CN111777187A

CN111777187A - 一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法及装置

Info

Publication number: CN111777187A
Application number: CN202010701699.XA
Authority: CN
Inventors: 肖恩荣; 林莉莉; 吴振斌; 陈宇华; 鲁汭; 荣鹏; 李志伟
Original assignee: Institute of Hydrobiology of CAS
Current assignee: Institute of Hydrobiology of CAS
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2040-07-20
Also published as: CN111777187B

Abstract

本发明公开了一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法，步骤依次为：在非导电填料层上部填充阳极填料层；在阳极填料层上方填充非导电填料隔离层；在非导电填料隔离层上部填充阴极填料层，在阴极填料层中设置阴极集电极；阳极集电极和阴极集电极通过导线和负载或外电源连接；在连接导线中设置调节开关，形成外电源、内部产电和开路三种模式；人工湿地运行过程中出现过滤速率降低、孔隙率降低堵塞症状，将开关调节到内部产电模式或外电源模式。阳极填料层分别与非导电填料层、非导电填料隔离层相连，阴极填料层与非导电填料隔离层相连。有效改善了人工湿地的生物堵塞，显著提高了长期运行的人工湿地过水效率，维持净化效果，延长了寿命。

Description

一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法及装置

技术领域

本发明属于环境工程污水生态净化技术领域，更具体涉及一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法，一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置。

背景技术

人工湿地(CW)堵塞是限制其高效、长效运行的瓶颈问题，会缩短人工湿地寿命、增加管理维护成本。相较于进水悬浮物引起的物理堵塞、填料孔隙间发生化学反应产生胶体或沉淀引起的化学堵塞，人工湿地中的生物堵塞更具普遍性，其后果也更为严重，是CW长效运行的主要限制因素。即使采取进水预处理、基质级配优化、植物优选配置及运行管理优化等预防措施，仍无法避免人工湿地生物堵塞(Hua G F,Zhu W,Shen J Q,et al.The roleof biofilm in clogging process in vertical flow constructed wetland.AppliedEngineering in Agriculture,2013,29(1):61-66.)。

人工湿地中生物堵塞的形成过程，普遍被认为最初是大量的生物膜和细菌分泌的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，简称EPS)积聚在基质表面；同时高含水率且低密度的胶状污泥中大量的惰性有机物(腐殖质和多糖)也积累在基质表面；随后EPS吸附污水中的有机和无机物，形成紧密的堵塞层(Du M,Xu D,Trinh X,et al.EPSsolubilization treatment by applying the biosurfactant rhamnolipid to reduceclogging in constructed wetlands.Bioresource Technology,2016,218:833-841.)。由于EPS主要化学成分是大分子、大尺寸的多聚糖和蛋白，被微生物自然降解和直接利用的过程较为缓慢，而多糖的凝胶化在长期累积下造成了湿地不可逆堵塞行为。因此，生物堵塞也可理解为由EPS引起的堵塞。

生物堵塞物的主要成分是生物膜，包括微生物及其分泌的EPS，微生物占干质量的比重不到10％，而EPS可占90％以上(Donlan R M.Biofilms:microbial life onsurfaces.Emerging Infectious Diseases,2002,8(9):881-890.)。适量的EPS积累有利于提高湿地生物膜的稳定性，然而过量积聚，则会导致基质孔隙率降低，进一步形成生物堵塞(黄炳彬,孟庆义,何春利.人工潜流湿地堵塞成因及解决措施.环境工程,2011,29(S1):378-384.)。显微镜分析发现，EPS将有机颗粒粘合在一起形成致密的膜状结构，促进了生物堵塞过程(Zhou Y,Luo S,Yu B,et al.A comparative analysis for the developmentand recovery processes of different types of clogging in lab-scale verticalflow constructed wetlands.Environmental Science and Pollution Research,2018,25(24):24073-24083.)。在CW中，大部分微生物以生物膜的形式附着在基质表面上，生物膜在基质孔隙内的生长确实导致有效孔隙度显著降低，生物膜生长对堵塞的最重要影响是加速堵塞发生(Knowles P,Dotro G,Nivala J,et al.Clogging in subsurfaceflowtreatment wetlands:occurrence and contributing factors.EcologicalEngineering,2011,37(2):99-112.)。

目前，生物堵塞的原位解堵技术和方法有停床轮休、化学解堵和生物解堵。停床轮休是在基质床运行一段时间后闲置，使氧气进入湿地系统，增加好氧微生物的活性，加快降解有机物，能有效缓解湿地生物堵塞，其缺点为需设置两个基质床，增加基建成本。原位化学解堵是向堵塞的基质床投加化学溶剂如过氧化氢、氢氧化钠、盐酸、次氯酸钠等具有氧化还原性质的物质或生物表面活性剂鼠李糖脂，破坏堵塞物的絮凝结构，部分有机物质被溶解，从而使孔隙率得以恢复；其缺点为对湿地环境伤害大，破坏生物膜，杀死微生物。原位生物解堵是向湿地系统投加蚯蚓、微生物菌剂，促进堵塞物质降解，防止生物膜的损害与老化，从而缓解堵塞。原位生物解堵是向湿地施加水解酶可以有效地催化和水解大分子聚合物，例如蛋白质和多糖，并且易于分解而不会造成不利的环境影响；其缺点是难以克服引入微生物对人工湿地的弱适应性及与湿地土著微生物竞争呈弱势等问题，酶促降解成本高，工程应用不实际。

近年来，出现了借助电化学辅助方法如电絮凝和电泳法来控制EPS造成的膜生物反应器的膜污染。电絮凝法以直流电为动力溶解阳极金属生成金属阳离子，利用电荷作用中和带负电荷的聚合物分子EPS(如蛋白质)，从而抑制生物滤饼的形成；电凝法也能较好地抑制丝状菌的过度生长，减缓膜污染。电泳法中电场诱导的电泳在膜和膜面聚合物EPS之间产生电斥力；同时电泳生成的H₂O₂可以在一定程度上进行膜面原位化学清洁。但是，这些适用于膜生物反应器控制膜污染的方法并不太适合人工湿地中的生物堵塞，产生的金属阳离子和H₂O₂会对湿地植物的长期影响还未知。可以明确的是，电场的存在具有促进EPS降解和分散，改变EPS表面电荷状态，提高微生物活性等多重作用。

因此，如果能在人工湿地内部形成合适的电场强度来降解和分散生物堵塞物，而不产生对湿地植物不利的物质，将从源头上解决人工湿地的生物堵塞问题。人工湿地内部电场可以通过外加电源或者内部产电的方式形成。外加电源可以通过调节电流强度达到合适的电场强度，强化EPS的分散和降解，但是过高的电流可能对有益微生物造成损害，而且消耗电能。内部产电方式(如微生物燃料电池)产生的电流强度有限，其形成的弱电场用于分散和降解EPS可能需要花费更长的时间，但是不需消耗电能，对于堵塞程度较轻的人工湿地是一种长期有效的减缓堵塞的方法。两种方式的有机结合，作为一种原位、简便、低成本的方法，将有效缓解人工湿地的生物堵塞。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法，简单易行，操作便捷，有效的改善了人工湿地的生物堵塞问题。

本发明的另一个目的是在于提供了一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，结构简单，组装方便，可显著的提高了长期运行的人工湿地过水效率，维持净化效果，延长了寿命。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施和方案：

通过在人工湿地垂直方向不同深度处嵌入电极，进一步通过导线连接成通路，并施加一定的外部电压或者利用内部电压，形成一定的弱电场，促进人工湿地生物堵塞物EPS的分散，进一步通过阳极附近富集的电化学活性菌将EPS降解利用，来实现堵塞的缓解。

一种交互式原位缓解垂直流人工湿地生物堵塞的方法，其步骤如下：

A、在人工湿地底部的非导电填料层上部填充阳极填料层，阳极填料层中设置阳极集电极；

B、在阳极填料层上方填充非导电填料隔离层，该层主要功能是作为阳极填料层和阴极填料层间的分隔器；

C、在非导电填料隔离层上部填充阴极填料层，在阴极填料层中设置阴极集电极，阴极填料层和阴极集电极的上表面暴露于空气中，阴极填料层中种植湿地植物；

D、阳极集电极和阴极集电极通过导线和负载或外电源连接；

E、在连接导线中设置开关，形成可选择的外电源、内部产电和开路等三种模式；当与外电源相连的开关闭合时，形成外电源模式；当与外部负载(电阻)相连的开关闭合时，形成内部产电模式；当断开开关时，形成开路模式；

F、人工湿地运行过程中出现过滤速率降低、孔隙率降低等堵塞症状时，将开关调节到内部产电模式；若堵塞程度较严重，将开关调节到外电源模式，并通过调节外加电源大小(本领域的普通技术人员均知)，强化分散并降解胞外聚合物(EPS)；当孔隙率和过滤速率逐渐恢复后，将开关调节到内部产电模式，维持弱电场环境，在降解胞外聚合物(EPS，以下相同)同时还可回收电能；当孔隙率和过滤速率完全恢复后；可维持在内部产电模式，也可调节成开路模式。外电源、内部产电、开路模式的交互式转换，可避免人工湿地生物堵塞，长期维持人工湿地过水速率、孔隙率降幅在10％以内；同时最大限度的利用电能，减少堵塞维护成本。

上述六个步骤中关键在于步骤A中阳极填料层和C中阴极填料层的设置以及各自体积的控制，以及步骤F中三种模式的选择。阳极填料层体积的占比决定了电化学菌群的富集程度和稳定性。阴极填料层中溶解氧浓度要维持在一定的范围内，当使用内部产电模式时，填料层表面以及集电极表面要暴露在空气中，充分利用氧气作为电子受体，以利于系统电子的传递；当使用外部电源模式时，尽可能使得水淹没填料层表面和集电极表面，以降低消耗的外电源。根据运行过程中堵塞的程度选择三种模式，有利于富集某些特定的EPS降解菌群，并最大程度利用电能、降低成本。

采用阳极导电填料层、阴极导电填料层代替常规垂直流人工湿地中相应的非导电填料层，通过导线和外电源或负载连通后，可通过形成的微电场原位将人工湿地运行过程中产生的生物堵塞物EPS分散，并利用电极填料层富集的蛋白、多糖降解菌将EPS降解成小分子，进一步被电化学活性菌或反硝化菌利用。避免了生物堵塞物聚团后加速孔隙率和过水速率的下降，解决了堵塞后出水水质下降的问题；避免了填停床轮作或更换填料，大大节约了成本。同时，根据EPS的动态变化，可利用电化学活性菌将EPS转化为电能。采用本发明中的方法，垂直流人工湿地的平均过水速率可维持在初始稳定运行时的80％以上；出水水质可维持在初始稳定运行时的90％以上。采用本发明中的方法，人工湿地进水COD浓度范围可以扩展到600-1000mg/L，在该浓度下，可延长人工湿地的服务年限3-5倍。

一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，该装置自下而上铺设有非导电填料层、阳极填料层、非导电填料隔离层、阴极填料层组成；其特征在于：阳极填料层分别与非导电填料层、非导电填料隔离层相连，阴极填料层与非导电填料隔离层相连，在阴极填料层中种植湿地植物，在阳极填料层中设置阳极集电极，在阴极导电填料层中设置阴极集电极，阳极集电极通过导线和负载(或外电源)与阴极集电极连接，在导线和负载或外电源间设置开关，调节开关将导线和负载连接时形成内部产电模式，将导线和外电源连接时形成外部电源模式，开关断开时形成开路模式，开关断开时形成开路模式。

上述装置中阳极填料层和阴极填料层的厚度设置是关键。阳极填料层体积的占比决定了电化学菌群富集程度和稳定性。阴极填料层的厚度影响着该层溶解氧的范围，避免溶解氧过高导致的外电源消耗过大，避免溶解氧过低导致的电子传递效率下降。阳极集电极和阴极集电极的设置，使得电子的收集传递更为有效，使得电极区域富集的电化学活性菌和EPS降解菌丰度增加，形成适宜的电场强度，可原位有效分散并降解引发堵塞的EPS。三种模式的调节，实现了EPS的动态平衡和调控，使得不断生成的堵塞物EPS在过量积累情况下加速降解，在生物膜老化脱落过程中维持一定的新生膜生物量，在EPS较为稳定时被电化学活性菌利用并产生电能。

所述的阳极填料层和阴极填料层内填料为颗粒活性炭或石墨颗粒，颗粒活性炭和石墨颗粒的粒径为1-5mm。

所述的阳极集电极和阴极集电极为石墨毡、石墨棒或不锈钢网。

所述的人工湿地的填料厚度范围为90-150cm。

所述的装置底部的非导电填料层厚度为20-40cm；阳极填料层厚度为30-50cm；非导电填料隔离层厚度为20-30cm；上部阴极填料层厚度为20-30cm。

所述的装置底部非导电填料层、中部非导电填料隔离层、上部非导电填料隔离层中的填料为砾石、砂石、无烟煤、生物陶粒中的一种或一至四种中的任意组合。

所述的湿地植物为美人蕉、风车草、芦苇、芦竹、水甜茅、大米草中的一种或一至六种的任意组合。

本发明与现有的技术相比，具有以下的优点和效果：

1、本发明在不改变原有湿地构造的基础上，通过简单的电极嵌入，导线、外阻连接以及外加电源的调节，使得运行了一段时间、过滤速率降低、孔隙率减小、出现堵塞症状的人工湿地加速恢复原有的过水速率和净化效果，延长了人工湿地寿命。

2、本发明中阳极导电填料层、阴极导电填料层通过导线与外加电源连接，通过开关控制通路和断路，原位利用外加电源或内部产电形成的弱电场分散人工湿地中填料间的生物堵塞物EPS，并通过阳极和阴极富集的电化学活性菌降解利用EPS，从而缓解堵塞；与异位缓解堵塞的方法相比，避免了更换填料，大大节约了成本；与其它异位缓解堵塞的方法相比，避免了添加EPS溶解剂带来的二次污染和对湿地有益微生物及植物根系的破坏。

3、本发明中通过开关控制连接外加电源或外加电阻，分别形成外加电源模式、内部产电模式和开路模式，操作简单、模式转换灵活。根据堵塞程度调节外加电源大小，形成适宜的电场强度。当孔隙率和过滤速率明显降低时，堵塞较为严重时，可将连接到外加电源的开关闭合，调节外加电源大小，形成适宜的电场强度，强化分散并降解EPS；当孔隙率和过滤速率逐渐恢复后，可断开连接外加电源的开关，闭合连接外阻的开关，维持系统内部的弱电场，在降解EPS同时可以回收电能；当系统的孔隙率和过滤速率恢复正常，也可断开开关，形成开路模式。

4、本发明中的方法有利于提高与EPS降解密切相关的不动杆菌属(Acinetobacter)、互营单胞菌属(Syntrophomonas)的丰度；提高具有多糖发酵功能的理研菌属(Petrimonas)、蛋白质降解功能的嗜蛋白质菌属(Proteiniphilum)和参与氨基酸代谢的Cloacibacillus菌属的丰度；降低与EPS的分泌密切相关的金黄杆菌属(Chryseobacterium)的丰度。

附图说明

图1为一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法和装置结构示意图。

图2为一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法和装置运行模式示意图。

其中：1-非导电填料层；2-阳极填料层；3-非导电填料隔离层；4-阴极填料层；5-湿地植物；6-阳极集电极；7-阴极集电极；8-导线(普通，市场购置)；9-负载(普通电阻，市场购置)；10-外电源(普通，市场购置)；11-开关(普通，市场购置)，12-外电源模式；13-内部产电模式；14-开路模式。

具体实施方式

以下结合附图1和图2对发明的具体实施例进行解释和说明，并不构成对本发明的限制。

实施例1：

一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的方法，其步骤如下：

A、在非导电填料层1上部填充阳极填料层2，阳极填料层2中设置底部阳极集电极6；

B、在阳极填料层2上方填充非导电填料隔离层3，该层主要功能是作为阳极填料层2和阴极填料层4间的分隔器；

C、在非导电填料隔离层3上部填充阴极填料层4，在阴极填料层4中设置阴极集电极7，同时种植湿地植物5，阴极填料层4和阴极集电极4的上表面暴露于空气中；

D、阳极集电极6的一端和阴极集电极7的一端通过导线8和负载9或外电源10连接；

E、在连接导线8中设置开关11，形成可选择的外电源、内部产电和开路等三种模式；当与外电源相连的开关闭合时，形成外电源模式12；当与外部负载(电阻)相连的开关闭合时，形成内部产电模式13；当断开开关时，形成开路模式14；

F、人工湿地运行过程中出现了过滤速率降低、孔隙率降低等堵塞症状，若堵塞程度较严重，将开关调节到外电源模式12，并通过调节外加电源大小(逐步增加电流强度)，强化分散并降解EPS；当孔隙率和过滤速率逐渐恢复(恢复至初始值的60％以上)后，将开关调节到内部产电模式13，维持弱电场环境，在实时分散降解EPS同时还可回收电能；当孔隙率和过滤速率恢复到初始值的80％以上后；可继续维持在内部产电模式13，也可调节成开路模式14。

所述的外电源模式12为：闭合开关11使得阳极集电极6、导线8、外电源10和阴极集电极7依次连接，形成通路。

所述的内部产电模式13为：闭合开关11使得阳极集电极6、导线8、负载9和阴极集电极7依次连接，形成通路。

所述的开路模式14为：断开开关11使得通过导线8连接的阳极集电极6、阴极集电极7以及负载9或外电源10不能形成通路。

所述的人工湿地填料深度90cm。其中，阳极填料层2的厚度为30cm，填充3-5mm粒径的颗粒活性炭；阴极填料层4的厚度20cm，为筒状石墨毡；非导电填料层1的厚度20cm，填充1-3mm粒径的砾石；非导电填料隔离层3的厚度20cm，填充1-3mm粒径的砾石。

所述的外电源电流强度为15-30mA。

所述的外阻为300-1000Ω。

所述的人工湿地水流方向是垂直流或水平流。

实验结果表明：采用该方法运行的人工湿地处理生活污水，进水水质为COD：100-350mg/L，TN：10-25mg/L，TP：1-2.5mg/L，SS：<10mg/L。运行后，系统的过滤速率可恢复至初始的90％以上，孔隙率可恢复至初始的80％以上。用D_0.1、D_0.5和D_0.9分别表示累计粒度分布数达到10％、50％和90％对应的粒径，堵塞物EPS的D_0.1、D_0.5和D_0.9分别为12.076、105.646和307.057μm，采用该方法运行后，D_0.1、D_0.5和D_0.9分别为4.513、20.774和45.071μm，可见大粒径堵塞物EPS所占体积分数显著减小，小粒径颗粒显著增多。

实施例2：

一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，该装置自下而上铺设有非导电填料层1、阳极填料层2、非导电填料隔离层3、阴极填料层4；其特征在于：阳极填料层2分别与非导电填料层1、非导电填料隔离层3相连，阴极填料层4与非导电填料隔离层3相连，在阴极填料层4中种植湿地植物5，在阳极填料层2和阴极填料层4中分别设置阳极集电极6和阴极集电极7，阳极集电极6通过导线8、负载9或外电源10与阴极集电极7连接，开关11可调节，当闭合与外电源相连的开关时，形成外电源模式12，当闭合与外部负载(电阻)相连的开关时，形成内部产电模式13，当断开开关时，形成开路模式14。

所述的一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，其特征在于：

所述的人工湿地水流方向为垂直流或水平流。

所述的人工湿地的填料厚度为150cm。

所述的阳极填料层2和阴极填料层4内填充颗粒活性炭，粒径分别为3-5mm、1-3mm。

所述的阳极集电极6和阴极集电极7为筒状或环状石墨毡。

所述的装置底部非导电填料层厚度为15cm；阳极填料层厚度为30cm；非导电填料隔离层厚度为15cm；阴极填料层厚度为30cm。

所述的装置底部非导电填料层1、非导电填料隔离层3中的填料为砾石，填充粒径分别为3-5mm、1-3mm。

所述的湿地植物5为美人蕉或芦竹。

所述的外电源强度为15mA。

所述的负载(外电阻)为1000Ω。

实验结果表明：采用本发明中的装置处理中浓度生活污水，其进水COD浓度为400-650mg/L，TN浓度15-20mg/L，TP浓度为2.5-3mg/L。采用本发明中的装置运行80-100天后，系统孔隙率可维持在30％-32％之间，过滤速率可维持在30-40mL/s之间，较常规的垂直流人工湿地同步运行80-100天后，相应的孔隙率和过滤速率分别提高20％和60％以上。

实施例3：

对于高浓度COD(600-1000mg/L)污水，实验比较采用本发明中的方法和装置与常规垂直流人工湿地(开路状态下)运行60天后的堵塞情况。结果显示：常规垂直流人工湿地孔隙率为20-25％，过滤速率为20-23mL/s；本发明中的装置孔隙率为28-31％，过滤速率为35-40mL/s。与常规垂直流人工湿地(开路状态下)相比，本发明方法和装置中底部阳极填料层内与EPS降解密切相关的不动杆菌属(Acinetobacter)的相对丰度提高40-110倍、互营单胞菌属(Syntrophomonas)的丰度提高2-4倍；中部阳极填料层内具有多糖发酵功能的理研菌属(Petrimonas)的丰度提高4-5倍，具有蛋白质降解功能的嗜蛋白质菌属(Proteiniphilum)和参与氨基酸代谢的Cloacibacillus菌属的相对丰度分别提高3-5倍和2-6倍；而底部阳极填料层和中部阳极填料层中与EPS的分泌密切相关的金黄杆菌属(Chryseobacterium)的相对丰度减少了60-80％。

其它实施步骤与实施例1相同。

实施例4：

实验采用本发明中的方法和装置处理综合污水，连续运行120天；与常规水平流人工湿地(无电极)进行比较，两者的初始孔隙率为30-33％、过滤速率为40-45mL/s，结果显示：

运行60天后，常规水平流人工湿地的孔隙率降为23-25％，过滤速率降为20-25mL/s；而本发明中装置的孔隙率至26-28％，过滤速率为35-38mL/s；

运行120天后，常规水平流人工湿地和本发明中装置的的孔隙率分别为15-18％、20-25％，过滤速率分别为12-15mL/s、25-33mL/s，EPS总量分别为50-70mg/L、30-40mg/L。

所述的本发明中的方法和装置的水流方向为水平方向。

所述污水浓度为COD：800-1200mg/L，TN：15-25mg/L，TP浓度为2.5-3mg/L。

其它实施步骤与实施例1相同。

实施例5：

采用本发明中的方法和装置处理污染负荷波动较大的综合污水，污水水质范围：COD：400-1200mg/L，TN：5-25mg/L，TP浓度为0.5-3mg/L；水力负荷范围：200mm/d-1000mm/d。系统已形成稳定的生物膜并维持较好的出水效果时，其平均孔隙率为32％、平均过滤速率为45mL/s、EPS中多糖含量均值为18.5mg/L。根据出水速率和EPS含量，调控开关、选择模式。结果显示：

系统已形成稳定的生物膜后，调节开关到产电模式，持续运行30天，系统的输出电压稳定在500-800mV，孔隙率维持在28-30％、稳定的过滤速率维持在35-40mL/s、EPS中多糖含量为26.5mg/L；

接着，断开开关、调整到开路模式，持续运行60天，系统的孔隙率降到20％以下、过滤速率降到15-20mL/s、EPS中多糖含量增加到约60mg/L；

然后，调节开关到外电源模式，施加10-20mA的电流，持续运行20天后，系统的孔隙率为24-28％、过滤速率为25-32mL/s、EPS中多糖含量约为40mg/L。

Claims

1.一种交互式原位缓解垂直流人工湿地生物堵塞的方法，其步骤如下：其特征在于：

A、在湿地底部的非导电填料层上部填充阳极填料层，阳极填料层中设置阳极集电极；

B、在阳极填料层上方填充非导电填料隔离层，该层为阳极填料层和阴极填料层间的分隔器；

D、阳极集电极和阴极集电极通过导线和负载或外电源连接；

E、在连接导线中设置开关，形成外电源、内部产电和开路三种模式；与外电源相连的开关闭合时，形成外电源模式；与外部负载相连的开关闭合时，形成内部产电模式；断开开关时，形成开路模式；

F、人工湿地运行过程中出现过滤速率降低、孔隙率降低堵塞症状，将开关调节到内部产电模式；堵塞程度较严重，将开关调节到外电源模式，并通过调节外加电源大小，强化分散并降解胞外聚合物；孔隙率和过滤速率逐渐恢复后，将开关调节到内部产电模式，维持弱电场环境，在降解胞外聚合物同时回收电能；孔隙率和过滤速率完全恢复后；维持在内部产电模式，调节成开路模式。

2.一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，该装置包括非导电填料层(1)、阳极填料层(2)、非导电填料隔离层(3)、阴极填料层(4)，其特征在于：阳极填料层(2)分别与非导电填料层(1)、非导电填料隔离层(3)相连，阴极填料层(4)与非导电填料隔离层(3)相连，在阴极填料层(4)中种植湿地植物(5)，在阳极填料层(2)和阴极填料层(4)中分别设置阳极集电极(6)和阴极集电极(7)，阳极集电极(6)通过导线(8)、负载(9)或外电源(10)与阴极集电极(7)连接，在导线(8)和负载(9)或外电源(10)间设置开关(11)，调节开关(11)将导线(8)和负载(10)连接时形成内部产电模式(12)，将导线(8)和外电源(9)连接时形成外部电源模式(13)，开关断开时形成开路模式(14)；

所述的人工湿地水流方向为垂直流或水平流；

所述的人工湿地的填料厚度范围为90-150cm。

3.根据权利要求2所述的一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，其特征在于：所述的阳极填料层(2)和阴极填料层(4)内填料为颗粒活性炭或石墨颗粒，颗粒活性炭和石墨颗粒的粒径为1-5mm。

4.根据权利要求2所述的一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，其特征在于：所述的阳极集电极(6)和阴极集电极(7)为石墨毡、石墨棒或不锈钢网。

5.根据权利要求2所述的一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，其特征在于：所述的非导电填料层(1)厚度为20-40cm；阳极填料层(2)厚度为30-50cm；非导电填料隔离层(3)厚度为20-30cm；阴极填料层(4)厚度为20-30cm。

6.根据权利要求2所述的一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，其特征在于：所述的非导电填料层(1)、非导电填料隔离层(3)、非导电填料隔离层(3)中的填料为砾石、砂石、无烟煤、生物陶粒中的一种或一至四种中的任意组合。

7.根据权利要求2所述的一种交互式原位缓解人工湿地生物堵塞的装置，其特征在于：所述的湿地植物(5)为美人蕉、风车草、芦苇、芦竹、水甜茅、大米草中的一种或一至六种的任意组合。