人工湿地净化水质工程案例.docx
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人工湿地净化水质工程案例
人工湿地净化水质工程案例
人工湿地水质净化对象
引言
我国在“七五”期间开始研究人工湿地污水处理技术，取得了人工湿地工艺特征、技术要点和工程参数等方面的研究成果。
从20世纪80年代末开始，先后在天津、北京昌平、深圳、成都和上海建设了人工湿地污水处理工程，并对污水处理的规律及机理进行了比较系统的研究。
进入21世纪以来，我国在人工湿地污水处理技术，及其在工程应用方面都取得了较大的进展，目前全国已有数十座城市开展了人工湿地的研究，并有上百座人工湿地投入运行。
目前，人工湿地在国内的处理范围十分广泛，包括城镇生活污水、农村生活污水、农田退水、景观河湖水、养殖废水等。
这些人工湿地运行以来，产生了良好的经济和社会效益，为我国的环境保护做出了贡献。
人工湿地主要用途情况
1.人工湿地净化农村生活污水案例
（1）水量
陈亮等选择“一体化设备+水平潜流人工湿地”系统作为主要工艺开展农村生活污水连片整治工作。
本次工程共涉及6个行政村，服务人口共约5718人，人均综合用水量指标取130L/d，污水排放系数取0.9，由此得出各村庄日均污水量。
由于中心镇区域面积较大、较分散，污水处理率按85%计；示范村人口居住集中，污水处理率按90%计。
中心镇污水收集率按85%进行计算，示范村按100%收集率计算，得出污水量预测。
污水处理量总变化系数均取1.2，以此确定各村污水处理站工程建设规模。
表1-6各村污水处理总规模一览表
（2）处理工艺
按以往的工程经验，农村连片综合整治通常会选择以“水解酸化+人工湿地”为核心的无动力污水处理工艺，但随着农村空余土地越来越紧张，污水处理规划面积越来越小。
“水解酸化+人工湿地”工艺由于占地面积过大，且无动力运行时容易发生堵塞、澭水、发臭等情况，一些缺点随着运行时间增加慢慢开始凸显。
为此，结合下帅乡目前的排水系统现状情况，为在降低工程投资和运行成本的同时，达到提高村中绿地建设面积，确保污水的处理达标排放，选择以“一体化污水处理设备+人工湿地”组合处理工艺作为本次连片综合整治的主体技术。
主要工艺流程如下：
其中一体化污水处理设备单元，工艺为“厌氧-缺氧-接触氧化法”，分别由三个单元组成：
生化池（厌氧池、缺氧池、接触好氧池）；二沉池；清水池。
人工湿地为一座表面流人工湿地系统，人工湿地内填充石灰石填料，种植根系发达、净化能力强的植物，选择再力花、风车草及美人蕉作为主要湿地植物。
设计水力负荷：
q=1.5m3/（m2·d），设计水面坡度：
0.05%～0.1%。
碎石填料粒径：
20～40mm，湿地高度：
1.3m，填料高度：
1.0m。
布、出水方式为：
穿孔管上部布水，穿孔管下部集水。
（3）处理效果
设计处理出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级B标准，部分指标可达到一级A标准。
2.人工湿地净化城镇生活污水案例
（1）水量
胡洁等人研究了规模为1500m3/d的巢湖流域某镇污水处理厂尾水为对象，通过潜流人工湿地和表面流人工湿地的组合人工湿地处理深度处理，使出水COD达到GB3838－2002的III类水质，NH4+-N、TP达到IV类水质。
（2）处理工艺
该污水处理厂通过市政管网收集该镇的中心区域的居民生活与行政机关、学校所产生的废水，污水规模为1500m3/d。
污水依次经过粗格栅、沉砂池进入调节池，通过提升泵提升至细格栅，经过AAO组合池和二沉池，在二沉池后设置D型滤池和紫外线消毒。
紫外消毒的出水达到GB18918－2002中规定的一级A标准。
湿地出水执行全平均值达到排放限值，其中COD要求达到GB3838－2002的III类水质，NH4+-N与TP含量达到IV类水质，对TN含量无要求。
主要工艺流程如下：
2.2某小城镇污水处理厂工艺流程
选择水平潜流人工湿地和水平表面流人工湿地组合工艺，考虑出水对COD和NH4+-N、TP含量的要求，需要湿地具有一定的复氧能力、硝化能力和除磷能力，保证出水的达标，并减少占地。
潜流湿地为5组并联的长*宽=40m*16m矩形水池，有效水深为0.7m，孔隙率为0.4，HRT为14.3h，BOD5负荷为94kg/（hm2·d），表面水力负荷为0.47m3/（m2·d）；表面流湿地采用不同水深组合设置，依次串联设置为浅水区（长6m，有效水深0.6m）、深水区（长13m，有效水深1.2m）、浅水区（长26m，有效水深0.6m），总HRT为16.5h，BOD5负荷210kg/（hm2·d），表面水力负荷1.05m3/（m2·d）。
为保证常年出水达标与增加湿地的生物多样性，潜流湿地采用常绿植物鸢尾，表面流则选用芦苇、灯芯草、菖蒲和香蒲4种分别种植。
为进一步提高湿地性能，增加脱氮功能，通过组合工艺建立一个多种植物和微生物组成的生态系统，同时设置成好氧、缺氧多段串联，提高对COD、NH4+-N、TP、TN的去除效果。
（3）处理效果
该组合工艺的5－10月的COD、NH4+-N、TN、TP去除率分别为26.1%、65.5%、21.2%、43.4%，可保证在5－10月稳定达标，出水COD≤20mg/L，达到GB3838－2002的III类水质要求，NH4+-N、TP的质量浓度分别≤1.5、≤0.3mg/L，达到GB3838－2002的IV类水质，可满足设计要求。
表2-5人工湿地的设计进出水质
3.人工湿地净化农田退水案例
李本行等人研究了研究了不同水力停留时间（HRT）和农药污染负荷（PPL）下，“生态沟渠+水平流人工湿地”和“生态沟渠+垂直流人工湿地”系统对农田退水中常规污染物和噻虫嗪的去除效果。
（1）处理工艺
生态沟渠长1.8m，宽0.12m，深0.26m，水流呈S型流动。
渠底铺设15cm砾石层，其上覆土10cm，并种植千屈菜，种植密度为30株·m-2。
水平流人工湿地总容积为0.091m3（长×宽×高=0.56m×0.36m×0.45m），进水端和出水端分别设置宽度为0.02m的布水区和集水区，中间由均匀布孔的隔板将其与湿地基质隔开，水流从装置底部进入布水区，经均匀布水后水平进入人工湿地，水流在集水区汇集后，从装置顶部流出。
湿地从进水端至出水端依次铺设空心砖碎块（7cm）、细沸石（10cm）、粗沸石（20cm）、钢渣（10cm）、空心砖碎块（7cm），铺设厚度为40cm，基质上方为细砂层，厚度为为5cm。
垂直流人工湿地总容积为0.097m3，包括下行池（长×宽×高=0.3m×0.36m×0.47m）和上行池（长×宽×高=0.3m×0.36m×0.43m）2部分，中间由隔板隔开，隔板底部开有透水孔，水流依次流经下行池、上行池后出水。
下行池自上而下依次铺设砂土层（7cm）、细沸石层（10cm）、粗沸石层（20cm）、空心砖碎块层（10cm），上行池自上而下依次铺设砂土层（3cm）、钢渣层（10cm）、粗沸石层（20cm）、空心砖碎块层（10cm）。
2种构型人工湿地选择菖蒲和美人蕉间种，种植密度为40株，m-2。
主要工艺流程如下：
3-1生态沟渠+人工湿地组合系统示意图
（3）处理效果
“生态沟渠+人工湿地”组合系统对农田退水中常规污染物COD、NH+4-N、NO-3-N、TN和TP）的去除效能如图3.2所示。
在运行初期，此时HRT为2d，污染物浓度不断增高，运行至10d左右出水基本达到稳定，稳定后“生态沟渠+水平流人工湿地”系统对COD、NH+4-N、NO-3-N、TN和TP的去除效率可分别达68%、96%、90%、92%和86%，“生态沟渠+垂直流人工湿地”系统对COD、NH+4-N、NO-3-N、TN和TP的去除效率可分别达76%、97%、92%、94%和88%，其中COD、NO-3-N在生态沟渠段的去除率较高，NH+4-N、TP主要在人工湿地段去除。
图3.2组合系统对COD、NH+4-N、NO-3-N、TN和TP的去除
4.人工湿地净化养殖废水案例
林霞亮等人以广东省某奶牛养殖场为研究对象，介绍一种出水能稳定达标排放的“UASB—两级AO—化学除磷—稳定塘—人工湿地”组合工艺，有效减少养殖废水对周边生态环境的污染。
（1）水量水质
某奶牛养殖场存栏奶牛规模为3000头，严格实行清洁生产，采用干清粪工艺，即清污分离，将粪便与牛尿、冲洗水分开处理。
粪便直接外运作为农用肥料，牛尿、冲洗水及挤奶洗乳废水和少量生活污水等统一收集后进入废水处理系统，系统进水水质如表4.5所示。
出水能满足广东省《水污染排放限值》（DB44/26-2001）。
表4.5设计进水水质及排放标准
（2）处理工艺
采用“UASB—两级AO—化学除磷—稳定塘—人工湿地”组合工艺，其中，自然生物处理系统：
稳定塘，１座，面积为6000m2，潜流式人工湿地，１座，面积为3000m2。
图4-1养殖场废水处理工艺流程
（3）处理效果
表4.6各构筑物污染物平均去除效果
5.人工湿地净化工业废水案例
卢建研究了厌氧／生物接触氧化一人工湿地系统（A/BCO-CW）对南海工业园区混合污水的处理效果。
并将A/BCO部分与湿地部分的处理效果进行了比较。
（1）水量水质
处理系统设计规模为2500m3/d，构筑物占地面积约为5330m2，其中预处理面积为178m2，湿地面积为5152m2。
试验用水为工业企业排水占40％（COD≤110mg/L、SS≤100mg/L、pH值＝6～9、氨氮≤15mg/L、磷酸盐≤1.0mg/L），周围学校、村民生活污水及雨水径流占60％的混合污水，BOD/COD均值为0.33，可生化性较强。
进水水质受工业企业的经营状况以及员工、村民生活规律及降雨影响较大。
（2）处理工艺
①厌氧/生物接触氧化（A/BCO）。
厌氧反应器采用生物膜法，池长为6m，宽为10m，有效水深为5m，池内悬挂组合填料，HRT为1.5-3h。
好氧反应器采用接触氧化工艺，结构尺寸与水解酸化反应器相同，有效容积为300m3，池内悬挂组合填料，HRT为1.5-3h，气水比为10:
1。
②人工湿地。
采用垂直潜流湿地+表面流湿地+水平潜流湿地串联组合工艺。
垂直流湿地由三个平行种植风车草与美人蕉的碎石床单元并联组成，占地面积为1260m2；表面流湿地是一个独立单元，占地面积为1250m2，种植有梭鱼草、再力花、纸莎草；水平潜流湿地由三个平行种植风车草与美蕉的碎石床单元并联组成，占地面积为2490m2。
图5-1A/BCO-CW组合工艺流程
（3）处理效果
表5.1A/BCO-CW系统年平均进、出水水质特性
项目
水量（m3/d）
COD（mg/L）
BOD（mg/L）
TSS（mg/L）
NH3-N（mg/L）
TP（mg/L）
进水水质
2000
147.5
56.8
65.3
11.5
2.81
A/BCO出水
1960
54.5
18.3
21.2
4.31
1.46
人工湿地出水
1750
20.5
4.9
3.1
1.41
0.27
表5.2各部分处理效果
6人工湿地净化河流水质案例
贺婷婷等人采用生物浮床+生态滞留塘+翻板闸+表流人工湿地工艺对石子河及浊漳河南源的水质进行净化，出水各项指标远小于《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅳ类标准要求。
（1）水量水质
本工程接纳处理的污水主要来自上游工矿企业污水处理设施及长治市（主城区）污水处理厂达到处理标准的外排水，沿线居民的零星生活污水及石子河河流径流量。
根据2014年石子河湛上站流量统计数据，工程建设区域的石子河日平均流量为97496m3，长治市主城区污水处理改扩建工程运行后新增日处理污水量为1.0×104m3。
综合考虑流域内排放量的增加和配套处理回用设施的逐步完善，并结合枯水期及丰水期流量变化、河道自身净化能力以及可利用的河滩地面积等因素进行分析，最终确定工程处理规模为20×104m3/d。
本项目人工湿地进水水质参考长治市环保局提供的2010年—2014年石子河浊漳南源监测断面水质监测数据及《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ2005—2010）要求设计进水水质，同时根据《山西省地表水域水环境管理区域方案（2013.5）》，漳泽水库水环境质量执行《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅳ类标准。
具体设计进、出水水质见下表。
表6.1设计进出水水质
项目
COD（mg/L）
BOD（mg/L）
NH3—N（mg/L）
TN
（mg/L）
TP
（mg/L）
进水
50
30
4.0
7.0
0.3
出水（地表Ⅳ类）
30
60
1.5
1.5
0.1
（2）处理工艺
本工程最终设计方案为生物浮床+生态滞留塘+翻板闸+表流人工湿地工艺。
具体工艺流程见图6-1。
图6-1湿地处理流程
①生态浮床
在主河道一侧布置一排生物浮床，带宽为3m，长为1250m，面积约3750m2。
生物浮床主要由浮体、固定套环、种植穴、植物、弹性填料及围网等组成，单个浮床尺寸为3m×4m。
浮体采用竹篙、模块及泡沫板，用不锈钢固定套环将浮岛固定到河底。
用海绵包裹植物根茎固定到种植穴内，要求植物直立。
弹性填料长为1000m，顶部固定在浮体上，下部绑缚石头类配重保证填料下垂，填料间距为250mm，围网孔径为10～30cm。
②生态滞留塘
设计流量为20×104m3/d，停留时间为1d，水力负荷为278cm/d，有效水深为0.3～3.0m，占地面积约7.2hm2，河道比降维持在1/1900～1/900之间，水面宽约90～480m，主河槽宽约35～85m。
翻板闸抬升水位后，在河道内水深为0.3～1.5m的较浅区分片种植凤眼莲和睡莲等水生植物，在水深为1.5～3.0m的深水区域种植当地生长能力较强的金鱼藻、黑藻、苦草以及配置人工水草，在不同区域分类种植，通过多种植物的净化作用，河水水质得到一定程度的改善。
③表面流人工湿地
根据长治湿地具有大面积的天然湿地、可利用区域广的特点，对区域内的地形进行微调、整形，补种芦苇、香蒲等水生植物。
设计表流人工湿地的停留时间为2.25d，有效水深为0.3～1.0m，水力负荷为13cm/d，总占地为150hm2，表流湿地的水力坡度＜0.5%。
为保证合理布水，工程利用现存堤坝将湿地分为两个大区，并联运行，每个大区有8个分区，分区长宽比控制在5:
1～3:
1。
大区分四级湿地进行强化处理，各级湿地采用卵石坝进行串联。
其中，一级、二级湿地为强化处理单元，污染物在此区得到深度净化；三级湿地为混合调节单元，湿地底部高低不平，高程差维持在±0.6m，三级湿地内有接近40%的开放水面，植物种类多样，景观层次效果比较理想，且本单元复氧能力较强;四级湿地为深度处理单元，通过对三级湿地出水继续深度净化，实现达标排放。
通过在工程区域外设置湿地围堰，可保证本湿地系统的处理效果。
利用东侧及北侧道路原有护坡设置湿地工程的外围围堰，围堰采用坝式结构，围堰顶宽为2.8m，高为1.6m，边坡系数为1:
3.5，围堰总长度约为5600m。
通过采用浆砌石隔墙实现各湿地的分区，隔墙高为1.2m，宽为50cm，总长度约3200m。
本项目人工湿地填料由表层土壤、中层砾石层和下层豆石层组成。
优先选用了当地钙含量为2.8~3.0kg/100kg的混合土作为表层土壤，厚度为160～260mm。
采用粒径为0.6～7mm的砾石作为中层砾石层，砾石层铺设厚度为0.5~0.8m。
在进水配水区和出水集水区设置豆石层，豆石层粒径为50~90mm。
考虑到表层土壤在运行后会有下沉现象，本工程在施工时填料表层标高高出设计值15%。
本项目在人工湿地不同区域种植了挺水植物、浮叶植物和沉水植物。
挺水植物主要有芦苇、香蒲、水葱和茭白;浮叶植物主要有野菱、睡莲、凤眼莲;沉水植物主要有黑藻、金鱼藻、苦草。
所采用的植物均由当地及周边提供，不存在新物种。
植物种植面积约10hm2，植物配置参数如表6.2。
表6.2人工湿地植物配置参数
（3）处理效果
自运行至今，整个湿地系统所接纳的石子河水量、水质基本保持稳定，没有异常工况发生。
工程处理河流的平均水量为19.8×104m3/d，出水水质比较稳定，2016年10月—2017年10月水质数据见表6.3。
可见，出水各项指标远小于《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅳ类标准要求。
表6.3工程各单元处理效果
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