[发明专利]人工湿地高效污水处理协同甲烷废气氧化的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及人工湿地高效污水处理协同甲烷废气氧化的方法和系统。

背景技术

随着我国畜禽养殖业的迅速发展，大、中型畜禽养殖场产生了大量高浓度（有机物、氨氮）的畜禽粪便污水，另外，水中的致病微生物导致存在大规模疾病暴发和流行的潜在危险，其随意排放对地面水体和地下水也会产生严重的污染，而若将未经处理的粪便污水直接施入田地，粪便中的高浓度的污染物和有害细菌会严重影响作物生长，因此对畜禽养殖场大量的高浓度污水进行处理后排放或者用于农田回用，对保护环境，促进水资源利用十分重要。

除此之外，大、中型畜禽养殖场室内因畜禽日常活动，通过新陈代谢及粪便发酵会产生大量低浓度的甲烷气体，若仅采用通风设备将此气体排放到大气中，会给全球的温室气体减排造成很大的压力。据报道，农业源温室气体排放占全球温室气体排放的10-12%，其中畜禽养殖的贡献率约为37%，在甲烷排放中，我国每年有大约3-6万m³的甲烷以低浓度甲烷的形式泄漏到大气中。目前越来越多的大、中型畜禽养殖场采用沼气工程来处理畜禽养殖场废弃物，但其过程中也会有约10%的甲烷气体以低浓度甲烷的形式泄漏到大气中。我国已经承诺在2020年与2005年相比单位GDP温室气体减排40-45%，因此减排技术的研究意义重大，减少低浓度甲烷排放会有效服务于国家战略需求。国内关于低浓度甲烷减排技术的研究较少。国外对于高浓度甲烷（1600mg/m³）的处理多采用再生热源氧化法（RTO），但该方法在处理低浓度甲烷气体时投入能量较大，且增加额外的CO₂排放。因此，对于低浓度的甲烷减排，开发设计简便易行且高效经济的净化技术至关重要。

人工湿地污水处理技术是20世纪70年代发展起来的一种生态污水净化技术，以其投资少、建设运营成本低、净化效果好等特点近年来受到了广泛关注。污水在人工湿地系统中的净化主要以基质、植物和微生物通过物理、化学及生物作用协同完成的。相比于传统的水平潜流人工湿地，垂直流人工湿地虽然具有较好的复氧效果，且水流方式会使污水与湿地基质以及湿地植物根系有更充分的接触，可以充分利用湿地中微生物作用对污染物，特别是有机物和氨氮进行好氧降解，但畜禽养殖场废水中有机物、氨氮等污染物含量很高，具有较好的氧环境的垂直流人工湿地一般也无法充分满足污染物好氧降解的氧需求。传统的生物膜法处理含低浓度甲烷废气因运行成本低、无二次污染等优点而得到广泛关注，当水不断流经附着生物膜表面时，会在生物膜表面形成一层液膜，而此液膜将成为微生物提供生活和物质交换场所，废气中的甲烷会首先在液膜中溶解，再被微生物吸收，或直接被吸附，然后通过微生物的氧化分解而被降解，废气中的甲烷在随气流流动的过程中会得到逐步的净化，但净化后的废气大部分被直接释放，造成了一定程度的能源浪费。

发明内容

人工湿地高效污水处理协同甲烷废气氧化的方法采用连续进水的垂直流人工湿地，并利用水体自身重力和气体的上浮力在人工湿地床体中同时处理畜禽养殖场废水和低浓度溢出甲烷气体，且低浓度甲烷气体处理后的剩余气体可对湿地进行曝气，充分利用气体动能，从而进一步提高湿地床体的氧化环境，提高流经湿地中污水及废气中污染物的好氧降解。