[发明专利]用于寒冷地区人工湿地的浅层地热自循环系统

说明书

本发明公开了一种用于寒冷地区人工湿地的浅层地热自循环系统，用于对人工湿地池内的水体进行加热，包括设置在地热层内的加热器、采暖设备、热水管、顺次连接的横向回水管和纵向回水管，其中热水管两端分别连通加热器的出口端和采暖设备的入口端，采暖设备设置在所述人工湿地池底，其出口端与横向回水管相通，横向回水管与纵向回水管设置在人工湿地池和地热层之间，纵向回水管连通加热器的回水端。本发明的优点是：可以利用浅层地热对人工湿地进行加热，无需动力设备，利用温度差实现自循环，结构简单，管理方便，运行费用低。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及在寒冷地区人工湿地中使用的地热循环系统。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，水环境污染问题越发突出，亟需对水环境进行整治处理，国家也加大了对水污染的治理力度。针对污水管网建设程度较低的地区以及国家对生态治理理念的重视，人工湿地越来越显示出其优势之处，被越来越多的推广和建设。人工湿地具有生态美观、能耗少、占地省、投资省、运行维护方便等优点，主要利用植物、微生物和基质共同发挥作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物分解和植物根系吸收等途径去除水中的悬浮物、有机物质和氮磷，在实际工程项目中已经积累了较为成熟的经验。然而，人工湿地运用受气候影响较大，在北方地区冬季温度低，处理效率大幅降低，也易结冰，导致人工湿地无法正常运行；此外，很多农村和偏远地区取电困难，难以管理，从而限制了人工湿地的运用。因此，亟需探索针对寒冷地区的新型人工湿地，以解决上述问题。

地热能是蕴藏在地球内部丰富的天然热能，具有清洁、稳定、高效、安全等优点，是我国大力研究和开发运用的天然环保热源，在节能减排、调整能源结构等方面发挥巨大作用，尤其在供暖领域，地热能将是未来主要的发展方向。

在中国专利文献CN 103936160 B中公开了一种利用恒流水泵将丰富的地热输送至保温湿地床，提高湿地床基质温度的方法，该方法虽能提高湿地床的温度，但需要设置水泵并消耗电能，在取电困难的偏远地区难以运用；此外，这种直接加热的方式使得地下水和人工湿地的水体有可能相互连接，易污染地下水。

在中国专利文献CN 212198706 U中公开了一种利用地热能直接热传导或者发电后再加热的方式对人工湿地的进水管道进行加热。该技术需要用到地热水蒸气，属于极高温度的地热资源，很难获取，而且能量转化过程多，利用效率势必较低，由于涉及高温能量，设备复杂，操作繁琐，造价高，运营管理麻烦。此外，多余的电能要存储也会在水资源保护区或自然保护区受到制约。

综上所见，目前这个领域的现有技术中存在以下问题：

1、大多需要浅层的高温地热，限制了技术的使用；

2、在提取地热能量方面，大多需要用到动力设备将地热热水抽取到地面，或者将热能转化为电能，再用电转化为热能，能量损失和消耗较为严重，运行成本会上升；

3、部分技术采用地热热水直接加热方式，容易造成地下水的污染，存在环境风险；

4、设备结构复杂，管理操作不便，造价和运行费用较高；

可见，在我国幅员辽阔的北方农村地区和自然保护区、水源保护地等地区，急需一种对地热资源要求不高、结构简单、无需外加能量、价格相对低廉、管理简单、对地下水和环境无污染的，能在冬季利用地热资源加热的人工湿地系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于寒冷地区人工湿地的浅层地热自循环系统，对地热资源要求不高，结构简单，无需外加能量，价格相对低廉，管理简单可靠，对环境和地下水无污染风险。