CN117023829A - 一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统和方法，它涉及水环境治理及污水处理等技术领域。包括进水系统、好氧硝化系统、人工湿地系统、PLC系统和太阳能供电保温系统，所述进水系统通过第一阀门与好氧硝化系统相连，好氧硝化系统与人工湿地系统相连，好氧硝化系统和人工湿地系统均与PLC系统相连，太阳能供电保温系统分别与好氧硝化系统、人工湿地系统、PLC系统电连接。本发明摆脱低温对人工湿地脱氮、除磷的影响：在低温条件下，直接采用太阳能供电的加热装置对人工湿地系统及好氧硝化系统水体进行加热，通过温度控制系统将污水温度控制在合适温度（28‑30℃），摆脱了低温对人工湿地脱氮、除磷处理效果的影响。

Description

一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统和方法
技术领域
本发明涉及的是水环境治理及污水处理等技术领域，主要用于污水的脱氮、除磷，由于硫自养反硝化不消耗碳源，具体涉及一种低温条件下利用太阳能保温并强化人工湿地脱氮、除磷的系统和方法。
背景技术
人工湿地系统是通过对天然湿地系统进行了大量的研究调查及实验的基础上，开发出了的一种以污水净化、改善水质为目的的湿地，因其具有污水处理效果好、运行费用低、同时具备一定的生态性和经济性的特点，常用到黑臭水体治理以及污水处理或再生水利用等工程。但是，低温作为人工湿地在北方冬季的主要影响因素，导致冬季北方地区人工湿地脱氮、除磷效严重下降，限制了人工湿地在我国北方的大规模推广应用。因此，为了加快人工湿地的推广应用，必须解决人工湿地在北方冬季低温条件下的脱氮、除磷效果下降的问题。同时，人工湿地脱氮、除磷效果受到C/N的影响很大，也导致人工湿地处理不同碳氮比污水的应用中处理效果差异较大，受到很大限制。
为了弥补北方冬季低温条件下，人工湿地脱氮、除磷效果下降的缺陷，并摆脱人工湿地污水处理过程中受污水本身C/N限制，因此开发了一种低温条件下利用太阳能保温并强化人工湿地脱氮、除磷的系统和方法，对人工湿地在北方及低温地区的推广应用具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中人工湿地脱氮、除磷效果受低温、污水碳氮比等因素的影响，本发明目的是在于提供一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统和方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，包括进水系统、好氧硝化系统、人工湿地系统、PLC系统和太阳能供电保温系统，所述进水系统通过第一阀门与好氧硝化系统相连，好氧硝化系统与人工湿地系统相连，好氧硝化系统和人工湿地系统均与PLC系统相连，太阳能供电保温系统分别与好氧硝化系统、人工湿地系统、PLC系统电连接。
所述好氧硝化系统由好氧反应器、纳米曝气设备和碳纤维生态基浮岛组成，所述的纳米曝气设备与PLC系统相连接，所需电能由太阳能供电系统提供，用于向水体曝气供氧；所述碳纤维生态基浮岛位于好氧反应器中，由浮岛水生植物、浮体和碳纤维生态基组成；所述好氧反应器通过第二阀门与人工湿地系统相连。
所述人工湿地系统由过滤系统、潜流人工湿地系统和表流湿地系统组成，所述过滤系统通过第三阀门与潜流人工湿地系统相连接，用于去除污水中的悬浮物，防止人工湿地堵塞；所述潜流人工湿地系统由水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地组成，所述水平潜流人工湿地通过第四阀门与垂直潜流人工湿地相连通；所述潜流人工湿地系统通过第五阀门与表流人工湿地系统相连通，受污染水体经过表流人工湿地系统处理后，根据需要进行排放，所述表流人工湿地系统排放口设有第六阀门。
所述PLC系统由信号采集系统和PLC控制系统构成，所述信号采集系统由进水控制液位计、出水控制液位计、好氧硝化系统溶解氧探头和好氧硝化系统温度探头、水平潜流人工湿地温度探头和垂直潜流湿地温度探头组成；所述PLC控制系统由溶解氧监测模块、定时模块、温度控制模块、水泵控制模块组成，所述温度控制模块由好氧硝化系统温度控制模块、水平潜流人工湿地温度控制模块和垂直潜流人工湿地温度控制模块组成，所述温度控制模块接收到信号采集系统反馈的温度信号数据后，好氧硝化系统温度控制模块、水平潜流人工湿地温度控制模块和垂直潜流人工湿地温度控制模块分别控制好氧硝化系统加热装置、水平潜流湿地加热装置和垂直潜流湿地加热装置，将好氧硝化池、水平潜流湿地和垂直潜流湿地中的水体温度控制在适宜温度；所述水泵控制模块通过进水控制液位计和出水控制液位计反馈的信号控制进水提升泵和过滤水泵的启停。
所述太阳能供电保温系统由太阳能供电系统和加热系统组成，所述太阳能供电系统由太阳能光伏板、和蓄电池组、太阳能充放电控制器、逆变器组成，所述逆变器分别与纳米曝气设备、加热系统、PLC系统相连接；所述加热系统由好氧硝化系统加热装置，水平潜流湿地加热装置和垂直潜流湿地加热装置组成，分别位于好氧硝化池底部、水平潜流湿地加热层和垂直潜流湿地加热层中。
作为优选，污水通过进水提升泵进入好氧硝化系统，达到进水预定液位后，水泵控制模块接收到进水控制液位计反馈的信号后，控制进水提升泵停止向好氧硝化池泵水，所述纳米曝气设备对好氧硝化池污水进行曝气，达到预设曝气时长后，纳米曝气设备停止曝气，所述曝气设备的曝气时间由PLC系统中的定时模块控制；停止曝气后，好氧硝化池中的受污染水体进入溶解氧消耗阶段，达到预设时间后，完成好氧硝化过程，然后水泵控制模块控制过滤水泵向过滤系统泵水，当好氧硝化池水体下降至出水预定液位后，水泵控制模块根据出水控制液位计反馈的液位信号控制过滤水泵停止泵水，完成一次进水过程；当过滤水泵停止泵水后，PLC系统中的水泵控制模块控制进水提升泵再次向好氧硝化池泵水，并循环上述好氧硝化系统的进出水过程。
作为优选，在冬季低温条件下受污染水体进入该系统后，通过太阳能供电的加热装置对好氧硝化系统及人工湿地系统的水体进行加热，所述太阳能供电加热系统采用太阳能供电系统与加热系统直接连接，直接通过太阳能供电加热的方式对低温污水进行加热，使水体温度保持在℃，适用于冬季低温及寒冷地区，避免出现因低温造成人工湿地对污水脱氮除、磷效果降低的现象，强化冬季人工湿地系统的脱氮、除磷效果。
作为优选，所述水平潜流人工湿地由配水区、集水区、水平潜流填料层、第一上覆层、第一水生植物和水平潜流湿地加热层组成，所述水平潜流湿地加热层与配水区相连通，水平潜流湿地加热层上方依次设有第一隔离网和第一支撑结构，位于水平潜流湿地最底层；第一支撑结构上方为水平潜流填料层，所述水平潜流填料层分为4层，分别是粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的进水层，粒径为10-20mm的黄铁矿和火山岩组成的粗过滤层，粒径为5-10mm的黄铁矿和火山岩组成的细过滤层，以及粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的出水层；所述垂直潜流湿地由垂直潜流湿地加热层、垂直潜流填料层、第二上覆层和第二水生植物组成，所述垂直潜流湿地加热层与垂直潜流填料层相连通，中间设有第二支撑结构与第二隔离网，位于垂直潜流湿地最下层；所述填料层共分为4层，分别是粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的第四层，粒径为10-20mm的黄铁矿和火山岩组成的第三层，粒径为10-20mm的黄铁矿和石灰石组成的第二层，以及粒径为5-10mm的石灰石和黄铁矿组成的第一层。
作为优选，受污染水体完成好氧硝化过程后，由过滤水泵泵入过滤系统，去除水体中的悬浮物，然后进入人工湿地地系统，完成受污染水体的脱氮、除磷过程。该系统中好氧硝化系统的水力停留时间与人工湿地系统整体水力停留时间一致，保障人工湿地系统不会出现缺水状态；所述人工湿地系统脱氮采用硫自养反硝化方式，不需要消耗碳源，对低C/N污水的脱氮具有良好的效果。
作为优选，所述人工湿地系统中的水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿单独使用或组合使用。
作为优选，所述PLC系统具有可视化功能，可以实时可视化监测好氧硝化系统中的DO值、温度以及人工湿地中的水体温度。
一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的方法，包括以下步骤：
S1：在低温条件下，污水首先进入好氧硝化系统，加热系统将水体温度控制在20-30℃，确保好氧硝化系统在低温条件下正常运行，碳纤维生物膜中的微生物生长代谢会消耗水体中的有机物，去除水体中的COD；微生物膜中的硝化细菌将污水中的氨氮转化为硝酸盐氮，并达到去除氨氮的目的；
S2：污水进入过滤系统，经过过滤系统处理后，去除水体中的SS，防止人工湿地堵塞，同时也去除部分的TP及有机物；
S3：污水经过过滤系统后进入人工湿地系统，在低温条件下，加热系统将水体温度控制在20-30℃，确保人工湿地系统正常运行，硫自养反硝化细菌利用人工湿地填料中的黄铁矿中所含的硫化铁将硝酸盐氮转化为氮气，同时生成硫酸根离子和二价铁离子，因为二价铁离子部分氧化为三价铁离子，所以污水中的磷酸盐与二价铁离子和三价铁离子生成磷酸亚铁沉淀和磷酸铁沉淀，从而去除水体中的磷酸盐，完成同步脱氮、除磷过程。
作为优选，湿地填料中的石灰石去除硫自养反硝化脱氮过程中产生的H+，保持水体呈中性，避免pH过低造成亚硝酸盐积累抑制自养反硝化；石灰石和H+反应产生的钙离子和磷酸根生成磷酸钙沉淀，从而进一步去除水体中的磷酸盐。
本发明具有以下有益效果：
1、摆脱低温对人工湿地脱氮、除磷的影响：在低温条件下，直接采用太阳能供电的加热装置对人工湿地系统及好氧硝化系统水体进行加热，通过温度控制系统将污水温度控制在合适温度（28-30℃），摆脱了低温对人工湿地脱氮、除磷处理效果的影响。
2、强化脱氮、除磷效果：污水首先进入好氧硝化池，通过纳米曝气耦合碳纤维生态基浮岛的技术强化氨氮硝化效果；然后污水进入人工湿地系统，硫自养反硝化细菌利用人工湿地填料中的硫化铁将好氧硝化生成的硝酸盐氮转化为氮气。自养反硝化脱氮不消耗碳源，不受污水碳氮比的影响，在同等条件下反硝化系统启动后脱氮效相对于传统反硝化具有更高的脱氮效率。硫自养反硝化同时生成二价铁离子和氢离子，除人工湿地填料中石灰石、火山岩对磷酸盐的吸附作用外，铁离子和水体中的磷酸盐生成磷酸铁和磷酸盐铁沉淀，去除水体中的磷酸盐，氢离子和石灰石反应生成的钙离子和磷酸盐生成磷酸钙沉淀，进一步去除水体中的磷酸盐，强化除磷效果。
3、相对于传统太阳能加热更加高效：本方案对污水的加热方式为太阳能供电加热，加热装置至于水体中，对污水进行电加热，通过温度控制系统控制水体温度，相对传统太阳能热水管道加热的方式更加高效。
4、太阳能投资及运行费用低，清洁无污染：本方案人工湿地加热系统采用太阳能供电，投资费用较低，太阳能供电的运行维护费用相对传统供电方式具有明显优势，而且太阳能是清洁、无污染的清洁能源。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的水平潜流人工湿地示意图；
图3为本发明的垂直潜流人工湿地示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-3，本具体实施方式采用以下技术方案：一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，包括进水系统1、好氧硝化系统2、人工湿地系统3、PLC系统7和太阳能供电保温系统，所述进水系统1通过第一阀门1-4与好氧硝化系统2相连，好氧硝化系统2与人工湿地系统3相连，好氧硝化系统2和人工湿地系统3均与PLC系统7相连，太阳能供电保温系统分别与好氧硝化系统2、人工湿地系统3、PLC系统7电连接。所述好氧硝化系统2由好氧反应器2-1、纳米曝气设备2-6和碳纤维生态基浮岛组成，所述的纳米曝气设备2-6与PLC系统7相连接，所需电能由太阳能供电系统8提供，用于向水体曝气供氧；所述碳纤维生态基浮岛位于好氧反应器2-1中，由浮岛水生植物2-2、浮体2-3和碳纤维生态基2-4组成；所述好氧反应器2-1通过第二阀门2-5与人工湿地系统3相连。所述人工湿地系统3由过滤系统3-1、潜流人工湿地系统和表流湿地系统6组成，所述过滤系统3-1通过第三阀门3-2与潜流人工湿地系统相连接，用于去除污水中的悬浮物，防止人工湿地堵塞；所述潜流人工湿地系统由水平潜流人工湿地4和垂直潜流人工湿地5组成，所述水平潜流人工湿地4通过第四阀门3-3与垂直潜流人工湿地5相连通；所述潜流人工湿地系统通过第五阀门3-4与表流人工湿地系统6相连通，受污染水体经过表流人工湿地系统6处理后，根据需要进行排放，所述表流人工湿地系统6排放口设有第六阀门3-5。所述PLC系统7由信号采集系统和PLC控制系统构成，所述信号采集系统由进水控制液位计7-7、出水控制液位计7-9、好氧硝化系统溶解氧探头7-8和好氧硝化系统温度探头7-10、水平潜流人工湿地温度探头7-11和垂直潜流湿地温度探头7-12组成；所述PLC控制系统由溶解氧监测模块7-1、定时模块7-2、温度控制模块、水泵控制模块7-6组成，所述温度控制模块由好氧硝化系统温度控制模块7-3、水平潜流人工湿地温度控制模块7-4和垂直潜流人工湿地温度控制模块7-5组成，所述温度控制模块接收到信号采集系统反馈的温度信号数据后，好氧硝化系统温度控制模块7-3、水平潜流人工湿地温度控制模块7-4和垂直潜流人工湿地温度控制模块7-5分别控制好氧硝化系统加热装置9-1、水平潜流湿地加热装置9-2和垂直潜流湿地加热装置9-3，将好氧硝化池2-1、水平潜流湿地4和垂直潜流湿地5中的水体温度控制在适宜温度；所述水泵控制模块7-6通过进水控制液位计7-7和出水控制液位计7-9反馈的信号控制进水提升泵1-3和过滤水泵2-8的启停。所述太阳能供电保温系统由太阳能供电系统8和加热系统组成，所述太阳能供电系统由太阳能光伏板8-1、和蓄电池组8-2、太阳能充放电控制器8-3、逆变器8-4组成，所述逆变器8-3分别与纳米曝气设备2-6、加热系统、PLC系统7相连接；所述加热系统由好氧硝化系统加热装置9-1，水平潜流湿地加热装置9-2和垂直潜流湿地加热装置9-3组成，分别位于好氧硝化池2-1底部、水平潜流湿地加热层4-8和垂直潜流湿地加热层5-7中。
值得注意的是，污水通过进水提升泵1-3进入好氧硝化系统2，达到进水预定液位后，水泵控制模块7-6接收到进水控制液位计7-7反馈的信号后，控制进水提升泵1-3停止向好氧硝化池2-1泵水，所述纳米曝气设备2-6对好氧硝化池2-1污水进行曝气，达到预设曝气时长后，纳米曝气设备2-6停止曝气，所述曝气设备的曝气时间由PLC系统7中的定时模块7-2控制；停止曝气后，好氧硝化池2-1中的受污染水体进入溶解氧消耗阶段，达到预设时间后，完成好氧硝化过程，然后水泵控制模块7-6控制过滤水泵2-8向过滤系统3-1泵水，当好氧硝化池2-1水体下降至出水预定液位后，水泵控制模块7-6根据出水控制液位计7-9反馈的液位信号控制过滤水泵2-8停止泵水，完成一次进水过程；当过滤水泵2-8停止泵水后，PLC系统7中的水泵控制模块7-6控制进水提升泵1-3再次向好氧硝化池2-1泵水，并循环上述好氧硝化系统2的进出水过程。
值得注意的是，在冬季低温条件下受污染水体进入该系统后，通过太阳能供电的加热装置对好氧硝化系统2及人工湿地系统3的水体进行加热，所述太阳能供电加热系统采用太阳能供电系统8与加热系统直接连接，直接通过太阳能供电加热的方式对低温污水进行加热，相对于传统太阳能水循环间接加热更加高效，可以使水体温度保持在合适温度（28-30℃），适用于冬季低温及寒冷地区，避免出现因低温造成人工湿地对污水脱氮除、磷效果降低的现象，强化冬季人工湿地系统的脱氮、除磷效果。
值得注意的是，所述水平潜流人工湿地4由配水区4-2、集水区4-7、水平潜流填料层、第一上覆层4-9、第一水生植物4-1和水平潜流湿地加热层4-8组成，所述水平潜流湿地加热层4-8与配水区4-2相连通，水平潜流湿地加热层4-8上方依次设有第一隔离网4-10和第一支撑结构4-11，位于水平潜流湿地最底层；第一支撑结构4-11上方为水平潜流填料层，所述水平潜流填料层分为4层，分别是粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的进水层4-3，粒径为10-20mm的黄铁矿和火山岩组成的粗过滤层4-4，粒径为5-10mm的黄铁矿和火山岩组成的细过滤层4-5，以及粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的出水层4-6；所述垂直潜流湿地5由垂直潜流湿地加热层5-7、垂直潜流填料层、第二上覆层5-2和第二水生植物5-1组成，所述垂直潜流湿地加热层5-7与垂直潜流填料层相连通，中间设有第二支撑结构5-8与第二隔离网5-9，位于垂直潜流湿地最下层；所述填料层共分为4层，分别是粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的第四层5-6，粒径为10-20mm的黄铁矿和火山岩组成的第三层5-5，粒径为10-20mm的黄铁矿和石灰石组成的第二层5-4，以及粒径为5-10mm的石灰石和黄铁矿组成的第一层5-3。
值得注意的是，受污染水体完成好氧硝化过程后，由过滤水泵2-8泵入过滤系统，去除水体中的悬浮物，然后进入人工湿地地系统，完成受污染水体的脱氮、除磷过程。该系统中好氧硝化系统2的水力停留时间与人工湿地系统整体水力停留时间一致，保障人工湿地系统3不会出现缺水状态；所述人工湿地系统3脱氮采用硫自养反硝化方式，不需要消耗碳源，对低C/N污水的脱氮具有良好的效果。
值得注意的是，所述人工湿地系统中的水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿既可以单独使用，也可以按照需求进行组合使用。
值得注意的是，所述PLC系统7具有可视化功能，可以实时可视化监测好氧硝化系统中的DO值、温度以及人工湿地中的水体温度。
一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的方法，包括以下步骤：
S1：在低温条件下，污水首先进入好氧硝化系统，加热系统将水体温度控制在20-30℃，确保好氧硝化系统在低温条件下正常运行，碳纤维生物膜中的微生物生长代谢会消耗水体中的有机物，去除水体中的COD；微生物膜中的硝化细菌将污水中的氨氮转化为硝酸盐氮，并达到去除氨氮的目的；
S2：污水进入过滤系统，经过过滤系统处理后，主要去除水体中的SS，防止人工湿地堵塞，同时也可以去除部分的TP及有机物；
S3：污水经过过滤系统后进入人工湿地系统，在低温条件下，加热系统将水体温度控制在20-30℃，确保人工湿地系统正常运行，硫自养反硝化细菌利用人工湿地填料中的黄铁矿中所含的硫化铁将硝酸盐氮转化为氮气，同时生成硫酸根离子和二价铁离子，因为二价铁离子部分氧化为三价铁离子，所以污水中的磷酸盐与二价铁离子和三价铁离子可以生成磷酸亚铁沉淀和磷酸铁沉淀，从而去除水体中的磷酸盐，完成同步脱氮、除磷过程。
此外，湿地填料中的石灰石可以去除硫自养反硝化脱氮过程中产生的H+，保持水体呈中性，避免pH过低造成亚硝酸盐积累抑制自养反硝化；石灰石和H+反应产生的钙离子可以和磷酸根生成磷酸钙沉淀，从而进一步去除水体中的磷酸盐。
本具体实施方式适用于不同碳氮比的水体，如河道、湖泊、景观水体、农村污水及污水处理厂尾水的再生利用处理，本发明摆脱低温对人工湿地脱氮、除磷的影响：在低温条件下，直接采用太阳能供电的加热装置对人工湿地系统及好氧硝化系统水体进行加热，通过温度控制系统将污水温度控制在合适温度（28-30℃），摆脱了低温对人工湿地脱氮、除磷处理效果的影响。对污水的加热方式为太阳能供电加热，加热装置至于水体中，对污水进行电加热，通过温度控制系统控制水体温度，相对传统太阳能热水管道加热的方式更加高效。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，其特征在于，包括进水系统(1)、好氧硝化系统(2)、人工湿地系统(3)、PLC系统(7)和太阳能供电保温系统，所述进水系统(1)通过第一阀门(1-4)与好氧硝化系统(2)相连，好氧硝化系统(2)与人工湿地系统(3)相连，好氧硝化系统(2)和人工湿地系统(3)均与PLC系统(7)相连，太阳能供电保温系统分别与好氧硝化系统(2)、人工湿地系统(3)、PLC系统(7)电连接；
所述好氧硝化系统(2)由好氧反应器(2-1)、纳米曝气设备(2-6)和碳纤维生态基浮岛组成，所述的纳米曝气设备(2-6)与PLC系统(7)相连接，所需电能由太阳能供电系统(8)提供，用于向水体曝气供氧；所述碳纤维生态基浮岛位于好氧反应器(2-1)中，由浮岛水生植物(2-2)、浮体(2-3)和碳纤维生态基(2-4)组成；所述好氧反应器(2-1)通过第二阀门(2-5)与人工湿地系统(3)相连；
所述人工湿地系统(3)由过滤系统(3-1)、潜流人工湿地系统和表流湿地系统(6)组成，所述过滤系统(3-1)通过第三阀门(3-2)与潜流人工湿地系统相连接，用于去除污水中的悬浮物，防止人工湿地堵塞；所述潜流人工湿地系统由水平潜流人工湿地(4)和垂直潜流人工湿地(5)组成，所述水平潜流人工湿地(4)通过第四阀门(3-3)与垂直潜流人工湿地(5)相连通；所述潜流人工湿地系统通过第五阀门(3-4)与表流人工湿地系统(6)相连通，受污染水体经过表流人工湿地系统(6)处理后，根据需要进行排放，所述表流人工湿地系统(6)排放口设有第六阀门(3-5)；
所述PLC系统(7)由信号采集系统和PLC控制系统构成，所述信号采集系统由进水控制液位计(7-7)、出水控制液位计(7-9)、好氧硝化系统溶解氧探头(7-8)和好氧硝化系统温度探头(7-10)、水平潜流人工湿地温度探头(7-11)和垂直潜流湿地温度探头(7-12)组成；所述PLC控制系统由溶解氧监测模块(7-1)、定时模块(7-2)、温度控制模块、水泵控制模块(7-6)组成，所述温度控制模块由好氧硝化系统温度控制模块(7-3)、水平潜流人工湿地温度控制模块(7-4)和垂直潜流人工湿地温度控制模块(7-5)组成，所述温度控制模块接收到信号采集系统反馈的温度信号数据后，好氧硝化系统温度控制模块(7-3)、水平潜流人工湿地温度控制模块(7-4)和垂直潜流人工湿地温度控制模块(7-5)分别控制好氧硝化系统加热装置(9-1)、水平潜流湿地加热装置(9-2)和垂直潜流湿地加热装置(9-3)，将好氧硝化池(2-1)、水平潜流湿地(4)和垂直潜流湿地(5)中的水体温度控制在适宜温度；所述水泵控制模块(7-6)通过进水控制液位计(7-7)和出水控制液位计(7-9)反馈的信号控制进水提升泵(1-3)和过滤水泵(2-8)的启停；
所述太阳能供电保温系统由太阳能供电系统8)和加热系统组成，所述太阳能供电系统由太阳能光伏板(8-1)、和蓄电池组(8-2)、太阳能充放电控制器(8-3)、逆变器(8-4)组成，所述逆变器(8-3)分别与纳米曝气设备(2-6)、加热系统、PLC系统(7)相连接；所述加热系统由好氧硝化系统加热装置(9-1)，水平潜流湿地加热装置(9-2)和垂直潜流湿地加热装置(9-3)组成，分别位于好氧硝化池(2-1)底部、水平潜流湿地加热层(4-8)和垂直潜流湿地加热层(5-7)中。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，其特征在于，污水通过进水提升泵(1-3)进入好氧硝化系统(2)，达到进水预定液位后，水泵控制模块(7-6)接收到进水控制液位计(7-7)反馈的信号后，控制进水提升泵(1-3)停止向好氧硝化池(2-1)泵水，所述纳米曝气设备(2-6)对好氧硝化池(2-1)污水进行曝气，达到预设曝气时长后，纳米曝气设备(2-6)停止曝气，所述曝气设备的曝气时间由PLC系统(7)中的定时模块(7-2)控制；停止曝气后，好氧硝化池(2-1)中的受污染水体进入溶解氧消耗阶段，达到预设时间后，完成好氧硝化过程，然后水泵控制模块(7-6)控制过滤水泵(2-8)向过滤系统(3-1)泵水，当好氧硝化池(2-1)水体下降至出水预定液位后，水泵控制模块(7-6)根据出水控制液位计(7-9)反馈的液位信号控制过滤水泵(2-8)停止泵水，完成一次进水过程；当过滤水泵(2-8)停止泵水后，PLC系统(7)中的水泵控制模块(7-6)控制进水提升泵(1-3)再次向好氧硝化池(2-1)泵水，并循环上述好氧硝化系统(2)的进出水过程。
3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，其特征在于，在冬季低温条件下受污染水体进入该系统后，通过太阳能供电的加热装置对好氧硝化系统(2)及人工湿地系统(3)的水体进行加热，所述太阳能供电加热系统采用太阳能供电系统(8)与加热系统直接连接，直接通过太阳能供电加热的方式对低温污水进行加热，使水体温度保持在28-30℃，适用于冬季低温及寒冷地区，避免出现因低温造成人工湿地对污水脱氮除、磷效果降低的现象，强化冬季人工湿地系统的脱氮、除磷效果。
4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，其特征在于，所述水平潜流人工湿地(4)由配水区(4-2)、集水区(4-7)、水平潜流填料层、第一上覆层(4-9)、第一水生植物(4-1)和水平潜流湿地加热层(4-8)组成，所述水平潜流湿地加热层(4-8)与配水区(4-2)相连通，水平潜流湿地加热层(4-8)上方依次设有第一隔离网(4-10)和第一支撑结构(4-11)，位于水平潜流湿地最底层；第一支撑结构(4-11)上方为水平潜流填料层，所述水平潜流填料层分为4层，分别是粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的进水层(4-3)，粒径为10-20mm的黄铁矿和火山岩组成的粗过滤层(4-4)，粒径为5-10mm的黄铁矿和火山岩组成的细过滤层(4-5)，以及粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的出水层(4-6)；所述垂直潜流湿地(5)由垂直潜流湿地加热层(5-7)、垂直潜流填料层、第二上覆层(5-2)和第二水生植物(5-1)组成，所述垂直潜流湿地加热层(5-7)与垂直潜流填料层相连通，中间设有第二支撑结构(5-8)与第二隔离网(5-9)，位于垂直潜流湿地最下层；所述填料层共分为4层，分别是粒径为20-40mm的石灰石和黄铁矿组成的第四层(5-6)，粒径为10-20mm的黄铁矿和火山岩组成的第三层(5-5)，粒径为10-20mm的黄铁矿和石灰石组成的第二层(5-4)，以及粒径为5-10mm的石灰石和黄铁矿组成的第一层(5-3)。
5.根据权利要求1所述的一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，其特征在于，受污染水体完成好氧硝化过程后，由过滤水泵(2-8)泵入过滤系统，去除水体中的悬浮物，然后进入人工湿地地系统，完成受污染水体的脱氮、除磷过程；该系统中好氧硝化系统(2)的水力停留时间与人工湿地系统整体水力停留时间一致，保障人工湿地系统(3)不会出现缺水状态；所述人工湿地系统(3)脱氮采用硫自养反硝化方式，不需要消耗碳源，对低C/N污水的脱氮具有良好的效果。
6.根据权利要求1所述的一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，其特征在于，所述人工湿地系统中的水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿单独使用或组合使用。
7.根据权利要求1所述的一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的系统，其特征在于，所述PLC系统(7)具有可视化功能，可以实时可视化监测好氧硝化系统中的DO值、温度以及人工湿地中的水体温度。
8.一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)：在低温条件下，污水首先进入好氧硝化系统，加热系统将水体温度控制在20-30℃，确保好氧硝化系统在低温条件下正常运行，碳纤维生物膜中的微生物生长代谢会消耗水体中的有机物，去除水体中的COD；微生物膜中的硝化细菌将污水中的氨氮转化为硝酸盐氮，并达到去除氨氮的目的；
(S2)：污水进入过滤系统，经过过滤系统处理后，去除水体中的SS，防止人工湿地堵塞，同时也去除部分的TP及有机物；
(S3)：污水经过过滤系统后进入人工湿地系统，在低温条件下，加热系统将水体温度控制在20-30℃，确保人工湿地系统正常运行，硫自养反硝化细菌利用人工湿地填料中的黄铁矿中所含的硫化铁将硝酸盐氮转化为氮气，同时生成硫酸根离子和二价铁离子，因为二价铁离子部分氧化为三价铁离子，所以污水中的磷酸盐与二价铁离子和三价铁离子生成磷酸亚铁沉淀和磷酸铁沉淀，从而去除水体中的磷酸盐，完成同步脱氮、除磷过程。
9.根据权利要求8所述的一种利用太阳能保温强化冬季人工湿地脱氮的方法，其特征在于，湿地填料中的石灰石去除硫自养反硝化脱氮过程中产生的H+，保持水体呈中性，避免pH过低造成亚硝酸盐积累抑制自养反硝化；石灰石和H+反应产生的钙离子和磷酸根生成磷酸钙沉淀，从而进一步去除水体中的磷酸盐。
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