tài)切換運(yùn)行的復(fù)合垂直流人工濕地。

溫室氣體減排率，是以a裝置(潮汐層和電解層都不允許)為對(duì)照，以其排放量為基準(zhǔn)1所設(shè)定。在此條件下，a裝置的溫室氣體釋放量和出水總氮高于bc(高30％～50％)，出水總磷明顯高于bc(50％～90％)。說明在干濕條件下運(yùn)行的復(fù)合潮汐流微生物電解池耦合人工濕地(tf-mec-ivcw)出水水質(zhì)優(yōu)于非干濕條件和無電解作用下運(yùn)行的復(fù)合潮汐流，對(duì)co2，ch4，n2o等溫室氣體有減排效果；同時(shí)，其溶氧量，孔隙率更大，出現(xiàn)堵塞的可能性低于a裝置。說明干濕條件下運(yùn)行的復(fù)合潮汐流人工濕地有更高的復(fù)氧水平，凈化效果，生態(tài)效益；更低堵塞的可能性，能更長久穩(wěn)定的運(yùn)行。