人工湿地水质净化工程技术指南.docx

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人工湿地水质净化工程技术指南

人工湿地水质净化工程技术指南

（征求意见稿）

编制说明

《人工湿地水质净化工程技术指南》编制组

二〇一九年十月

项目名称：

人工湿地水质净化工程技术指南

项目统一编号：

本规范起草单位：

河北省环境工程评估中心、北京科技大学。

本规范主要起草人员：

本规范主要审查人员：

1项目背景

1.1项目来源

自19世纪80年代以来，我国人工湿地发展经历了研究与探索、应用和提升阶段，如今，人工湿地技术在生活污水、养殖废水、工业废水、农业退水、河水、黑臭水体等领域已经得到了广泛的应用。

为了推广和规范该技术，2009年及2010年住建部和环保部分别发布了人工湿地相关技术规范。

因此，在人工湿地的设计、运行与管理方面积累了一定的经验。

为深入推进水污染防治,打好碧水保卫战,我省水污染防治工作领导小组办公室组织制定了《河北省碧水保卫战三年行动计划（２０１８－２０２０年）》，明确以水环境质量改善为核心,着力开展八大专项行动,多次提出实施人工湿地工程建设，以保持优良水质不退化，不达标控制单元确保水质按期达标：

其中“大运河生态带”中要求“以卫运河、南运河、北运河等重污染河流为靶向,加快实施人工湿地建设等治理项目,加强生态流量保障工程建设”，“（三）河流湖库流域综合治理专项行动——修复水生态空间”中提出“实施生态缓冲带保护修复工程、人工湿地工程建设”，“水质达到或优于Ⅲ类的控制单元,要加大保护力度，针对性实施人工湿地和初期雨水收集处理等工程,进一步削减入河（湖）污染负荷,保持优良水质不退化;全力推进滹沱河、龙河、凤河、沧浪渠、滏阳河等重污染河流（河段）环境治理攻坚,强化污染源头治理……人工湿地建设等措施,确保水质按期达标”等。

我省《关于白洋淀生态环境治理和保护意见》中提出：

（1）安装傍水村庭院式人工湿地污水处理系统，

（2）开展河流湿地建设，优先启动府河、漕河、瀑河、萍河、唐河、孝义河、潴龙河等汇入雄安新区前，在行洪范围外生态湿地项目建设。

此外，河北省已发布《大清河流域水污染物排放标准》（DB13/2795-2018）、《子牙河流域水污染物排放标准》（DB13/2796-2018）、《黑龙港及运东流域水污染物排放标准》（DB13/2797-2018）三部地方标准。

这些都对流域水污染防治提出新要求，更是为水质净化提出了新挑战，也推动了人工湿地技术的应用。

因此，在已有的地方经验基础上，以国家行业标准为依托，因地制宜的制定河北省人工湿地水质净化工程技术指南具有重要意义。

1.2工作过程

1.2.1现状调研

标准编制组于2019年7-8月赴本省和外省进行调研考察，考察内容为采用人工湿地技术的污水处理、河道治理等生态工程，调查包括项目建设前环境影响评价工作的实施情况，项目工艺参数如处理水量、湿地类型、填料选择、植物栽种等，项目施工过程中构筑物的主要技术指标，如坡度、补水管、排水管的布置等，项目竣工的验收程序及环境影响相关的主要技术指标。

与项目运行方调研建设后湿地工程的运行情况、进出水水质指标、各运行单元的去除率，运行维护中的关键要点及维护状况。

在调研过程中，标准编制组还与项目设计、施工相关方代表进行了交流，广泛听取了各方面代表和专家的建议和意见。

1.2.2资料收集与整理

标准编制组收集了北京、山东等部分省份人工湿地设计、竣工验收相关标准，收集查阅了泰国、德国等国外发达国家生态工程相关标准。

结合所调研的正在施行湿地工程的在线监测数据，基本掌握了人工湿地技术的主要工艺流程、污染物净化特点及运行管理现状等，为标准的起草奠定了基础。

1.2.3标准制订

在上述工作的基础上，标准编制组通过研究人工湿地的主要工艺设计、净化效率、运行管理维护、竣工验收等主要关键环节，并参考国内外相关排放标准及国内外现有的最佳实用工艺，确定了标准建议参数。

2019年10月，标准编制组完成《人工湿地水质净化工程技术指南（征求意见稿）》和编制说明。

2标准编制研究

2.1已有标准现状

2.1.1现行人工湿地相关标准

我国已发布的人工湿地相关导则、规程和规范以及发布机构和发布时间如下表所示。

表1我国目前已发布施行的标准

发布年份

发布机构

适用水体

标准名

2009

住建部

生活污水、二级出水及其他类似性质出水

RISN-TG006-2009人工湿地污水处理技术导则

2010

环保部

HJ2005-2010人工湿地污水处理工程技术规范

2011

宁夏自治区质监局

DB64/T699-2011农村生活污水处理技术规范

2012

上海市建设交通委

DG/TJ082100-2012人工湿地污水处理技术规程

2012

浙江省质监局

DB33/T868-2012农村生活污水处理技术规范

2014

江苏省住建厅

DGJ32/TJ168-2014有机填料型人工湿地污水处理技术规程

2015

青海省质监局和环保厅

DB63/T1350-2015河湟谷地人工湿地污水处理技术规范

2016

北京市质监局

DB11/T1376-2016农村生活污水人工湿地处理工程技术规范

2019

天津市住建部

DB/T29-259-2019天津市人工湿地污水处理技术规程

2017

广东省质监局

DB44/T1995-2017水解酸化-人工湿地无动力污水处理工程技术规范

2010

云南省质监局

低浓度污水

DB53/T306-2010高原湖泊区域人工湿地技术规范

2018

山东省质监局

微污染水体

DB37/T3394-2018人工湿地水质净化工程技术指南

从表1可见，我国最早的人工湿地相关技术标准是于2009年由住建部标准定额研究所组织编制并发布的。

近年来发布的标准包括天津市人工湿地技术规程、山东省人工湿地技术指南和广东省人工湿地技术规范。

广东省人工湿地技术规范只含有水平流湿地的设计，并不包括垂直流湿地的设计，山东省人工湿地技术指南将潜流湿地不作区分，统一推荐设计参数。

青海省人工湿地技术标准内容主要是针对复合潜流湿地设计推荐的设计参数。

按地区看，华东地区的标准最多，包括山东人工湿地技术指南、江苏人工湿地技术规程、上海人工湿地技术规程等，华南地区有广东人工湿地技术规范，华北地区有北京人工湿地技术规范和天津人工湿地技术规程，西南地区有云南人工湿地技术规范，西北地区有青海人工湿地技术规范和宁夏自治区人工湿地技术规范。

2.1.2现行人工湿地相关标准人工湿地设计参数分析

表2、表3、表5、表6和表7列出了各个技术标准中垂直流人工湿地和水平流人工湿地的设计参数，可以看到水平流人工湿地和垂直流人工湿地设计指标有悬浮物SS浓度、CODCr负荷、BOD5负荷、水力负荷、水力停留时间、床体深度、核心处理层厚度和核心层粒径范围。

CODCr负荷、BOD5负荷指的是单位面积人工湿地可削减的有机污染物质量，常用于计算人工湿地床体面积。

水力负荷指单位时间单位面积人工湿地接纳的污水量。

水力停留时间指水在人工湿地处理区总容积内的平均停留时间。

表9统计了各个技术标准对植物种类选用、种植密度和种植时间的要求。

人工湿地工程设计主要是面积设计计算，但是要保证良好的处理能力，湿地系统的设计深度、填料性质和粒径、植物种类等因素也非常重要。

一、人工湿地负荷设计：

1.进水SS指标和有机污染负荷指标

悬浮物SS会在湿地基质的空隙中积累，为了保证湿地正常运行，必须控制进水SS浓度。

污染负荷指标通常有CODCr负荷（有机负荷）、BOD5负荷（有机负荷）和其他污染（氨氮、总氮和总磷）负荷。

如表2所示，北京规范、浙江规范和山东指南中没有对潜流人工湿地的进水SS浓度做出规定，云南规范的SS浓度最高限值为400mg/L，明显高于其他标准，这与表7中其较大的基质粒径范围对应。

环保部规范和广东规范对水平流人工湿地的进水SS浓度要求值最低，为60mg/L。

表2各标准对潜流人工湿地进水SS浓度的限值

各标准对潜流人工湿地进水SS浓度的限值（单位：

mg/L）

环保部

规范

广东

规范

住建部

导则

上海

规范

宁夏

规范

江苏

规范

云南

规范

天津

规范

水平流

湿地

60

60

100

100

100

80

400

80

垂直流

湿地

80

无

如表3中两种潜流湿地的污染负荷指标中，大部分标准的污染负荷指标设计值仅推荐了CODCr负荷或BOD5负荷的其中之一，广东规范和云南规范对两种指标都有推荐值。

对于垂直流湿地，江苏规程的最高CODCr负荷可达90g/（m2·d），而导则的最高CODCr负荷为20g/（m2·d）。

对于水平流湿地，最高的CODCr负荷限值为广东规范的50g/（m2·d），而导则的最高CODCr负荷为16g/（m2·d）。

各标准建议两种湿地的BOD5负荷，大部分的设计值在12gBOD5/（m2·d）以下。

Li统计分析中国人工湿地，报道了对1990-2015年运行超过三年的人工湿地工程的数据分析结果，发现垂直流湿地的负荷范围为10.6-55.3gBOD5/（m2·d），而西方国家普遍为6-10gBOD5/（m2·d）。

表3各标准对潜流人工湿地有机污染负荷建议值

各标准对潜流人工湿地有机污染负荷建议值（单位：

g/（m2·d））

环保部

规范

住建部

导则

北京

规范

天津

规程

上海

规程

江苏

规程

浙江

规范

山东

指南

广东

规范

云南

规范

宁夏

规范

垂直流

湿地

CODCr负荷

≤20

60

50-90

0.5-10

10-15

16-32

BOD5负荷

8-12

≤8

6-8

8-12

5-8

8-12

水平流

湿地

CODCr负荷

≤16

≤40

25-

45

0.5-10

20-50

10-15

BOD5负荷

8-12

≤8

5-8

8-12

5-15

5-8

8-12

宋丽丽等统计了全国各个地区的生活污水ρ（BOD5）/ρ（CODCr）比值，全国的ρ（BOD5）/ρ（CODCr）平均值为0.45，华北地区ρ（BOD5）/ρ（CODCr）平均值为0.46，华东地区ρ（BOD5）/ρ（CODCr）平均值为0.42，华南地区ρ（BOD5）/ρ（CODCr）平均值为0.49，西北地区ρ（BOD5）/ρ（CODCr）平均值为0.44。

使用各地区的ρ（BOD5）/ρ（CODCr）平均值用于CODCr负荷与BOD5负荷的换算，计算结果如表4所示。

表4各标准对潜流人工湿地有机污染负荷计算值

各标准对潜流人工湿地有机污染负荷计算值（单位：

g/（m2·d））

全国

华北

华东

华南

西南

西北

环保部

规范

住建部

导则

北京

规范

天津

规程

上海

规程

江苏

规程

浙江

规范

山东

指南

广东

规范

云南

规范

宁夏

规范

垂直流

湿地

CODCr

17.8-26.7

≤20

≤17.4

13-17.4

≤60

50-90

19-28.6

0.5-10

无

10-15

18.2-27.3

BOD5

8-12

≤9

≤8

6-8

≤25.2

21-37.8

8-12

0.2-4.2

无

5-8

8-12

水平流

湿地

CODCr

17.8-26.7

≤16

≤17.4

10.9-17.4

≤40

25-45

19-28.6

0.5-10

20-50

10-15

18.2-27.3

BOD5

8-12

≤7.2

≤8

5-8

≤16.8

11.5-18.9

8-12

0.2-4.2

5-15

5-8

8-12

表4中数据显示，华北地区的北京规范和西南地区的云南规范的污染负荷低于国家环保部规范中的最小污染负荷值，北京规范的取值与住建部导则较为接近，而上海规程和江苏规程的最大污染负荷值很大程度超过了国家环保部规范的最大值，导致这种差距的原因应当是由于人工湿地设计的床体深度、选择的基质材料以及气候的差异造成的，对于垂直流湿地，上海规程建议粒径范围是2-6mm，而北京规范推荐的粒径范围为0.2-5mm，北京规范和上海规范其他设计指标比较接近，推测应当是污水性质不同和气候影响使得规范中推荐的污染负荷设计值不同。

2.潜流人工湿地的水力学指标

本文中提及的人工湿地标准的适用对象，都是生活污水、二级出水、或类似性质污水。

从表5中看出垂直流人工湿地的水力负荷设计值普遍高于水平流人工湿地，垂直流人工湿地的水力负荷通常在1000L/（m2·d））以下，水平流人工湿地通常在500L/（m2·d））以下。

各个标准之间差异明显。

水力停留时间指污水在人工湿地内的平均驻留时间，主要和污水流量、湿地床体体积及基质空隙率有关。

各个标准中两种潜流人工湿地的水力停留时间差别不大。

表5各标准对潜流人工湿地水力负荷建议值

各标准对潜流人工湿地水力负荷建议值（单位：

L/（m2·d））

全国

华北

华东

华南

西南

西北

环保部

规范

住建部

导则

北京

规范

天津

规程

上海

规程

江苏

规程

浙江

规范

山东

指南

广东

规范

云南

规范

宁夏

规范

垂直流

湿地

＜1000

（北方200-500

南方400-800）

≤80

（生物处理）

≤120

（深度处理）

≤200

≤400

≤300

800-

1000

40-

240

200-

1000

无

100-

500

200-

500

水平流

湿地

＜500

≤40（a）

100-300（b）

≤200

≤250

≤200

400-

600

40-

240

200-

1000

250

100-

500

＜500

注：

a指面积不受限情况下水力负荷值；b指面积受限情况下水力负荷值

如表6所示，各标准中垂直流湿地的水力负荷有明显不同。

西南地区的云南规范和西北地区的宁夏规范中水力负荷范围与环保部规范相近和保持一致，推荐的设计值应与设计人口规模及经济发展状况相符合。

水平流湿地的水力负荷除山东指南外，大部分标准的建议设计值都环保部规范的建议范围内。

山东指南的适用对象为微污染水体，水力负荷最大值超过环保部规范的建议值。

与环保部规范相比，华北地区的北京规范和天津规程、华东地区的上海规程及浙江规范和华南地区的广东规范的水力负荷最大值小于其对北方地区和南方地区建议的最小值，这可能归因于北京市、天津市、上海市、浙江省和广东省已执行或即将执行的更高的农村生活污水排放标准,而江苏规程使用的是有机填料并且核心处理层厚度更大，水力负荷范围则超过环保部规范建议的最大值。

二、人工湿地深度设计：

比较不同标准的人工湿地床体深度和核心处理层厚度，如表6所示。

大多数标准中垂直流流人工湿地床体深度至少为800mm，最大值为2000mm，核心处理层厚度至少为400mm。

宁夏规范的床体深度范围最大，为1600-2000mm。

垂直流湿地床体深度一般须根据冬季环境温度、植物种类和根系生长深度确定，以保证湿地床中必要的好氧条件和一定的保温效果。

深度越大，水平流湿地和垂直流湿地容水量越大，间歇运行的垂直流湿地好氧条件越好，但提高了单位面积的成本，并且更换基质难度大、成本高，维护困难。

水平流湿地深度至少为600mm，最大值为2000mm。

大部分标准缺少对核心处理层厚度的建议。

表6各标准对潜流人工湿地深度建议值

住建部

导则

北京

规范

天津

规程

上海

规程

江苏

规程

浙江

规范

广东

规范

云南

规范

宁夏

规范

垂直流湿地

床体深度

（单位：

mm）

≥800

800-

2000

1200-

1600

≤2000

800-

1200

1500-

2000

1600-

2000

垂直流湿地

核心处理层厚度

（单位：

mm）

≥500

600-

900

800-

1700

1200-

1400

水平流湿地

床体深度

（单位：

mm）

800-

1500

600-

1200

700-

1200

1250-

1350

800-

1200

＞1000

1000-

1500

1600-

2000

水平流湿地

核心处理层厚度

（单位：

mm）

≥500

500-

1000

900-

1000

三、填料性质和粒径要求：

核心处理层的基质粒径也是影响处理效率的关键设计指标。

人工湿地基质的粒径是人工湿地设计的重要参数，一方面，粒径的大小影响湿地比表面积，粒径越小，基质床体比表面积越大，对污染物的吸附效果越好，且越有利于微生物的附着生长。

如表8所示，Pelissari等在孟加拉国达卡市进行了垂直流人工湿地中试试验，基质粒径为3-8mm，CODCr去除率只有63.8%，效果不太好，Paing等在法国调研169个垂直流人工湿地，其中18个使用小粒径砾石的紧凑型垂直流人工湿地表现相对较好，COD去除率达到了80%以上。

另一方面，粒径的减小，降低了湿地床体的水力传导性，增加了湿地堵塞风险。

潜流人工湿地最常选用的基质粒径范围是4-16mm，对于水平流人工湿地，在进水配水区和出水集水区需要使用更大粒径的基质。

北京规范和宁夏规范要求填料粉末含量应符合设计要求值，但没有给出具体要求。

丹麦指南要求粘土和淤泥（颗粒小于0.125mm）的含量必须小于0.5％，可供参考。

住建部导则和广东规范要求填料粒径符合级配曲线范围，但广东规范没有给出级配曲线。

表7各标准对潜流人工湿地填料层粒径的建议值

住建部

导则

北京

规范

天津

规程

上海

规程

浙江

规范

广东

规范

云南

规范

宁夏

规范

垂直流湿地

核心层粒径范围

（单位：

mm）

0.2-6

0.2-5

2-6

2-8

12-30

60-100（上）

10-20（中）

5-10（底）

8-16

水平流湿地

核心层粒径范围

（单位：

mm）

2-20

4-8

4-30

2-8

12-30

（上层粗砂）

150-300（中）

300-600（底）

20-40

（中段）

5-10

（末段）

16-32

水平流湿地

进水区、出水区

粒径范围

（单位：

mm）

16-6

（进水区）

8-16

（出水区）

20-

100

25-15

（进水区）

10-15

（出水区）

40-

80

60-100

16-6

（进水区）

8-16

（出水区）

表8.典型垂直流人工湿地的数据比较

来源

粒径范围

核心层

深度

CODCr

浓度

CODCr

去除效率

BOD5

浓度

BOD5

去除效率

氨氮

浓度

氨氮

去除效率

潘涛

0.2-6mm粗砂

456mg/l

94%

73.3mg/l

93%

Brix

d60=1-4mm砾石

1000mm

507mg/l

98%

242mg/l

76%

Brix

d60=1-4mm砾石

1000mm

254mg/l

92%

105mg/l

78%

Paing

0.5-4mm片岩

+4-10mm砾石

500mm

200mm

722mg/l

86%

268mg/l

94%

Paing

2-8mm

砾石

400-500mm

841mg/l

80%

360mg/l

86%

Saeed

3-8mm

砾石

700mm

315.2mg/l

63.80%

18.6mg/l

68.21%

四、人工湿地对植物的要求:

表9各个标准中对于植物种类、数量、种植时间的要求

规范

名称

建议潜流湿地种植的植物种类

数量

种植时间

环保部

规范

芦苇、蒲草、荸荠、莲、水芹、水葱、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麦冬、风车草、灯芯草

按种类与工程要求调整，推荐为9株/㎡-25株/㎡

春季

住建部

导则

芦苇、香蒲、美人蕉、菖蒲、水葱、风车草、灯芯草、再力花

按种类调整，芦苇为4株/㎡-6株/㎡

春季

北京

规范

芦苇、香蒲、菖蒲、水葱、千屈菜、茭白

春季（最佳）夏季、秋季

天津

规程

芦苇、香蒲、菖蒲、黄花鸢尾、千屈

菜、水葱、藨草

9株/㎡-25株/㎡

宜春季或初夏，

夏末或初秋也可种植

上海

规程

芦苇、蒲草、荸荠、莲、水芹、水葱、茭白、香蒲、千屈菜、菖蒲、水麦冬、风车草、灯芯草

有植物种类与种植密度表，芦苇为16株/㎡-25株/㎡，（2-3株或芽/丛）

3、4月份或越冬期

江苏

规程

芦苇、香蒲、富蒲、美人蕉、水葱、灯芯草、旱伞草、再力花、千屈菜、鸢尾、高草、麦冬等

各类植物按规程中间距要求种植，芦苇为25株/㎡

4月初至8月底，成活率高

浙江

规范

芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、风车草、水竹、水葱、大米草、灯芯草、再力花、芦竹、鸢尾、千屈菜、纸莎草

一般每平方米8-10穴，每穴栽2-3株。

山东

指南

芦苇、香蒲、菖蒲、水葱、黄花鸢尾等本地植物

9株/㎡-25株/㎡

广东

规范

芦苇、香蒲、水葱、美人蕉、风车草、香根草、再力花、泰国慈菇、水禾、水竹、花叶芦竹

有植物种类与种植密度推荐表，芦苇为16丛/㎡-25丛/㎡（2-3株或芽/丛）

3、4月份或越冬期

云南

规范

芦苇、香蒲、菖蒲、旱伞竹、风车草、美人蕉、

马蹄莲

4丛/㎡，2株-3株/丛。

春季

宁夏

规范

芦苇、香蒲、美人蕉、菖蒲、水葱、千屈菜、茭白

有植物配置表，芦苇为16株/㎡-20株/㎡

青海

规范

芦苇、香蒲、菖蒲、水葱

依株行距计算得13株/㎡-33株/㎡

春季，亦可在适宜地区于夏末秋初建植

各标准对人工湿地的植物部分提出植物种类选用、种植密度、种植时间、种植方法、植物驯养和植物管理等方面的建议，住建部导则、上海规程、江苏规程对植物部分的描述相对更细致。

各标准对人工湿地选用植物的要求可以总结为耐污去污能力强、根系发达和生物量大、移植成活率高、耐寒、抗病害、兼顾观赏性和经济性的六个特性，部分标准提及其中三至四点。

如表9所示，芦苇、香蒲、菖蒲、水葱为各规范均推荐选用的人工湿地植物，环保部规范、上海规程、江苏规程、浙江规范、广东规范中提及的植物种类数量较多。

表9中，各标准对单位面积栽种的植物数量建议范围存在差异，地方标准中，云南规范的植物种植密度最小，住建部导则对芦苇的建议种植密度最小，其理由是挺水植物生长繁殖速度快，种植初期密度不宜过大[1]。

除未给出种植时间的标准，各标准都建议在春