CN102381764B - 一种提高人工湿地冬季运行效果的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境工程技术领域，具体为一种提高人工湿地冬季运行效果的方法。本发明包括：在人工湿地中种植易于收获的水生植物，在冬季时收获人工湿地部分植物，用于厌氧发酵产生沼气，再利用沼气燃烧产生的热能来增温人工湿地植物根系附近的污水，提高根系周围微生物种群的活性，以此来保持湿地在冬季低温时的净污能力。发酵产生的沼渣则进行堆肥后用作有机肥料培育湿地景观植物。本发明方法的整个过程基本上没有废弃物的排放和二次污染，且具有建设投资少、处理效果好、运行费用低、管理简单易行的优点。

Description

一种提高人工湿地冬季运行效果的方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种提高人工湿地冬季运行效果的方法。
背景技术
人工湿地是人们对自然湿地的仿造和强化，其通过利用湿地填料的过滤作用，以及湿地植物本身和植物根系间微生物的一系列的物理、化学和生物反应来净化污水。人工湿地可以被用来处理生活污水、工业废水和农业废水等多种污染物，具有建设和运行成本低、处理效果好、操作简单、维护方便等优点。
湿地植被作为人工湿地核心之一，其生长状况将直接或间接影响人工湿地对污水的净化效果。气温对植被影响较大，冬季植被生长缓慢甚至枯萎，湿地植物根系间的微生物也因为温度较低而活性降低，这都使得人工湿地对污水中N、P等营养物质的吸收效果变差。特别是当人工湿地植物枯萎死亡后，其残体在人工湿地中腐烂分解，会使得人工湿地出水水质恶化；大颗粒的湿地植物腐殖质还会堵塞基础填料的空隙，使得人工湿地面临失效的危险。同时，原先生长在植物根系间的微生物也将因为失去良好的生物载体而无法发挥其对污水的净化效果。因此，在冬季如何维持人工湿地植物及其根系间微生物的温度，使得他们在冬季仍能够良好的生长，是突破人工湿地推广应用瓶颈的关键。
常用的人工湿地保温方式包括：把湿地植物收割后覆盖在湿地表层，以形成保温层；建造湿地保温壳覆盖住整个湿地表面；在湿地之上搭建类似温室的保温大棚。以上方法都有诸多的弊病：湿地植物收获后直接覆盖在湿地上，气温回升后若不及时移除则会因植物的腐烂分解而造成二次污染，影响出水水质；更严重的甚至会破坏湿地构造，大颗粒的湿地植物腐殖质会堵塞填料，使得人工湿地失效。如果按时移除覆盖的湿地植物，则会增加湿地的处理成本费用，削弱了湿地处理污水的经济性。建造保温壳和保温大棚则显著的增加了人工湿地的建设和管理维护成本，难以体现人工湿地处理污水的经济性。
人工湿地植物的特点是：生物量大，增殖速度极快；完全依赖污水中的N、P等营养元素，培育成本较低；纤维素和半纤维素含量较高，木质素含量较低。以上特点都使得人工湿地植物极为适合厌氧发酵产生沼气，把产生的沼气再用于人工湿地植物和根系微生物的保温上，则可以有效的提高人工湿地冬季的运行效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、效益好的提高人工湿地冬季运行效果的方法。
本发明提供的提高人工湿地冬季运行效果的方法，是利用人工湿地植物部分收获后厌氧发酵产生沼气，再利用沼气燃烧产生的热能来增温人工湿地植物根系附近的污水，从而提高人工湿地在冬季的污水处理效果。具体步骤如下：
（1）在人工湿地中种植易于收获的水生植物，如水葫芦、芦苇和黑麦草等；
（2）在冬季低温时，收获人工湿地中的部分植物，用于进行厌氧发酵，产生沼气；
（3）发酵产生的沼气作为燃料燃烧，加热流经人工湿地植物根系周围的污水，以此来提高人工湿地对于污水的净化能力；
（4）发酵后产生的沼液和人工湿地需要处理的原水混合后由人工湿地净化；
（5）将发酵后产生的沼渣经过堆肥制成有机肥料，变废为宝。
本发明中，收获人工湿地的植物的量要能保证厌氧发酵可以产生足够的沼气量，而保留的植物的量也要能维持一定的污水净化能力，一般控制收获量为总量的20％—50％，较好的比例为一半收获、一半保留。
本发明中，收获人工湿地的植物的种类要尽量选择易于厌氧发酵的植物，例如选取水葫芦、芦苇和大米草等易于收获的植物。收获时注意所选取的植物种类的配比，以调配发酵原料满足适合的厌氧发酵的碳氮比（C/N）（C/N满足(20~30):1，以保证厌氧发酵的顺利进行。 
本发明中，如果保留的人工湿地植物因为数量较少而难以达到预期的污水净化效果，可以再补种一些人工湿地植物。 
本发明中，发酵产生的沼气除可以直接作为燃料燃烧加热污水外，还可以用来发电，然后利用电能来灵活的加热污水；如电能有多余，也可以利用电能来维持厌氧发酵的温度、对污水进行曝气或者向外部电网供电。
本发明中，发酵后产生的沼液可以直接与需要人工湿地处理的原水混合后，通入人工湿地进行净化；或者为了减轻人工湿地的污染负荷，将沼液储存在储液池中，分批和原水混合后通入人工湿地进行净化。
本发明中，发酵后产生的沼渣可以堆肥后作为有机肥料，在人工湿地周围培育景观植物，以丰富人工湿地的景观，以提高整个湿地的环境和社会效益。
本发明的优点在于：
（1）本发明通过沼气燃烧，加热流经人工湿地植物根系周围的污水，提高了根系周围微生物的净污能力，从而很好的解决人工湿地在冬季处理效果差的问题。
（2）本发明一方面混合厌氧发酵产出沼气的原料来自于人工湿地自身生长的植物，节约了购买发酵原料的费用；另一方面，在冬季部分收获湿地植物，使得其不会在湿地中枯萎、死亡和腐烂，很好的避免了湿地植物二次污染和湿地堵塞的问题。
（3）本发明整个过程都体现了废弃物资源化循环利用的思想，基本上没有废弃物的排放和二次污染。发酵产生的沼液和需要处理的原水混合后排入湿地进行处理，发酵产生的沼渣则进行堆肥后用作有机肥料。
（4）本发明不仅有很好的环境效益，还有很好的社会效益。经过合理规划，利用沼渣制成有机肥料在湿地周边种植景观植物，可以把单纯的处理污水的人工湿地建设成为人工湿地公园。其在处理污水的同时也改善了湿地周边的生态环境，为人们提供了一个良好的休闲娱乐场所。
（5）本发明具有建设投资少、处理效果好、运行费用低、管理简单易行的优点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细的说明：
一种关于提高人工湿地在冬季运行效果的方法，其通过沼气燃烧加热流经人工湿地植物根系周围的污水，提高了根系周围微生物的净污能力，从而解决人工湿地在冬季处理效果差的问题。
以下为具体的步骤：
人工湿地中种植的是水葫芦，在冬季来临时收获一半。水葫芦破碎后与接种污泥按照1:1TS，在35℃条件下混合厌氧发酵产生沼气。发酵***采用常见的100m3发酵罐，一个批次历经80d产生沼气为1900m3，沼气的热值按照25MJ/m3计算，产生47500 MJ能量。在冬季厌氧发酵需要增温，按照混合发酵液温度为0℃，增温到发酵所需温度为35℃，发酵原料混合液的比热容4.2kJ/(kg                                                
Figure DEST_PATH_IMAGE001
℃)计算,在冬季发酵罐加热需要的热能为14700MJ。燃烧沼气产生的热能远大于维持发酵所需的热能，所以除去维持正常发酵所需要的热量外，还有32800 MJ的能量可以用来加热人工湿地植物根系周围的水。按照将水加热到20℃计算，这些能量可以加热水390吨，完全可以维持一般人工湿地在冬季的运行。
沼气供给能量加热湿地中配水管中的污水时，由于湿地植物根系周围污水的温度保持在了较高的水平，使得根系周围微生物的活性不会因为气温的降低而下降，最后人工湿地在冬季也取得了很好的净污效果。发酵产生的沼液和原水按照1:8--1:15体积比例（优选1:10）混合后排放到人工湿地中进行处理，出水水质良好。发酵产生的沼渣堆肥后制成有机肥料，其被用来在湿地周围栽种景观植物。

Claims (5)

1. 一种提高人工湿地冬季运行效果的方法，其特征在于具体步骤为：
（1）在人工湿地中种植易于收获的水生植物，所述水生植物包括水葫芦、芦苇和黑麦草；
（2）在冬季低温时，收获人工湿地中的部分植物，用于进行厌氧发酵，产生沼气；
（3）将发酵产生的沼气作为燃料燃烧，加热流经人工湿地植物根系周围的污水，以此来提高人工湿地对于污水的净化能力；
（4）发酵后产生的沼液和人工湿地需要处理的原水混合后由人工湿地净化；
（5）发酵后产生的沼渣经过堆肥制成有机肥料，变废为宝；
其中，所述收获人工湿地的植物的量为植物总量的20％—50％；
发酵后产生的沼液直接与需要人工湿地处理的原水混合后通入人工湿地进行净化；或者将沼液储存在储液池中，分批和原水混合后通入人工湿地进行净化。
2. 根据权利要求1所述的提高人工湿地在冬季运行效果的方法，其特征在于，收获人工湿地的植物选择易于厌氧发酵的植物，收获时注意所选取的植物种类的配比，调配发酵原料满足厌氧发酵的C/N为(20~30):1，以保证厌氧发酵的顺利进行。
3. 根据权利要求1所述的提高人工湿地在冬季运行效果的方法，其特征在于，当保留的人工湿地植物数量较少而难以达到预期的污水净化效果时，再补种一些人工湿地植物。
4. 根据权利要求1所述的提高人工湿地在冬季运行效果的方法，其特征在于，发酵产生的沼气除直接作为燃料燃烧加热污水外，还用来发电，然后利用电能来加热污水；如电能有多余，则利用电能来维持厌氧发酵的温度、对污水进行曝气，或者向外部电网供电。
5. 根据权利要求1所述的提高人工湿地在冬季运行效果的方法，其特征在于，发酵后产生的沼渣堆肥后作为有机肥料用于在人工湿地周围培育景观植物，以丰富人工湿地的景观。
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