[发明专利]循环利用地热能进行冬季保温的人工湿地系统及方法

说明书

本发明公开了一种循环利用地热能进行冬季保温的人工湿地系统及方法，人工湿地包括湿地基质、污水进口、污水出口、水暖管道和地下含水层，所述水暖管道铺设在湿地基质中，水暖管道的进水口位于湿地基质的上部，水暖管道的出水口位于湿地基质的下部；所述湿地基质的上部和下部分别设置有污水进水口和污水出水口；所述湿地基质至少包括土壤层、人工混合层和沸石层，所述土壤层上方种植湿地植物，土壤层、人工混合层和沸石层中分别设置有首尾相接的第一水暖管道、第二水暖管道和第三水暖管道，且第一水暖管道的进水口输入地下热水，第三水暖管道的出水口将冷水输入地下含水层。本发明能够保证冬季湿地内更高的温度，从而具有更高的污染物去除率。

技术领域

本发明涉及一种循环利用地热能进行冬季保温的人工湿地系统及方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

人工湿地因其成本低廉、易于维护的技术优势在此类地区具有广泛的应用前景。截至目前，人工湿地已被证明是处理生活污水的一种经济有效的手段，并且已在国内外得到广泛应用，取得了较理想的效果，成为生活污水处理的主流工艺之一。

人工湿地系统是一种模拟自然湿地生态系统的污水处理系统，主要依靠物理、化学、生物、微生物等一系列反应，来实现污水净化的目的。在北方寒冷地区，冬季气温降至零度以下，水面会产生冰冻问题，无论是潜流人工湿地或是表流人工湿地，污水处理效果都较差或无法正常运作，限制了人工湿地在北方的推广与使用。受冬季气温低、湿地植物枯萎死亡、释氮微生物活性降低的影响，人工湿地对氮、磷污染物的去除能力减弱。研究表明，当温度低于4℃时，微生物硝化反硝化作用基本停止，人工湿地对污染物的去除效果较差。因此如何提高人工湿地在冬季对污染物的去除效率成为急需解决的问题。

公知的人工湿地冬季保温方法包括覆冰法、秸秆覆盖法、猪粪和芦苇堆肥法、覆盖地膜法、棚温法等。覆冰法是在潜流湿地表面添加冰层、秸秆等隔离层，使人工湿地不冻结，但湿地对TN、TP的去除率分别只有25％、35％；覆盖地膜法是在湿地表面覆盖地膜，有效提高了湿地对氨氮去除效率，但其对COD、TN、NH4+-N的去除率不高。猪粪和芦苇堆肥法由于湿地的存活寿命大约为40天，因此不能适用于大面积湿地。秸秆覆盖法是在冬季低温条件下，采用收割植物覆盖对人工湿地保温，但对TP、NH4+-N、TN的去除率只有31.4％、26.5％、9.6％，较未覆盖植物的人工湿地的去除效果仅分别提高了15.5％、9.7％、5.0％。

可以看出，这些方法对提高湿地温度十分有限,导致污染物去除率低。采用秸秆覆盖法、猪粪和芦苇堆肥法、地膜覆盖法还会造成二次环境污染，温棚法建造成本高、维护困难，不适合广泛使用。另外，这些方法也不能人为控制温度，导致遇到冬季气温很低或连续较长时间的低温和阴天，仍然会造成湿地冻结、植物或微生物死亡，造成湿地无法运行或去污能力大幅降低。因此，现有的人工湿地冬季保温方法不仅未能全面去除污水中的有机物和氮磷，而且成本高、不适合广泛推广。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种循环利用地热能进行冬季保温的人工湿地系统及方法，能够有效提高湿地温度，提高冬季湿地污染物的去除率，且利用无污染的地热能，成本低。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供的一种循环利用地热能进行冬季保温的人工湿地系统，包括湿地基质、污水进口、污水出口、水暖管道、地下热水输送装置、冷水输送装置和地下含水层，所述水暖管道铺设在湿地基质中，水暖管道的进水口位于湿地基质的上部，水暖管道的出水口位于湿地基质的下部；所述湿地基质的上部和下部分别设置有污水进水口和污水出水口；

所述湿地基质至少包括土壤层、人工混合层和沸石层，所述土壤层上方种植湿地植物，土壤层中设置有第一水暖管道，人工混合层设置有第二水暖管道，所述沸石层设置有第三水暖管道，所述的第一水暖管道、第二水暖管道和第三水暖管道首尾相接，且第一水暖管道的进水口输入地下热水，第三水暖管道的出水口将循环后的冷水输入地下含水层。