生活污水人工湿地设计方案

生活污水人工湿地设计方案（初稿）人工湿地的净化机理：对SS：湿地系统成熟后，填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量的SS被填料和植物根系阻挡截留。对有机物：有机污染物通过生物膜的汲取、同化及异化作用而被除去。对N、P：湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其四周的环境中依次出现好氧、缺氧、厌氧状态，保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为养分汲取，而且还可以通过硝化、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。一、污水水质（一）、作为生活污水处理的主体工程。依据城镇生活污水水质一般范围，可认为东升镇生活污水水质状况如下：COD250—350mg/l（项目取中间值300mg/l，需监测核实）；BOD150--250mg/l（取中间值200mg/l）；SS200--300mg/l（项目取中间值250mg/l）;NH3—N30--40mg/l（取中间值35mg/l），P8--10mg/l（取最大值10mg/l）；水量依据5000m3/d设计。（二）、作为生活污水处理厂的后续工程。一般镇区均须要建设二级污水处理厂，依据城镇污水处理厂的出水标准，如东升镇二级污水处理厂达标排放，则污水处理厂出水应执行广东省《水污染排放限值》(DB4426--2001)中其次时段中的二级标准：COD60mg/l；BOD30mg/l；SS30mg/l;NH3—N15mg/l，P1mg/l；水量依据5000m3/d设计；作为生活污水处理厂的后续工程，人工湿地的处理压力要小得多，且水平潜流式人工湿地对氨氮的处理效果不如垂直流人工湿地，本项目暂不深化分析此项。二、出水要求东升镇生活污水最终出水预料进入北部排灌渠，依据《中山市水环境功能区水质爱护规定》（中府［1997］115号）的功能区划，该渠符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ类水体要求，因此人工湿地出水应执行广东省《水污染排放限值》(DB4426--2001)中其次时段中的二级标准；为：COD100mg/l；BOD30mg/l；SS30mg/l;NH3—N15mg/l，P1mg/l。三、处理效率东升镇（拟）实行以挺水植物系统为住的潜流湿地类型，依据大量的试验数据表明，在正常状况下，潜流型人工湿地污染去除率为：COD>80%；BOD85--95%,可达到10mg/l;；SS<20mg/l;NH3—N>60%，P>90%，农药及细菌>90%。因此东升镇生活污水流经人工湿地后，其水质为：COD<72mg/l；BOD<20mg/l；SS<20mg/l;;NH3—N<14mg/l，P1mg/l，符合广东省《水污染排放限值》(DB4426--2001)中其次时段中的二级标准。四、处理工艺考虑到生活污水中的污染物浓度普遍不高，预处理可不设稳定塘，只设格栅间、集水井；因SS浓度相对高，为避开发生堵塞，可置多孔管和三角堰，并定期取出填料清洗，可有效防止堵塞；工艺流程如下：进水----格栅间----集水井----三角堰---多孔管---提升泵----水平式表面流湿地---水平潜流式湿地---出水五、参数设计(一)、多孔管基本参数多孔管可采纳管式五孔管（φ25×5/76），单孔孔径25mm，有效孔径76mm，可有效防止堵塞。（二）、集水井基本参数集水井设计规模为5000m3/d，约折合208.3m3/h，按水力停留时间HRT为1.5h计，集水井容积应为312.5m3，考虑到集水井进水口应高于地面20—50cm，集水井初步设计为L×B×H=10m×8m×5m。（三）、泵参数型号125-230C，流量237.6m3/h，两台，一用一备。扬程7.3m,转速1480（r/min）,功率11KW，效率74%，工作时间24h/d。（四）、人工湿地基本参数

1、湿地表面积的预料

计算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)

其中As为湿地面积（m2）

Q为流量（m3/d），假定流量为5000m3/d。

Co为进水BOD（mg/l），假定进水BOD为200mg/l。

Ce为出水BOD（mg/l），假定出水BOD为20mg/l。

Kt为与温度相关的速率常数，Kt＝1.014×（1.06）（T－20），T假定为25，则Kt=1.357。

d为介质床的深度，一般从60－200cm不等，大都取100－150cm，项目取120cm。

n为介质的孔隙度，一般从10－40％不等。

表5—1人工湿地面积计算表

孔隙度10％20％30％40％

湿地面积（m2）70701353512356717675

可见，填料床孔隙度的大小对人工湿地面积的影响较大。一般项目预料介质的孔隙度为30%，则人工湿地面积约为23567m2，其中，水平湿地面积为20167m2，垂流式湿地面积为3400m2，

2、水力停留时间计算

计算公式：t=v×ε/Q

其中t：水力停留时间（d）

?????v：池子的容积（m3），容积为V=23567m2×1.2m=28202.4m3，

?????ε：湿地孔隙度，湿地中填料的空隙所占池子容积的比值，需试验测定；本项目按30%计，

??????Q：平均流量（m3/d），假定流量为5000m3/d。

则：水力停留时间（d）=1.697d=40.7h。

3、水力负荷计算

计算公式：HLR=Q/As

Q=5000m3/d。

As=23567m2。

则HLR=0.2122m3/m2.d。

4、水力管道计算

计算公式V＝πR2×S＝Q/t

V：流量

R：管径

S：流速，0.5m/s

Q：总流量，Q=5000m3/d。

t：停留时间，t=1.697d=40.7h。

可以计算出R=0.1474m，可用D30的水利砼管管道，也可以用D30的不锈钢管。

5、平面设计

（1）水平潜流湿地

水平表面流湿地一般长宽比约为10：1，而水平湿地面积约为20167m2，As1=L×B=10B×B=20167m2，B=44.91m，取45m；L约等于449.1m，取450m，As1=L×B=450m×45m。

（2）潜流湿地

潜流湿地面积约为3400m2，可用下式计算：

AS2=Q×(lnC0—lnCe)/(Kt×Dn)

但由于整个湿地系统是依据整体计算，无法用BOD的初始浓度和出水浓度单独进行计算，潜流湿地床长度过长,易造成湿地床中的死区,且使水位难于调整,不利于植物的栽培，L:B一般限制在1—3之间,为便于管理，潜流湿地最好与水平流湿地同宽，因此B=45m；则L=75.6m，取80m，As2=L×B=80×45=3600m2。6、结构设计

（1）进出水系统的布置：

湿地床的进水系统应保证配水的匀称性，一般采纳多孔管和三角堰等配水装置。进水管应比湿地床高出0.5m。湿地的出水系统一般依据对床中水位调整的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管，并设置旋转弯头和限制阀门以调整床内的水位。

（2）填料的运用：

水平表面流湿地床由两层组成，表层土层，厚0.4m，砾石层铺设厚度0.2m，总厚度0.6m；潜流湿地床由三层组成表层土层、中层砾石、下层小豆石(碎石)，钙含量在2~2.5kg/100kg为好；土层0.4m，砾石层铺设厚度0.5m。下层铺设厚度0.3m，总厚度1.2m，人工湿地填料主要组成、厚度及粒径分布见表5—2：人工湿地填料分析表

（3）潜流式湿地床的水位限制：床中水面浸没植物根系的深度应尽可能匀称。

表5—2人工湿地填料分析表

填料层水平表面流湿地潜流湿地

土壤层石英砂，厚0.4m，粒径2—6mm石英砂，厚0.4m，粒径2—6mm

中间层砾石，厚0.2m，粒径5—8mm砾石，厚0.5m，粒径5—8mm

底层/碎石，厚0.3m，粒径8—10mm

7、植被选择

（1）．选用原则

1.1植物在具有良好的生态适应实力和生态营建功能；

筛选净化实力强、抗逆性相仿,而生长量较小的植物,削减管理上尤其是对植物体后处理上的很多困难。一般应选用当地或本地区自然湿地中存在的植物。

1.2植物具有很强的生命力和旺盛的生长势；

①抗冻、抗热实力

②抗病虫害实力

③对四周环境的适应实力

1.3所引种的植物必需具有较强的耐污染实力；

水生植物对污水中的BOD5?COD?TN?TP主要是靠附着生长在根区表面及旁边的微生物去除的，因此应选择根系比较发达，对污水承受实力强的水生植物。

1.4植物的年生长期长

人工湿地处理系统中常会出现因冬季植物枯萎死亡或生长休眠而导致功能下降的现象，因此，应着重选用常绿冬季生长旺盛的水生植物类型。

1.5所选择的植物将不对当地的生态环境构成威逼，具有生态平安性；

1.6具有肯定的经济效益、文化价值、景观效益和综合利用价值。

由于所处理的污水不含有毒、有害成分,可以考虑其综合利用。(2)．配置分析

2.1依据植物类型分析

2.1.1漂移植物

漂移植物中常用作人工湿地系统处理的有水葫芦、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。

2.1.2根茎、球茎及种子植物

这类植物主要包括睡莲、荷花、马蹄莲、慈姑、荸荠、芋、泽泻、菱角等。

2.1.3挺水草本植物类型

这类植物包括芦苇、茭草、香蒲、旱伞竹、皇竹草、藨草、水葱、水莎草、纸莎草等，为人工湿地系统主要的植物选配品种。依据这类植物的生长特性，它们即可以搭配种植于潜流式人工湿地，也可以种植于表流式人工湿地系统中。

2.1.4沉水植物类型

沉水植物一般原生于水质清洁的环境，其生长对水质要求比较高，因此沉水植物只能用作人工湿地系统中最终的强化稳定植物加以应用，以提高出水水质。

2.2原生环境分析

依据植物的原生环境分析，原生于实土环境的植物如美人蕉、芦苇、灯心草、旱伞竹、皇竹草、芦竹、薏米等，其根系生长有向土性，可配置于表面流湿地系统和潜流湿地土壤中；如水葱、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生长已经适应了无土环境，因此更相宜配置于潜流式人工湿地。

2.3养分需求分析

依据植物对养分的需求状况分析，由于潜流式人工湿地系统填料之间的空隙大，植物根系与水体养分接触的面积要较表流式人工湿地广，因此对于养分需求旺盛、植株生物量大、一年有数个萌发高峰的植物如香蒲、菖蒲、水葱、水莎草等植物相宜栽种于潜流湿地；而对于养分生长与生殖生长并存，生长缓慢，一年只有一个萌发高峰期的一些植物如芦苇、茭草等则配置于表面流湿地系统。

2.4适应力分析

一般高浓度污水主要集中在湿地工艺的前端部分。因此前端工艺部分一般选择耐污染实力强的植物，末端工艺由于污水浓度降低，可以考虑植物景观效果。表5—3水平表面流——潜流复合型湿地植物选择及搭配表

植物类型水平表面流型潜流型备注

漂移植物水葫芦、浮萍水葫芦少量

根茎、球茎睡莲、荷花//

挺水植物芦苇、美人蕉、灯心草芦苇、菖蒲、水葱、纸莎草主要植被

沉水植物///

（3）、植被选择投资分析

本项目采纳水平表面流——潜流复合型湿地系统，植被包括漂移植物、根茎、球茎、挺水植物等，其中以挺水植物为主；植物种类包括水葫芦、浮萍、芦苇、睡莲、荷花、芦苇、美人蕉、灯心草、菖蒲、水葱、纸莎草等；其安排及投资分析如表5—4：

表5—4水平表面流——潜流复合型湿地植物安排及投资分析表

植物水葫芦睡莲荷花芦苇美人蕉灯心草纸莎草菖蒲水葱

数量（苗）8万2万2万10万4万10万1万1万1万

单位价格0.055.03.00.350.90.250.60.30.3

合计（万）0.41063.53.62.50.60.30.3

由以上可以看出，湿地植被需投资27.2万左右（浮萍可就地获得，未计入总成本）。

六、管理及劳动定员

（一）、管理重点

1、配水问题，潜流便利；

2、潜流湿地考虑砌隔墙，使流态接近志向推流；

3、通风问题；

4、回流，各个构筑物最好能设回流管，以免检修时能排空池体中的水；

5、污水管没有90度弯头，用45度斜管接，污水里面杂质多，以让污水排的更流畅；

6、刚好清洗填料，严格防止潜流堵塞；

7、刚好收割填料上的植被。

（二）、劳动定员

由于人工湿地相对污水处理厂管理便利，运营成本大幅度下降，劳动定员可初定为3人（1000元/月.人）即可。

七、工程数量

挖方：Q11=L×B×H=450m×45m×0.9m+80m×45m×1.5m=23625m3；

填方：Q12=80m×45m×1.2m+450m×45m×0.6m=16470m3；

道路Q13=L×B×H=（530×2+45×2）m×6m×0.4m=2760m3；

集水井Q14=L×B×H=10m×8m×5m=400m3；

出水井Q15=L×B×H=10m×8m×4m=320m3；

基质（混凝土）：Q16=L×B×H=530m×45m×0.3m=7155m3；

工程量为Q=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15=43575m3；Q16为底层基质（防渗层）。

八、主要经济指标

工程总投资448.6万元，其组成如下：

植被：27.2万；

土方：43575m3×40元/立方（计机械）=174.3万；

基质（混凝土）:7155m3×200元/m3=143.1万；

设备安装及人工：（174.3+143.1）×25%=79.4万；

运输费用：（174.3+143.1+27.2）×1%=3.4万；

工程管理费用：（174.3+143.1+27.2+3.4+79.4）×2.5%=10.6万；

不行预见费用：（174.3+143.1+27.2+3.4+79.4）×2.5%=10.6万.

由以上可以得知：

人工湿地单位水量投资897.2元/m3

单位水用电量0.0528千瓦时/m3

单位水量正常运营成本0.0628元/立方=0.0428元/m3+0.02元/m3

近年来，各种水处理技术在实际应用中取得了不断的发展，特殊是作为二级处理的活性污泥法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成为城市污水处理的主流工艺，但传统的活性污泥不仅基建投资大，运行费用高，且主要以去除碳源污染物为目的，对氮、磷等养分物质的去除则微乎其微，经处理后的出水排入水体后仍将引起“富养分化”等环境问题。三级处理虽可解决上述问题，但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广。同时事实也说明，单纯依靠传统的人工处理方法在我国当前的状况下尚难以从根本上解决水污染问题，只能延缓其发展趋势。70年头以来，人工湿地处理技术的提出和发展，为综合解决上述问题供应了一种新的选择。人工湿地是一种人工建立和监督限制的与自然湿地相类似的地面，是人为地将石、砂、土壤等一种或几种介质按肯定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统[1]。由于人工湿地具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点]，因而受到世界各国的普遍重视，成为近年来发展较快的一种污水处理新技术。但是，由于人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，尤其在我国人工湿地污水处理技术的发展及其应用时间还相对较短，还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段；人们对其的相识较少，加之存在很多亟待解决的问题，因而人工湿地的应有潜力未能得到深化挖掘。人工湿地系以人工建立和监督限制的、与沼泽地相类似的地面，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用以达到对污水的净化。此种湿地系统