农村城镇人工湿地优化与设计

武汉工业学院毕业设计开题报告 设计题目: 农村城镇人工湿地优化与设计姓 名 费天柱学 院 化环学院专 业 环境工程学 号 071302224指导教师 刘霖 2011年 4月 15日农村城镇人工湿地优化与设计1、人工湿地1.1人工湿地的发展概况人工湿地是最近20年来发展起来的的一种污水处理技术，充分发挥了资源的的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。人工湿地是通过模拟和强化自然湿地功能，将污水有控制地投配到土壤（填料）经常处于饱和状态且生长有芦苇、香蒲等水生植物的土地上，污水沿一定方向流动的过程中，在耐水植物和土壤（填料）的物理、化学和生物的三重协同作用下，污水中有机物通过过滤、根系截留、吸附、吸收和植物光合、输氧作用，促进兼性微生物分解来实现对污水的高效净化。1.2人工湿地的优点（1）不需要建居住区外的排水管道，投资省（2）预处理设施+人工湿地，可以分建或合建，可利用河塘边坡、绿化地，不占或少占良地。（3）人工湿地可与小区绿化有机结合，栽种观赏植物，成为小区的一个景观，可谓一举多得。（4）人工湿地净化出水水质优于城镇污水处理厂污染物排放控制标准的二级标准。可直接排入到环境水体，也可作小区景观水体的补充水，或用来农灌、浇花草。在水资源缺泛地区是一种水资源循环利用的有效措施。（5）污水处理过程中地形允许，可利用污水排放的水位差势能，无须动力提升，故无运行能耗，只需少量定期维护管理的人工费，如果考虑到沼气的回收，还有一定的收益。若排放水体水位高，则需架设水泵排水，付少量运行费。1.3在农村选用人工湿地的必要性农村生活污水以往都是作为农田肥料来使用的，生活污水中的有机物在农田中被农作物吸收，转化为农作物的营养物质，很少流失到水体中去，因此，对环境影响不大。但随着我国经济社会的快速发展，农民经济收入的不断提高，农民的生活方式也发生了巨大的变化，随着自来水的普及，卫生洁具、洗衣机、沐浴设施等走进平常百姓家。农村的人均日用水量和生活污水排放量急增，产生了大量生活污水；其肥效亦大大降低，又因卫生要求，很难用作农肥了，同时由于化肥的大量使用，减少了传统的农家肥的使用。造成农村生活污水失去了消化途径，使近年来农村生活污水的无序排放，成为农村环境的重要污染源，造成农村河道水体变黑发臭、鱼虾绝迹、蚊蝇孳生。生活污水中病菌虫卵引起疾病传播，使群众的身体健康受到极大的影响。人工湿地在农村的运用这正是对这种现状的有效缓冲和处理。人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，正适用于农村的污水处理。2、研究的主要内容2.1设计对象此次以湖北省夷陵区龙泉镇新农村建设香烟村实验基地生活污水为对象，含大量细小悬浮状生活垃圾、SS,水质预计BOD、COD、N、P指标较高，预计处理流量100m/d。此试验基地地处湖北省西部地区，属丘陵和平原接壤地形，常年雨水量平均且较少，气候温和，适合人工湿地单一化生态系统作物的生长。2.2传统人工湿地工艺分析人工湿地处理污水的核心技术是湿地床体，但是人工湿地工艺系统分前置预处理和湿地床体两部分。人工湿地工艺分析也分预处理系统分析和人工湿地床体类型分析。2.2.1预处理系统分析传统人工湿地预处理系统有Septic Tank系统和Imhoff Tank 系统，但是这两种传统预处理工艺皆不能有效去除SS，尤其在有机物含量较高的情况下，ST-CW系统和IT-CW系统经常遇到堵塞问题。将厌氧池作为预处理系统与人工湿地相结合的组合工艺是最近发展起来的有效工艺。相对于以上两种传统预处理工艺，厌氧池占地面积小，可减少30%-60%的有效占地面积，对SS的去处率可提高30%-50%，可有效防止堵塞现象，当然厌氧池也存在对有机物去除效果有限的缺点，但是可以由对有机物及营养物质有高效去除效果的后续人工湿地弥补。2.2.2人工湿地床体系统分析（1）自由表面流人工湿地这类人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等特点，但是占地面积较大、水力负荷率较小、去污能力有限而且系统运行受气候条件影响较大、水面冬季易结冰、夏季易生蚊蝇、散发臭气。（2）水平潜流人工湿地这类人工湿地水力负荷与污染负荷较大，氧源于植物根运输、BOD、COD、SS、重金属等污染指标的去除效果较好。而且很少有恶臭和藻生蚊蝇现象，但是控制相对复杂，脱氮除磷效果也不如垂直人工湿地。（3）垂直潜流人工湿地这类人工湿地硝化能力高于水平潜流人工湿地，占地面积较其它类型湿地要小，处理效果高，整个系统可以完全建在地下，地上可以建成绿地和配合景观规划使用。但是操作控制相对复杂，夏季易生蚊蝇。2.3工艺的优化与分析2.3.1优化工艺的确定 考虑到湖北省夷陵区龙泉镇新农村建设香烟村实验基地生活污水水质水量变化较小、SS及有机物含量高的特点，此设计运用厌氧池解决了传统ST-CW 和IT-CW人工湿地工艺常见的堵塞问题，并运用人工湿地的高有机物去除效果弥补厌氧池的有机物有限处理能力。实验基地生活污水成分比较简单， 主要是有机物质和营养盐，如N, P 等，人工湿地系统可以有效去除这类物质，使出水达到排放要求。按照工程设计和水体流态的差异，人工湿地污水处理系统可以分为表面流湿地、水平潜流湿地和垂直流湿地3 种主要类型，各类型在运行、控制等方面的诸多特征存在着一定的差异。水平潜流湿地和垂直流湿地相比， 表面流湿地具有较高的水力负荷和比较好的运行环境状况， 其中水平潜流湿地对BOD，COD 等有机物和重金属的去除效果较好， 垂直流湿地对N，P的去除效果较好。对于人口密度大、耕地资源紧张而且环境要求高的苏南农村地区， 水平潜流湿地和垂直流湿地显然更为合适。单级湿地很难有高的TN 去除率， 因为它们难以同时形成好氧和缺氧2 种环境。垂直流湿地可有效去除NH4+-N， 因为垂直流尤其是垂直下行流湿地中，污水从表面纵向流入填料床底，床底处于不饱和状态，O2通过大气扩散与植物根传递进入湿地，硝化能力强，因此适于处理NH4+-N 含量高的污水。但垂直流不易去除NO3-N，处理有机物能力欠佳，而且落干/淹水的时间长，夏季易孳生蚊蝇，而水平流对于后者有较好的表现。因此，本组合工艺湿地部分选择水平潜流和垂直流相结合的方式，构成两级湿地。一级为水平潜流湿地，二级为垂直流湿地。优化方案简称厌氧池- 两级复合型潜流人工湿地。主要工艺流程如下：进水 一一格栅一一三格沉淀池一一厌氧池一一 一级环形水平潜流湿地一一二级矩形垂直潜流湿地一一出水预处理系统： 进水一一格栅一一三格沉淀池一一厌氧池一一二级人工湿地床体系统：一级环形水平潜流湿地一一二级矩形垂直潜流湿地一一出水2.3.2优化工艺流程简图工艺流程简图如下：厌氧池三格沉淀池简易格栅一级环形水平潜流湿地二级矩形垂直潜流流湿地 2.3.3优化工艺优点分析（1）二级复合型湿地的运用整体上较传统ST-CW 和IT-CW工艺各方面处理能力更高。（2）预处理采用厌氧池系统，克服了传统工艺处理高SS污水易堵塞的缺点，且考虑到人工湿地弥补了厌氧池有机物成分处理效果低的劣势，整体上并没有降低总系统处理效果。（2）设计采用环形水平流湿地，从水力学角度上改善了传统矩形水平流潜流湿地工艺布水不均匀、出现死角、等缺点。（3）厌氧池的运用，一定程度上改善了人工湿地系统占地面积大的缺点；环形湿地的运用减少了30%到60%床体占地面积。3、设计提纲第一章：绪论第二章：工艺分析与方案优化选取第三章：工艺设计第四章：工程实施第五章：参考文献第六章：总结4、进度计划第一周：查资料，同时撰写开题报告；第二周：开题，准备相关的书记文献，设计手册等；第三周第十周：做设计，选择合理的设计方案；第十一周：整理资料，写论文；第十二周：论文校对，装订，交老师评阅，准备答辩5、参考文献1严戈.人工湿地系统处理干旱地区农村生活污水的应用研究D北京化工大学.20082张克强.杨丽等 适合农村分散处理的廊道式人工湿地设计参数研究J西北农业学校 2008.3王久贤.白泥坑人工湿地水力学计算研究J广东水力水电.1997.4许光荣.复合垂流式人工湿地对污水中氮去除效果研究D武汉大学.2004.5王爱萍.人工湿地处理污水的研究J四川环境2005.6 阮红权， 杨海真. 构造人工湿地技术及其应用J. 江苏环境科技， 2004， 17(3)： 35 - 37.7 陶静, 汪德爟. 小型复合流人工湿地的设计及对有机物去除效率的分析J. 水电站设计, 2004, 20(2): 90 - 92.8 梁继东, 周启星, 孙铁珩. 人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析J. 生态学杂志, 2003, 22(2): 49 - 55.9 于少鹏, 王海霞, 万忠娟, 等. 人工湿地污水处理技术及其在我国发展的现状与前景J. 地理科学进展, 2004, 23(1):22 - 29.of work, relationships, need and possibility, put quality first. Improve structure,