專利名稱：一種提高人工濕地冬季運行效果的方法
技術領域：
本發明屬于環境工程技術領域，具體涉及一種提高人工濕地冬季運行效果的方法。
背景技術：
人工濕地是人們對自然濕地的仿造和強化，其通過利用濕地填料的過濾作用，以及濕地植物本身和植物根系間微生物的一系列的物理、化學和生物反應來凈化污水。人工濕地可以被用來處理生活污水、工業廢水和農業廢水等多種污染物，具有建設和運行成本低、處理效果好、操作簡單、維護方便等優點。濕地植被作為人工濕地核心之一，其生長狀況將直接或間接影響人工濕地對污水的凈化效果。氣溫對植被影響較大，冬季植被生長緩慢甚至枯萎，濕地植物根系間的微生物也因為溫度較低而活性降低，這都使得人工濕地對污水中N、P等營養物質的吸收效果變差。特別是當人工濕地植物枯萎死亡后，其殘體在人工濕地中腐爛分解，會使得人工濕地出水水質惡化；大顆粒的濕地植物腐殖質還會堵塞基礎填料的空隙，使得人工濕地面臨失效的危險。同時，原先生長在植物根系間的微生物也將因為失去良好的生物載體而無法發揮其對污水的凈化效果。因此，在冬季如何維持人工濕地植物及其根系間微生物的溫度，使得他們在冬季仍能夠良好的生長，是突破人工濕地推廣應用瓶頸的關鍵。常用的人工濕地保溫方式包括把濕地植物收割后覆蓋在濕地表層，以形成保溫層；建造濕地保溫殼覆蓋住整個濕地表面；在濕地之上搭建類似溫室的保溫大棚。以上方法都有諸多的弊病濕地植物收獲后直接覆蓋在濕地上，氣溫回升后若不及時移除則會因植物的腐爛分解而造成二次污染，影響出水水質；更嚴重的甚至會破壞濕地構造，大顆粒的濕地植物腐殖質會堵塞填料，使得人工濕地失效。如果按時移除覆蓋的濕地植物，則會增加濕地的處理成本費用，削弱了濕地處理污水的經濟性。建造保溫殼和保溫大棚則顯著的增加了人工濕地的建設和管理維護成本，難以體現人工濕地處理污水的經濟性。人工濕地植物的特點是生物量大，增殖速度極快；完全依賴污水中的N、P等營養元素，培育成本較低；纖維素和半纖維素含量較高，木質素含量較低。以上特點都使得人工濕地植物極為適合厭氧發酵產生沼氣，把產生的沼氣再用于人工濕地植物和根系微生物的保溫上，則可以有效的提高人工濕地冬季的運行效果。

發明內容
本發明的目的在于提供一種成本低、效益好的提高人工濕地冬季運行效果的方法。本發明提供的提高人工濕地冬季運行效果的方法，是利用人工濕地植物部分收獲后厭氧發酵產生沼氣，再利用沼氣燃燒產生的熱能來增溫人工濕地植物根系附近的污水， 從而提高人工濕地在冬季的污水處理效果。具體步驟如下
(1)在人工濕地中種植易于收獲的水生植物，如水葫蘆、蘆葦和黑麥草等；(2)在冬季低溫時，收獲人工濕地中的部分植物，用于進行厭氧發酵，產生沼氣；
(3)發酵產生的沼氣作為燃料燃燒，加熱流經人工濕地植物根系周圍的污水，以此來提高人工濕地對于污水的凈化能力；
(4)發酵后產生的沼液和人工濕地需要處理的原水混合后由人工濕地凈化；
(5)將發酵后產生的沼渣經過堆肥制成有機肥料，變廢為寶。
本發明中，收獲人工濕地的植物的量要能保證厭氧發酵可以產生足夠的沼氣量，而保留的植物的量也要能維持一定的污水凈化能力，一般控制收獲量為總量的20%—50%，較好的比例為一半收獲、一半保留。本發明中，收獲人工濕地的植物的種類要盡量選擇易于厭氧發酵的植物，例如選取水葫蘆、蘆葦和大米草等易于收獲的植物。收獲時注意所選取的植物種類的配比，以調配發酵原料滿足適合的厭氧發酵的碳氮比(C/N) (C/N滿足Ο(Γ30):1，以保證厭氧發酵的順利進行。本發明中，如果保留的人工濕地植物因為數量較少而難以達到預期的污水凈化效果，可以再補種一些人工濕地植物。本發明中，發酵產生的沼氣除可以直接作為燃料燃燒加熱污水外，還可以用來發電，然后利用電能來靈活的加熱污水；如電能有多余，也可以利用電能來維持厭氧發酵的溫度、對污水進行曝氣或者向外部電網供電。本發明中，發酵后產生的沼液可以直接與需要人工濕地處理的原水混合后，通入人工濕地進行凈化；或者為了減輕人工濕地的污染負荷，將沼液儲存在儲液池中，分批和原水混合后通入人工濕地進行凈化。本發明中，發酵后產生的沼渣可以堆肥后作為有機肥料，在人工濕地周圍培育景觀植物，以豐富人工濕地的景觀，以提高整個濕地的環境和社會效益。本發明的優點在于
(1)本發明通過沼氣燃燒，加熱流經人工濕地植物根系周圍的污水，提高了根系周圍微生物的凈污能力，從而很好的解決人工濕地在冬季處理效果差的問題。(2)本發明一方面混合厭氧發酵產出沼氣的原料來自于人工濕地自身生長的植物，節約了購買發酵原料的費用；另一方面，在冬季部分收獲濕地植物，使得其不會在濕地中枯萎、死亡和腐爛，很好的避免了濕地植物二次污染和濕地堵塞的問題。(3)本發明整個過程都體現了廢棄物資源化循環利用的思想，基本上沒有廢棄物的排放和二次污染。發酵產生的沼液和需要處理的原水混合后排入濕地進行處理，發酵產生的沼渣則進行堆肥后用作有機肥料。(4)本發明不僅有很好的環境效益，還有很好的社會效益。經過合理規劃，利用沼渣制成有機肥料在濕地周邊種植景觀植物，可以把單純的處理污水的人工濕地建設成為人工濕地公園。其在處理污水的同時也改善了濕地周邊的生態環境，為人們提供了一個良好的休閑娛樂場所。(5)本發明具有建設投資少、處理效果好、運行費用低、管理簡單易行的優點。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明進行詳細的說明
一種關于提高人工濕地在冬季運行效果的方法，其通過沼氣燃燒加熱流經人工濕地植物根系周圍的污水，提高了根系周圍微生物的凈污能力，從而解決人工濕地在冬季處理效果差的問題。以下為具體的步驟
人工濕地中種植的是水葫蘆，在冬季來臨時收獲一半。水葫蘆破碎后與接種污泥按照 1:1TS，在35°C條件下混合厭氧發酵產生沼氣。發酵系統采用常見的IOOm3發酵罐，一個批次歷經80d產生沼氣為1900m3，沼氣的熱值按照25MJ/m3計算，產生47500 MJ能量。在冬季厭氧發酵需要增溫，按照混合發酵液溫度為0°C，增溫到發酵所需溫度為35°C，發酵原料混合液的比熱容4. 2kJ/ (kg■ °C )計
算，在冬季發酵罐加熱需要的熱能為14700MJ。燃燒沼氣產生的熱能遠大于維持發酵所需的熱能，所以除去維持正常發酵所需要的熱量外，還有32800 MJ的能量可以用來加熱人工濕地植物根系周圍的水。按照將水加熱到20°C計算，這些能量可以加熱水390噸，完全可以維持一般人工濕地在冬季的運行。沼氣供給能量加熱濕地中配水管中的污水時，由于濕地植物根系周圍污水的溫度保持在了較高的水平，使得根系周圍微生物的活性不會因為氣溫的降低而下降，最后人工濕地在冬季也取得了很好的凈污效果。發酵產生的沼液和原水按照1:8-1:15體積比例 (優選1:10)混合后排放到人工濕地中進行處理，出水水質良好。發酵產生的沼渣堆肥后制成有機肥料，其被用來在濕地周圍栽種景觀植物。
權利要求
1.一種提高人工濕地冬季運行效果的方法，其特征在于具體步驟為(1)在人工濕地中種植易于收獲的水生植物，所述水生植物包括水葫蘆、蘆葦和黑麥草；(2)在冬季低溫時，收獲人工濕地中的部分植物，用于進行厭氧發酵，產生沼氣；(3)將發酵產生的沼氣作為燃料燃燒，加熱流經人工濕地植物根系周圍的污水，以此來提高人工濕地對于污水的凈化能力；(4)發酵后產生的沼液和人工濕地需要處理的原水混合后由人工濕地凈化；(5)發酵后產生的沼渣經過堆肥制成有機肥料，變廢為寶。
2.根據權利要求1所述的提高人工濕地在冬季運行效果的方法，其特征在于，收獲人工濕地的植物的量總量的20%—50%。
3.根據權利要求1所述的提高人工濕地在冬季運行效果的方法，其特征在于，收獲人工濕地的植物選擇易于厭氧發酵的植物，收獲時注意所選取的植物種類的配比，調配發酵原料滿足厭氧發酵的C/N為(2(T30) :1,以保證厭氧發酵的順利進行。
4.根據權利要求1所述的提高人工濕地在冬季運行效果的方法，其特征在于，當保留的人工濕地植物數量較少而難以達到預期的污水凈化效果時，再補種一些人工濕地植物。
5.根據權利要求1所述的提高人工濕地在冬季運行效果的方法，其特征在于，發酵產生的沼氣除直接作為燃料燃燒加熱污水外，還用來發電，然后利用電能來加熱污水；如電能有多余，則利用電能來維持厭氧發酵的溫度、對污水進行曝氣，或者向外部電網供電。
6.根據權利要求1所述的提高人工濕地在冬季運行效果的方法，其特征在于，發酵后產生的沼液直接與需要人工濕地處理的原水混合后通入人工濕地進行凈化 或者將沼液儲存在儲液池中，分批和原水混合后通入人工濕地進行凈化。
7.根據權利要求1所述的提高人工濕地在冬季運行效果的方法，其特征在于，發酵后產生的沼渣堆肥后作為有機肥料用于在人工濕地周圍培育景觀植物，以豐富人工濕地的景觀。
全文摘要
本發明屬于環境工程技術領域，具體為一種提高人工濕地冬季運行效果的方法。本發明包括在人工濕地中種植易于收獲的水生植物，在冬季時收獲人工濕地部分植物，用于厭氧發酵產生沼氣，再利用沼氣燃燒產生的熱能來增溫人工濕地植物根系附近的污水，提高根系周圍微生物種群的活性，以此來保持濕地在冬季低溫時的凈污能力。發酵產生的沼渣則進行堆肥后用作有機肥料培育濕地景觀植物。本發明方法的整個過程基本上沒有廢棄物的排放和二次污染，且具有建設投資少、處理效果好、運行費用低、管理簡單易行的優點。
文檔編號C05F5/00GK102381764SQ20111028716
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者李博, 王東, 聶耳, 鄭正, 顏誠 申請人:復旦大學