人工濕地課程設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 概 述2</b></p><p>　　1.1 垂直流人工濕地簡述2</p><p>　　1.2人工濕地的凈化機理2</p><p>　　2 前處理工藝設計2</p><p>　　2.

2、1 污水進水水質和出水要求2</p><p><b>　　2.2出水要求3</b></p><p>　　2.3 預處理設計及選型3</p><p>　　2.3.1 化糞池3</p><p><b>　　2.3.2格柵5</b></p><p>　　2.3.3格柵池

3、5</p><p>　　2.3.4調節(jié)池5</p><p>　　3 人工濕地參數(shù)設計計算6</p><p>　　3.1 濕地表面積的計算6</p><p>　　3.2水力停留時間及表面負荷7</p><p>　　3.2.1 水力停留時間的計算7</p><p>　　3.2.2表面水力

4、負荷計算7</p><p>　　3.2.3管道設計8</p><p>　　4 結構設計及填料的選擇8</p><p>　　4.1 進出水系統(tǒng)的布置8</p><p>　　4.2 填料的使用8</p><p>　　4.3植被的選擇原則8</p><p>　　4.4造價粗估及運行管理

5、10</p><p>　　參 考 文 獻11</p><p><b>　　1 概 述</b></p><p>　　1.1 垂直流人工濕地簡述</p><p>　　人工濕地作為一種低投資、 低能耗、 低處理成本和具有氮磷去除功能的廢水生態(tài)處理技術， 在廣大城鎮(zhèn)和農村地區(qū)具有廣闊的應用前景。 人工濕地因水流方式差

6、異可分為表面流濕地、 地下潛流濕地、 垂直流濕地和潮汐流濕地。 </p><p>　　垂直流濕地是將水生植物種植在填料床中， 污水在填料下垂直流動， 氧氣通過大氣擴散和植物傳輸進入濕地系統(tǒng)。水流流經(jīng)床體后被鋪設在出水端底部的集水管收集， 然后排出處理系統(tǒng)。 污水直接與填料接觸， 通過基質過濾、 吸附、 沉淀、 離子交換、 植物吸收和微生物降解來實現(xiàn)對污水的高效凈化。垂直流濕地兼有表面流和潛流型人工濕地的特點， 脫

7、氮除磷效果好［1］。</p><p>　　1.2人工濕地的凈化機理</p><p>　　對SS：通過顆粒間相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固體被阻截而去除。</p><p>　　對N：①NH3-N被濕地植物和微生物同化吸收，轉變?yōu)橛袡C物的一部分,可通過定期對植物的收割使N得到部分去除；②NH3-N在較高的pH值(pH>8)條件下向大氣中揮發(fā)；③

8、有機N經(jīng)氨化作用礦化為NH-N在好氧區(qū)經(jīng)亞硝化、硝化作用分別轉變?yōu)镹O-N和NO-N然后它們在缺氧和有機碳源的條件下，經(jīng)反硝化作用被還原為N2釋放到大氣中，達到最終脫氮的目的。</p><p>　　對P：濕地中P的去除過程包括植物根系吸收、生物作用過程、吸附和沉淀等，其中植物吸收微生物代謝和物理、化學作用較吸附和沉積作用要低，其主要通過對不溶性磷的吸附和沉積作用來實現(xiàn)P的去除。植物吸收的無機磷可通過定期對植物的收

9、割去除，物理化學作用對無機磷的去除，主要是可溶性的無機磷很容易與基質中的Al3+、Fe3+、Ca2+ 等發(fā)生吸附與沉淀反應。［10］</p><p>　　2 前處理工藝設計</p><p>　　2.1 污水進水水質和出水要求</p><p>　　按照城鎮(zhèn)生活污水水質一般范圍，可認為生活污水水質狀況如下：</p><p>　　BOD 150-

10、-250 mg/l（取中間值200 mg/l）；</p><p>　　SS 200--300 mg/l（項目取中間值250 mg/l）；</p><p>　　NH3—N 30--40 mg/l（取中間值35 mg/l）；</p><p>　　P 8--10mg/l（取最大值10 mg/l）。</p><p>　　查國家統(tǒng)計局關于福建省2010

11、年人均用水量192L/人（取200L/人），本項目為設計一10戶型城市生活小區(qū)人工濕地，擬進水量為10m³/d。</p><p><b>　　2.2出水要求</b></p><p>　　當污水處理廠出水引入稀釋能力較小的河湖作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等用途時，執(zhí)行一級標準的A標準。［2］</p><p>　　BOD： 10

12、mg/l；</p><p>　　SS： 10mg/l； </p><p>　　NH3—N： 15mg/l；</p><p>　　P： 0.5mg/l。</p><p>　　2.3 預處理設計及選型</p><p><b>　　2.3.1 化糞池</b></p>

13、<p>　　化糞池有效容積應為污水部分和污泥部分容積之和，并宜按下列公式計</p><p><b>　　算：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Vw ——化糞池污水部分容積(m3)；</p><p>　　Vn ——化糞池污泥部分容積(m3)；<

14、/p><p>　　qw ——每人每日計算污水量(L/人·d), 查國家統(tǒng)計局關于福建省2010年人均用水量192L/人（取200L/人）；</p><p>　　tw ——污水在池中停留時間(h),應根據(jù)污水量確定，宜采用12 h～24 h,一般取12h；</p><p>　　qn——每人每日計算污泥量(L/人·d)，見表2-2,取0.7L；</

15、p><p>　　tn ——污泥清掏周期應根據(jù)污水溫度和當?shù)貧夂驐l件確定，宜采用(3～12)個月，考慮夏季惡臭及成本取6個月；</p><p>　　bx ——新鮮污泥含水率可按95%計算；</p><p>　　bn ——發(fā)酵濃縮后的污泥含水率可按90%計算；</p><p>　　Ms ——污泥發(fā)酵后體積縮減系數(shù)宜取0.8；</p>&

16、lt;p>　　1.2——清掏后遺留20%的容積系數(shù)；</p><p>　　m ——化糞池服務總人數(shù),本項目設計為50人；</p><p>　　bf ——化糞池實際使用人數(shù)占總人數(shù)的百分數(shù)，可按表2-3，取70%</p><p><b>　　可得，</b></p><p>　　Vw=3.5m³，Vn=0.0

17、7056m³</p><p>　　V=Vw+Vn=3.57m³</p><p>　　表2-1 化糞池每人每日計算污泥量（L）</p><p>　　表2-2 化糞池使用人數(shù)百分數(shù)</p><p>　　化糞池距離地下取水構筑物不得小于30m?；S池距建筑物距離不宜小于5m，以保持環(huán)境衛(wèi)生的最低要求。因此，本項目將化糞池設于地下

18、室或室內樓梯間底下, 但一定要做好通氣、防臭、防爆措施［3］。</p><p>　　2.3.2格柵［4］</p><p>　　污水首先通過粗、細自動格柵再進入集水井，粗格柵柵距為20mm,主要去除較大雜質，細格柵柵距3mm，主要去除較小雜質。格柵位于格柵池內，格柵池內再備有一套人工水力格柵。當自動格柵需要維修時使用人工格柵，人工格柵間距為15mm。</p><p>

19、<b>　　設計參數(shù)：</b></p><p>　　設計流量QMAX=84.2m3/d。柵前流速v1=0.7m/s，過柵流速v2=0.9m/s</p><p>　　柵條寬度s=10mm，格柵間隙d=20mm</p><p>　　柵前部分長度0.5m，格柵傾角α=60°,進水渠展開角α1=20 °</p><

20、;p><b>　　草圖如下：</b></p><p><b>　　圖2-1</b></p><p><b>　　2.3.3格柵池</b></p><p>　　格柵池停留時間60分鐘，有效容積V1為：</p><p>　　V1=≈0.42 m3

21、 </p><p>　　在生活污水進入沉砂調節(jié)池前設置一道人工格柵，用以去除生活污水中的軟性纏繞物、較大固顆粒雜物及漂浮物，從而保護后續(xù)工作水泵使用壽命并降低系統(tǒng)處理工作負荷。</p><p>　　格柵池是為了安置自動粗細格柵，生活污水通過格柵后流入調節(jié)池。</p><p><b>　　2.3.4調節(jié)池</b></p>

22、<p>　　本項目污水流量為10m³/d，取生活污水流量總變化系數(shù)Ks為3.0，則Q=30m³/d，停留時間取8h。</p><p>　　則，容積為V=30÷24×8=10m³</p><p>　　調節(jié)池長寬設2.5×2.5m，有效水深為h=V/(B×L)=1.6m</p><p>　

23、　調節(jié)池配置污水提升泵，參數(shù)如下</p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　3 人工濕地參數(shù)設計計算</p><p>　　3.1 濕地表面積的計算</p><p><b>　　計算公式：</b></p><p>　　As=(Q×（lnCo－

24、lnCe）)/(Kt×d×n)［5］</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　As——濕地面積（m2） Q——流量（m3/d），流量為10 m3/d。 Co——進水BOD（mg/l），進水BOD為200mg/l。 Ce——出水BOD（mg/l），出水BOD為10mg/l。 Kt——與溫度相關的

25、速率常數(shù)，Kt＝1.014×（1.06）（T－20），T假定為25，則Kt=1.357。 d——介質床的深度，一般從60－200cm不等，大都取100－150cm，項目取120cm。 n——介質的孔隙度，一般從10－40％不等。</p><p>　　表3—1 人工濕地面積計算表</p><p>　　可見，填料床孔隙度的大小對人工濕地面積的影響較大。一般項目預計介

26、質的孔隙度為30%，則人工濕地面積約為61.32m2。</p><p>　　通過表面積確定濕地床體的幾何尺寸．濕地床長度一般為20 m～50 m。過長，易造成濕地床中的死區(qū)，且使水位難于調節(jié)，不易植物的栽培。濕地長寬比也不應過大，建議控制在3：1以下，通常采用1：1；土壤為主的系統(tǒng)，應小于1：1．濕地床底坡一般取1％ ～8％，需根據(jù)基質性質及濕地尺寸加以確定，對以礫石為基質的濕地床一般取2％［9］。</p&

27、gt;<p>　　本項目采取長寬比為2:1的兩池式垂直流人工濕地。</p><p>　　長為8m,寬為4m,總面積A=8×4×2=64m2>61.32m2,滿足要求。</p><p>　　3.2水力停留時間及表面負荷</p><p>　　3.2.1 水力停留時間的計算 </p><p><b>

28、;　　計算公式：</b></p><p>　　t=v×ε/Q 其中，</p><p>　　T——水力停留時間（d）  v——池子的容積（m3），容積為V=㎡×1.2m=76.8m3，  ε——濕地孔隙度，濕地中填料的空隙所占池子容積的比值，需實驗測定，本項目按30%計；  Q——平均流量（m3/d），假定流量為

29、10m3/d。</p><p>　　則：水力停留時間（d）=2.30d=55.2h。</p><p>　　查《人工濕地污水處理技術規(guī)范》，垂直流人工濕地水力停留時間為1-3d，滿足要求。</p><p>　　3.2.2表面水力負荷計算</p><p><b>　　計算公式：</b></p><p>

30、;<b>　　HLR=Q/A</b></p><p>　　Q——平均流量（m3/d），假定流量為10m3/d。</p><p>　　As——濕地面積（m2）,A= 64.0m2。</p><p>　　則,HLR=0.156m3/ m2.d。</p><p>　　查《人工濕地污水處理技術規(guī)范》，垂直流人工濕地水力負荷應小于

31、1.0 m3/ m2.d，滿足要求。</p><p><b>　　3.2.3管道設計</b></p><p><b>　　管道設計原則：</b></p><p>　?。?）穿孔管的長度應與人工濕地單元的寬度大致相等。管孔密度應均勻，管孔的尺寸和間距取決于污水流量和進出水的水力條件，管孔間距不宜大于人工濕地單元寬度的10%。

32、</p><p>　?。?）穿孔管周圍宜選用粒徑較大的基質，其粒徑應大于管穿孔孔徑。</p><p>　　4 結構設計及填料的選擇</p><p>　　4.1 進出水系統(tǒng)的布置</p><p>　　濕地床進水時需盡量保證配水的均勻性，多采用多孔管或三角堰等。垂直流濕地常采用多孔管進水，架設在床面上或埋于床體底部，埋于床面底部的缺點是配水調節(jié)

33、較為困難。因而，多孔管設于高出床面0.5 m左右，以防床面淤泥和雜草積累而影響配水［6］。</p><p>　　濕地的出水系統(tǒng)可采用溝排、管排、井排等方式，設計時應考慮受納水體的特點、濕地系統(tǒng)的布置及場地條件等因素．為有效的控制濕地水位，垂直流人工濕地排水系統(tǒng)一般是在基質層布設穿孔集水管，并設置旋轉彎頭和控制閥門．對于嚴寒地區(qū)，進出水管的設置需考慮防凍措施，并在系統(tǒng)的必要部位設置控制閥和放空閥。</p>

34、;<p><b>　　4.2 填料的使用</b></p><p>　　基質的選用過程中通常需要考慮以下幾個因素：</p><p>　　(1)具有良好的吸附性能和離子交換性能(2)基質的粒徑不宜過大或過小，粒徑太小，基質的水力傳導率較小，容易造成堵塞，形成地表漫流；粒徑太大，單位體積內微生物可附著的面積較小(3)有利于生物膜的形成和更新，有利于提高有機物和

35、氮的去除效率(4)價廉</p><p>　　表層填料厚度0.1m，處理區(qū)填料厚度0.5m，下層鋪設夯實厚度0.6的黏土層作為防滲層，總厚度1.2m。</p><p>　　表4-1 填料層一覽表</p><p>　　4.3植被的選擇原則</p><p>　　（1） 植物在具有良好的生態(tài)適應能力和生態(tài)營建功能；</p><p&

36、gt;　　篩選凈化能力強、抗逆性相仿,而生長量較小的植物,減少管理上尤其是對植物體后處理上的許多困難。一般應選用當?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。</p><p>　?。?）植物具有很強的生命力和旺盛的生長勢；</p><p><b>　　① 抗凍、抗熱能力</b></p><p><b>　　②抗病蟲害能力</b><

37、;/p><p>　?、蹖χ車h(huán)境的適應能力</p><p>　?。?）所引種的植物必須具有較強的耐污染能力；</p><p>　　水生植物對污水中的BOD5?COD?TN?TP主要是靠附著生長在根區(qū)表面及附近的微生物去除的，因此應選擇根系比較發(fā)達，對污水承受能力強的水生植物。</p><p>　　（4）植物的年生長期長；</p>&

38、lt;p>　　人工濕地處理系統(tǒng)中常會出現(xiàn)因冬季植物枯萎死亡或生長休眠而導致功能下降的現(xiàn)象，因此，應著重選用常綠冬季生長旺盛的水生植物類型。</p><p>　?。?）所選擇的植物將不對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構成威脅，具有生態(tài)安全性；</p><p>　?。?）具有一定的經(jīng)濟效益、文化價值、景觀效益和綜合利用價值［7］。</p><p>　　由于所處理的污水不含有毒、有

39、害成分,可以考慮其綜合利用。而作為景觀人工濕地以及垂直流人工濕地植物對養(yǎng)分的需求情況分析，本項目主要采用風信子、美人蕉、燈芯草、菖蒲以及花葉蘆荻。每平方米栽種8－10穴，每穴栽水竹、蕨草2－3株，美人蕉1－2株。</p><p>　　表4-2 植物費用表</p><p>　　由以上可以看出，濕地植被需投資657元左右，此外，還可就地取材選用本地植物以保持濕地的多樣性。</p>

40、<p>　　4.4造價粗估及運行管理</p><p>　　4-3 預計所需費用</p><p><b>　　運行管理：</b></p><p>　　1、配水問題，對于較小人工濕地處理系統(tǒng)常用的進水裝置是穿孔的PVC管，長度與濕地寬度相當，均勻穿孔，孔間距為濕地寬度的10%［5］；</p><p><b

41、>　　2、通風問題；</b></p><p>　　3、污水管沒有90度彎頭，用45度斜管接，污水里面雜質多，以讓污水排的更流暢；</p><p>　　4、及時清洗填料，嚴格防止?jié)摿鞫氯?lt;/p><p>　　5、及時收割填料上的植被；</p><p>　　6、可請物業(yè)單位安排一個兼職，定期管理系統(tǒng)。</p>&

42、lt;p>　　參 考 文 獻</p><p>　?。?］ 白玉華,章小軍,雷志洪等.垂直流人工濕地凈化機理及工程實踐［J］.北京工業(yè)大學學報,2008,34（7）：761-766.</p><p>　?。?］ GB50015城市污水處理廠污染物排放標準.</p><p>　?。?］ 室外排水設計規(guī)范.</p><p>　?。?/p>

43、4］ 鄭銘，劉宏，陳萬金.環(huán)保設備［M］.化學工業(yè)出版社［M］.化學工業(yè)出版社，2011:1-5.</p><p>　?。?］ 崔理華，盧少勇.污水處理的人工濕地構建技術［M］.化學工業(yè)出社,2009:146-152.</p><p>　　［6］ 室外排水設計規(guī)范.</p><p>　?。?］ 謝 嬌，鮑建國，易振輝.人工濕地植物特性的研究及植物配置分析［J］

44、.化學工程與裝備，2011,（4）:164-166.</p><p>　?。?］ 唐受印.廢水處理工程［M］.化學工業(yè)出版社,2012：15-19.</p><p>　?。?］ 李忠衛(wèi)，王全金，李 麗.垂直流人工濕地設計工藝概述［J］. 華東交通大學學報,2008,25(3):40-43.</p><p>　?。?0］ 白玉華,章小軍,雷志洪等. 垂直流人工濕地