湿地进水预处理工艺方案.docx

人工湿地进水预处理工艺方案一、工艺背景人工湿地具有投资低、能耗低、出水水质好，有较强的脱氮除磷功能以及运行管理方便等特点。人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物3种作用。然而，保持湿地系统的持续运作能力非常重要，目前人工湿地在运行中容易出现的一个问题是基质阻塞。随着基质的逐渐阻塞，湿地的水力传导性也降低，从而影响水流路径（如促进表面流动），最终也影响到湿地的处理效果和运行寿命。造成湿地堵塞的主要因素是基质材料、湿地植物、进水污染物负荷和有机物积累等，其中最主要的原因是进水污染物负荷过高，包括水体中悬浮物的影响和有机污染负荷的影响。因此，在整个湿地系统设计时必须考虑到进水预处理工艺，如果没有预处理工艺系统来降低无机颗粒物和有机污染负荷，则湿地会因堵塞降低处理效率，严重时在很短时间内会造成整个湿地的瘫痪。二、工艺重要性1、降低进水污染物负荷预处理工艺不仅能够高效降低湿地进水中悬浮物含量，尤其是造成湿地堵塞的不可生物降解的悬浮物，而且能削减水体中有机污染负荷，降低湿地堵塞的可能性。在许多国家和地区，人工湿地技术常常被推荐用于污水三级处理，对于污染程度较重的水体，在进入湿地前至少要经过前期预处理。2、提高湿地系统处理效率预处理工艺可以使进水中含有更多的溶解氧（厌氧条件加速湿地堵塞）或进行一定程度的氧化反应，从整体上提高系统的处理效率，另一方面预处理的好氧氧化反应能使污水中的含氮有机物发生氨化和硝化反应，提高了系统的除氮效果。3、弥补湿地冬季运行效率低在低温季节湿地中微生物的活性受到影响，代谢速度缓慢，不仅影响出水水质，而且由于进水中有机物的降解速率减小，致使部分有机物在填料中逐渐累积，加速湿地堵塞的进程。预处理工艺能够通过较为稳定的处理效率，保证整个系统的出水水质不会出现较大的波动。三、工艺可行性1、预处理工艺效果分析目前湿地进水常用的预处理措施中核心技术多为生物接触氧化组合工艺，大幅度降低来水中有机物含量，减少了人工湿地系统处理负荷，避免了湿地易堵塞的现象，延长了湿地运行时间，可以使污水达到相关排放标准。2、降低污水中悬浮物含量Bouwer等推荐进水中悬浮物的最大值宜控制在20mg/L以下，负荷相当于8g/(m2d)。付贵萍等采用该取值范围内的进水悬浮物负荷，系统运行5年未出现堵塞现象。本项目中污染水体中悬浮物含量最大为43mg/L，远超过上述推荐的悬浮物负荷，所以必须采取预处理工艺降低悬浮物含量，使其达到合理取值范围内，这样来控制湿地系统的堵塞。3、降低污水中有机物负荷据相关工程研究显示，正常运行条件下湿地基质不发生堵塞的有机物负荷上限为25 gCOD/(m2d)。本项目中有机物负荷初步估算范围约为30.2960.58gCOD/(m2d)，超过适宜的控制范围，所以需采取预处理工艺来降低有机物负荷。4、冬季湿地运行效率低由于湿地系统中微生物和植物的生长代谢在低温条件时会受到不利影响，从而导致湿地出水水质不稳定，鉴于此需通过湿地前端的预处理工艺来弥补这方面的不足，从而保证系统即使在低温条件下运行同样能够使出水达到设计要求。据相关资料报道，在挪威（冬季最低气温经常在-10以下），有预处理工艺的人工湿地系统，冬季的运行效果和其他季节没有明显不同；同样在国内，有预处理工艺的大港油田污水人工湿地处理系统在寒冷季节湿地运行效果变化不显著。由此可见，冬季低温对人工湿地处理效果造成的不利影响完全可以通过设计合理的预处理工艺来弥补。四、工艺设计边界条件COD（mg/L）BOD（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）进水水质60.5830(假定)4321.63出水水质40102012五、技术路线调节池/水解酸化格栅人工湿地接触氧化池污水六、工艺设计1、调节池1.1、功能说明调节池设计的功能不仅具有水量和水质调节功能，更重要还具有水解酸化池的功能，该处水解酸化池功能有两个最为显著的特点：其一，水解池取代了传统的初沉池，水解池对有机物的去除率远远高于传统的初沉池，更为重要的是经过水解处理，污水中的有机物不但在数量上发生了很大变化，而且在理化性质上发生了更大变化，使污水更适宜后继的好氧处理，可以用较少的气量在较短的停留时间内完成净化；其二，这种工艺在处理污水的同时，完成了对污泥的处理，使污水、污泥处理一元化，可以从传统的工艺过程种取消消化池。作为一种替代的处理工艺，在总的停留时间和能耗等方面比传统的活性污泥要有很大的优势。1.2、设计参数（1）水解池容积 V=KZQHRT 式中：V水解池容积，m3; KZ总变化系数，本次取值按1.0计算； Q设计处理水量，m3/h； HRT水力停留时间，h，取6h； 则V=1.041.66=249.6 m3水解池分为4格，每格的长为6.5m，宽为3.2m，池中有效水位深度为3.0m，则每格水解池容积为62.4 m3，4格水解池总体积为249.6 m3。（2）水解池上升流速校核反应器高度为：H=4m，反应器的高度与上升流速之间的关系如下：= QA = HHRT = 46 =0.67（m/h）水解反应器的上升流速=0.51.8 m/h，符合设计要求。（3）配水方式 采用总管进水，管径为DN100，池底分支式配水，支管为DN50，支管上均匀排布小孔为出水口，在支管两侧45方向开孔，孔径为20mm，支管距离池底200mm，均匀布置在池底。（4）出水堰的形式出水收集系统设在水解池的上部，采用UPVC自制90三角堰出水。（5）泥位控制每池距池底0.8m处分别设计2根排泥管，管径为DN200，每根排泥管均匀设置20个孔口，每根排泥管服务面积为10.4m2。（6）填料布置在水解酸化池设计布置软性填料，既增加了微生物量，又可以防止污泥上浮。填料选择的主要依据就是作为生物载体填料的比表面积，在目前繁多的填料中，纤维填料（比表面积是其他填料无法比拟的）是较理想的生物载体。尤其是在水解酸化池，它既保证了尽可能最大限度地将水中悬浮物等生物吸附在填料上，又不会造成填料的堵塞（弹性立体填料较容易堵塞）。因此，本方案中填料择优选择碳素纤维生态草，布置量为500根。2、生物接触氧化池2.1、功能说明 生物接触氧化工艺其技术实质是在生物反应池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。其结构包括池体、填料、布水装置、曝气装置和排泥、放空装置。2.2、设计参数（1）填料容积负荷本方案中按下列公式计算系统的填料容积负荷：Nv = 0.2881 Se0.7246 = 0.2881100.7246 = 1.528kgBOD5/(m3d)式中：Nv接触氧化的填料容积负荷，kgBOD5/(m3d)； Se系统出水BOD5值，mg/L；（2）污水停留时间污水与填料的接触时间为6h；（3）池体尺寸设计池体有效容积V=641.6/0.85 = 293.6m3，取294m3；水体有效水深3.0m；池体表面积A=V/H = 294/3 = 98 m2；分为2格氧化池，每格氧化池面积A1 = A/2 = 49.0m2；单个池体宽度B为5.0m，则长度L为9.8m；单个氧化池超高h1为0.3m，稳水层高度h2为0.5m，底部构造层高度h3为0.8m，填料层布置高度h4为1.7m，池体总高度H为3.3m；（4）填料选择设计本设计采用碳素纤维生态草，碳素纤维因为质轻、结实、不易被腐蚀等特点而被叫做是“21世纪的先端技能材料”，因为同时具备了质轻、优秀的机械性能（高强度、高弹性）、碳的特征（导电性、耐热性、低热膨胀率、化学稳定性、自身润滑性以及高热传导性）的特点而被广泛应用。用于水处理领域的碳素纤维与一般工业用的纤维不同，是经过浆纱过程特殊处理的、能够在水中迅速蔓延开的纤维。它是由直径7微米的长丝集合而成。一旦放入水中便迅速散开，再加上其各自表面上都有细微的凹凸结构，从而形成巨大的比表面积。比表面积可达16000 m2/ m2，这是国内目前其他填料不可比拟的。碳素纤维生态草具有使用寿命长、充氧性能好、启动挂膜快、脱膜更新容易、耐高负荷冲击、处理效果显著、运行管理简便、不堵塞等优点。其主要技术参数如下：单个碳素纤维生态草长度为65cm，宽度为40cm，共含120束，碳纤维重量为20g。共设计布置碳素纤维1200根。碳素纤维安装：采用悬挂支架，将碳素纤维固定在安装支架上，形成填料层。（5）需氧量计算Q气 = D0Q = 181000=18000m3/d = 12.5 m3/min；式中：Q气 需氧量，m3/d； D0 1 m3污水需氧气量，m3/ m3，一般为1520 m3/ m3； Q 污水日平均处理量，m3/d；曝气采用鼓风曝气，微孔曝气设备敷设于池底，距池底0.3m。（6）进、出水设计接触氧化池进水采用配水渠，来水由水解酸化池直接进入配水渠，配水渠尺寸为：LBH=101.81.0=18.0m3，其中槽宽B取0.8m，H为1.25B=1.0m，L与池体同宽取10m。接触氧化池出水采用集水槽，集水槽过堰负荷控制在23L(sm)。（7）排泥管设计每格氧化池距池底0.1m处分别设计3根排泥管，管径为DN200，每根排泥管均匀设置32个孔口，每根排泥管服务面积为16.3m2，坡度约为2%。排泥管同时具有氧化池水体放空功能，便于维修养护。3、工艺景观功能设计 工程设计时考虑到周边环境的景观要求，可以配合生态浮岛技术来营造良好的景观效果。生态浮岛是利用生态工学原理，降解水中的污染物且兼具景观美化和生态净化的功能性浮岛。生态浮岛通过水生植物的生长降解水体中的污染物，在人们不断提倡生态环保的情况下，城市水域的自然景观状况也越来越受到重视；七、工艺投资序号项目名称单价（元）数量小计（万元）备注1碳素纤维生态草264170044.882曝气设备5.6选用常规鼓风曝气设备即可3生态浮岛300601.8数量根据设计需求确定4土建、管道和池体建筑27.85按照常规费用投资估算5合计80.13八、效益分析1、减小占地面积按照目前国内潜流湿地设计参数与工程运行经验，日处理1000 m3污水量所需占地面积约为20003000m2，为了保证湿地运行稳定和延长运行时间，宜采用3000m2。采取本方案设计的预处理工艺，由于湿地进水中污染物负