人工湿地设计专项方案.docx

人工湿地设计专项方案.docx

《人工湿地设计专项方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人工湿地设计专项方案.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

人工湿地设计专项方案

人工湿地设计方案

人工湿地（CW—ConstructedWetland）污水处理技术是70年代末发展起来一个污水处理新技术。

它含有处理效果好、氮磷去除能力强，运转维护管理方便、工程基建和运转费用低和对负荷改变适应能力强等特点，比较适合于技术管理水平不很高，规模较小城镇或乡村污水处理。

人工湿地净化机理：

人工湿地对废水处理综合了物理、化学和生物三种作用。

湿地系统成熟后，填料表面和植物根系将因为大量微生物生长而形成生物膜。

废水流经生物膜时，大量SS被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则经过生物膜吸收、同化及异化作用而被除去。

湿地系统中因植物根系对氧传输释放，使其周围环境中依次出现好氧、缺氧、厌氧状态，确保了废水中氮磷不仅能经过植物和微生物作为营养吸收，而且还能够经过硝化、反硝化作用将其除去，最终湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。

湿地处理系统设计

1.选址考察地质、地貌、水文、自然资源、人文资源、相关法律及公众意见。

应因地制宜，尽可能选择有一定自然坡度洼地或经济价值不高荒地，首先降低土石方工程、利于排水、降低投资，其次预防对周围环境产生影响。

2.确定系统组合形式依据场地特征、处理要求和所处理污水性质来确定。

单一式、并联式、串联式、综合式。

3.确定水力负荷依据文件或经验而定。

4.选择植物依据湿地植物耐污性能、生长能力、根系发达程度和经济价值和美观等原因来确定。

通常有芦苇、席草、大米草、水葫芦、水花生等，最为常见是芦苇，插植密度为1~3株/m2。

5.计算表面积As=Q/a：

As—表面积；Q—进水流量；a—水力负荷。

6.确定长宽比

（1）表面流湿地：

长宽比10：

1或更大，依据地形来考虑，底坡降0%~1%。

（2）潜流湿地：

依据达西定律Q=Ks*A*S

S—水力坡度；A—湿地床横截面积；Ks—潜流渗透系数。

或厄刚公式As=5.2Q[LN（So-Se）]，So—进水BOD浓度；Se—出水BOD浓度；As—湿地床表面积。

7.结构设计

（1）进出水系统部署：

湿地床进水系统应确保配水均匀性，通常采取多孔管和三角堰等配水装置。

进水管应比湿地床高出0.5m。

湿地出水系统通常依据对床中水位调整要求，出水区末端砾石填料层底部设置穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门以调整床内水位。

（2）填料使用：

湿地床由三层组成表层土层、中层砾石、下层小豆石。

表层土钙含量在2~2.5kg/100kg为好；砾石层粒径在5~50mm，铺设厚度0.4~0.7m。

（3）潜流式湿地床水位控制：

当接纳最大设计流量时，进水端不能出现雍水现象；当接纳最小流量时，出水端不能出现填料床面淹没现象；有利于植物生长，床中水面浸没植物根系深度应尽可能均匀。

8.编制施工计划

9.修改设计依据出现问题对设计进行对应修改。

10.施工

11.试运行

12.完工交付使用

人工湿地是由人工建造和控制运行和沼泽地类似地面，将污水、污泥有控制投配到经人工建造湿地上，污水和污泥在沿一定方向流动过程中，关键利用土壤、人工介质、植物、微生物物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理一个技术。

其作用机理包含吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物作用。

它是一个综合生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构和功效协调标准，在促进废水中污染物质良性循环前提下，充足发挥资源生产潜力，预防环境再污染，取得污水处理和资源化最好效益。

人工湿地去除污染物范围广泛，包含N,P,SS,有机物，微量元素，病原体等。

相关研究结果表明，在进水浓度较低条件下，人工湿地对BOD5去除率可达85％――95％，COD去除率可达80％以上，处理出水中BOD5浓度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。

（2）废水中大部分有机物作为异样微生物有机养分，最终被转化为微生物体及CO2,H2O。

人工湿地面积可视情况而言，可在市郊结合部，也可在污水处理厂出水周围建造。

部分人工湿地属预处理型，在那些现在还不含有建造污水处理厂城镇结合部建造人工湿地，将生活污水排入，利用所种植物对其进行处理，然后再排入自然水系，保护水体；还有些湿地属于加强型，在污水处理厂周围建造人工湿地，将污水处理厂处理过水引入，再经过人工湿地加强处理，提升其水质，然后排入自然水系，作为其补充水源。

三、人工湿地分类

人工湿地污水处理技术经过多年发展和研究，依据湿地中关键植物形式将人工湿地划分为：

1、浮游植物系统;2、挺水植物系统；3、沉水植物系统。

其中沉水植物系统还处于试验室研究阶段，其关键应用领域在于初级处理和二级处理后精处理。

浮游植物关键用于N,P去除和提升传统稳定塘效率。

现在通常所指人工湿地系统全部是指挺水植物系统。

中国外学者从工程设计角度出发，根据系统布水方法不一样或水在系统中流动方法不一样将人工湿地处理系统划分为以下多个类型：

自由水面人工湿地处理系统；人工潜流人工湿地处理系统；垂直水流型人工湿地处理系统。

人工湿地污水处理系统

（1）表面流湿地（SurfaceFlowConstructedWetland）,是一个污水从湿地表面漫流而过长方形构筑物,结构简单,工程造价低;但因为污水在填料表面漫流,易滋生蚊蝇,对周围环境会产生不良影响,而且其处理效率较低。

污水从湿地表面流过，图1所表示。

在流动过程中废水得到净化。

水深通常0.3~0.5米，水流呈推流式前进。

污水从入口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗透地下。

近水面部分为好氧生物区，较深部分及底部通常为厌氧生物区。

表面流人工湿地中氧起源关键靠水体表面扩散、植物根系传输和植物光合作用。

不过因为传输能力十分有限，故人工湿地大部分采取潜流式湿地系统。

图1表面流人工湿地示意图

人工湿地污水处理系统

（2）潜流湿地（SubsurfaceConstructedFlowWetland）,污水在填料缝隙之间渗流,可充足利用填料表面及植物根系上生物膜及其它作用处理污水,出水水质好。

因为水平面在覆盖土层或细砂层以下,卫生条件很好,故被广泛采取。

潜流式湿地通常由两级湿地串联，处理单元并联组成。

和表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地水力负荷大，对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著去除效率。

潜流湿地通常设计成有一定底面坡降、长宽比大于3且长大于20m构筑物,污水步骤较长,有利于硝化和反硝化作用发生,脱氮效果很好。

或方形构筑物,污水步骤较短,反硝化作用较弱,且工程技术要求较高。

因为垂直流湿地可方便地采取工程手段来改善系统供氧情况,提升布水均匀性,营造愈加有利于硝化和反硝化发生系统环境,故越来越受到大家重视。

人工湿地污水处理系统（3）垂直流湿地（VerticalFlowConstructedWetland）,污水沿垂直方向流动,氧供给能力较强,硝化作用较充足,占地面积较小,可实现较大水力负荷长久运行。

垂直潜流人工湿地硝化能力高于水平潜流人工湿地，对于氨氮含量较高污水废水有很好处理效果。

垂直流湿地通常设计成高约1m左右圆形或方形构筑物图2所表示，污水步骤较短,反硝化作用较弱,且工程技术要求较高。

因为垂直流湿地可方便地采取工程手段来改善系统供氧情况,提升布水均匀性,营造愈加有利于硝化和反硝化发生系统环境。

垂直流湿地缺点是对于污水中有机物处理能力不足，控制相对复杂，夏季有滋生蚊蝇现象。

具体参见更多相关技术文档。

图2垂直流人工湿地示意图

人工湿地污水处理系统（4）复合流式潜流人工湿地（Compositestreamingundercurrentsartificialwetland）

沈阳环境科学研究院专有及专利技术复合流式潜流人工湿地技术（以水平流为主和上升式垂直流结合），示意图图6。

和其它类型人工湿地相比，复合流式潜流人工湿地水力负荷大，对BOD5、CODCr、SS、氮磷等污染指标去除效果好，而且没有恶臭和孳生蚊蝇现象，尤其是能有效处理北方严寒地域冬季运行问题，同时处理了湿地项目标尖端难题，即经过设置倒膜系统、多种级配填料，处理湿地堵塞问题。

人工湿地污水处理优缺点

人工湿地污水处理系统是一个综合生态系统，含有以下优点:

①建造和运行费用廉价;

②易于维护,技术含量低;

③可进行有效可靠处理;

④可缓冲对水力和污染负荷冲击;

⑤可提供和间接提供效益,如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息、和。

但也有不足:

①占地面积大;

②易受病虫害影响；

③生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响原因认识了解，设计运行参数不正确，所以常因为设计不妥使出水达不到设计要求或不能达标排放，有人工湿地反而成了污染源。

另外，据已经有数据,当上下表面植物密度增大时,人工湿地系统处理效率提升,在达成其最优效率时,需2~3个生长周期，所以需建成几年后才达成完全稳定运行。

所以，现在人工湿地技术最大问题在于缺乏长久运行系统具体。

总得来说,人工湿地污水处理系统是一个很好处理方法，尤其是它充足发挥资源生产潜力,预防环境再污染,取得污水处理和资源化最好效益，所以含有较高环境效益、经济效益及社会效益,比较适合于处理水量不大、水质改变不很大、管理水平不很高城镇污水,如中国农村中、小城镇污水处理。

人工湿地作为一个处理污水新技术有待于深入改良，有必需更细致地研究不一样地域特征和运行数据方便在未来建设中提供更合理参数。

人工湿地布水通常标准

湿地污水传输系统通常包含管线和泵站，水控制结构如分离器、溢流堰和水槽，和砾石搜集装置等。

输水系统能够建于湿地外，经过管道输入到湿地；也能够完全建于湿地内。

污水向湿地处理系统输送关键有两种：

一个是经过压力管线或重力管线输送；另一个是经过明渠输送。

利用水重力自然流方案比用泵方案要好。

3.人工湿地进出水系统通常设计

3.1进出水系统部署

人工湿地进水系统设计应尽可能确保配水均匀性，通常采取多孔管或三角堰等。

多孔管设于土壤表面上或埋于土壤表面以下，埋于土壤表面下缺点是配水调整较为困难。

多孔管设于床面上方时，应比床面高出0.5ｍ左右，以防床面淤泥和杂草积累而影响配水。

同时应定时清理沉淀物和杂草等，确保系统配水均匀性。

系统进水流量可经过阀门或闸板调整，并采取溢流、分流方法应对突发性流量改变应有溢流、分流方法。

人工湿地出水系统采取沟排、管排、井排等方法，合理设计应考虑受纳水体特点、湿地系统部署及场地原有条件等原因。

为有效地控制湿地水位，通常在填料层底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门。

对严寒地域，进、出水管设置须考虑防冻方法，并在系统必需部位设置控制阀和放空阀。

3.2水位控制

为了确保湿地处理效率，需要对湿地进水水位进行控制，为有效地控制湿地水位，通常在填料层底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门。

通常，潜流和垂直流人工湿地对水位控制有几点要求：

①在系统接纳最大设计流量时，湿地进水端不出现雍水，以防发生表面流；②在系统接纳最小设计流量时，出水端不出现填料床面淹没，以防出现表面流；③为了利于植物生长，床中水面浸没植物根系深度应尽可能均匀，并尽可能使水面坡度和底坡基础一致。

3.3围堰

处理湿地围堰设计需要从水力学和地质学角度考虑。

设计围堰目标是使水流在预定区域内沿预定渠道布水。

为了确保水流量均匀分布，还能够经过在进水端建一个堰，将湿地分成细小单元，然后在另一个溢流口搜集出水来处理问题。

下面设计（见图1）是将整体分割成10个独立单元，这些单元被安置在10个不一样点上，相互不连通。

湿地单元数量可依据实际确定。

这种尤其方法在新增单元设计，或是为一个增加快速小区设计时很有用，因为处理湿地单元可依据需要而扩建[1]。

4.多个常见人工湿地类型布水

4.1表面流人工湿地布水及进出水装置

表流人工湿地，和自然湿地最为靠近，污水在湿地表面流动，水位较浅，多在0.1m～0.9m之间。

表面流人工湿地处理系统在运行过程中可能出现最大问题是“沟流”，这会降低湿地有效处理面积。

经过控制底面平整性及植物密度能够防治布水不均，所以对原有沟渠、道路围堰进行平整能够降低短流。

同时，也能够采取类似折板围堰或横向深水沟进行重新布水，以达成均匀布水目标。

表面流湿地中这些横沟能够使水流横向通畅流动，并保持恒定水头，增加停留时间，提升面积效率[2]。

图2形象展示了不一样进水方法下布水效果。

进水管渠是向人工湿地中输送污水装置，布水时应尽可能均匀。

进水装置还可用于调控流量。

进水可靠重力流，也能够靠压力流。

重力流布水方法节省能量和运行维护费用，但需要大管径进水管以降低水头损失。

对于布水管，需要在一端设清洗法兰，方便周期去除积存固体。

同时在可能出现气体积累地方设排气阀。

进水方法可采取单点布水、多点布水和溢流堰布水（见图3）。

假如湿地进水区较窄或湿地呈狭长形（长宽比很大），可采取单点进水。

假如进水区较宽，宜采取多点进水。

采取溢流堰进水就是在湿地进水前设一低地，低地出口也即湿地进口可设多个，但需处于同一标高位置，出水口设溢流堰进行均匀布水。

湿地出水口设计对均匀布水、控制水位和监控水量水质全部是很关键。

但为降低投资、运行和维护费用，出水口设计应尽可能简单。

图4所表示为多个常见出水口形式。

第一个为存在死区单一出口，因为存在死区，水力停留时间缩短。

第二种为多出口形式，可有效增加水力停留时间。

第三种是在出水口侧设计深水沟，水搜集后经出水堰流出。

显示后两种出口形式效果很好。

出水口大小应考虑传输最大日均流量或最大周均流量，在加上湿地面积上降雨量。

出水口关键功效之一是控制湿地水位。

水位确实定需要考虑植物生长需要、水力停留时间和湿地单元维护等原因。

图4常见出水口形式

4.2潜流人工湿地布水及常见设计

潜流湿地进水布水系统设计和表面流基础相同，关键目标是均匀布水。

通常进水先流经粗砾石填料区，其作用是强化在深度和宽度上均匀布水[2]。

出水口通常见埋在出水口端粗砾石中穿孔管集水，然后经过管道排出。

出水管口高度可调，以调经过管道排出。

出水管口高度可调，以调控水体水位，见图5。

潜流湿地通常要求表面平整，避免存在坡度，即使有坡度也是很小坡度，因为坡度会促动水在表面流动，破坏潜流条件。

同时，表面平整对植物移植培养所需水力淹没条件也很有利。

床体底面通常也没有坡度要求，经过调整出水口高度，可形成所需潜流水力梯度。

床深视植物根系生长深度确定，通常30～60cm，但对于特定低温和植物条件，有床体深度可达1m。

图6和图7是潜流人工湿地常见布水方法。

图6设计是大型潜流人工湿地上面叠加一个小型垂直流人工湿地，小型垂直流人工湿地表面用多孔布水管均匀布水，水直接下渗透潜流人工湿地，利用潜流人工湿地1%坡度，利用重力流使处理过水流向出水口。

图7设计是进水管在植物根部，使污水经过植物根部进行处理，出水口设两个，上层出水口比进水管低5cm，下层出水管设在潜流湿地靠近底部位置，具体视情况而定，此设计目标是尽可能降低潜流人工湿地死水区，使整个潜流人工湿地全部能发挥作用。

出水口安装阀门可供调整，使在系统接纳最小设计流量时，出水端不出现填料床面淹没，以防出现表面流。

出水口连接太阳能片，能够利用太阳能加热出水，抵达即环境保护又经济目标。

4.3垂直流人工湿地布水及常见设计

垂直流湿地水流情况综合了表流湿地和潜流湿地特征，水流在基质床中基础上呈由上向下垂直流，床体处于不饱和状态，氧可经过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。

1）简单垂直流人工湿地

垂直流人工湿地，水经湿地表面下行，从底部排出[3]。

此系统是较为简单处理系统，表面布水，垂直向下流，然后底部排出（见图8）。

2）逆向垂直流人工湿地

逆向垂直流人工湿地，即水从湿地底面呈推流式上升[3]。

此设计适合严寒地域人工湿地，从底部进水能够预防布水管冻结和爆破（见图9）。

3）复合垂直流人工湿地

复合垂直流人工湿地优点在于它去氮效果很好，利用上行池硝化、下行池反硝化作用能够使氮去除效率较高[4]。

布水设计（见图10），上行池和下行池中间利用高差使水能够均匀分布。

垂直流人工湿地处理系统步骤为：

经沉淀池预处理污水首先流入在第一池填料表面中央多孔布水管，使进水均匀分布在第一池整个表面上，随即污水垂直向下依次流过第一池填料层。

因为整个系统底部有0.5%倾斜度，污水自流进入第二池底部，并向上经过第二池填料层，被在二池表面H型多孔集水管均匀搜集，最终从二池填料底部流出系统该工艺独特下行流一上行流水流方法有效处理了其它类型湿地易出现“短路”现象，而且形成了下行流池好氧、上行流池部分厌氧复合水处理结构，促进了硝化和反硝化作用，会显著提升系统脱氮效果[5、6]（见图11）。