「污水处理厂尾水人工湿地处理工程设计方案」.doc

参照 温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂 尾水人工湿地处理工程 工程设计方案 二零一三年八月二零一三年八月二零一三年八月 参照 温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂 尾水人工湿地处理工程 工程设计方案 二零一三年九月 参照 目目 录录 第一章第一章 总论总论 1 1 1 项目概况 1 1 2 设计依据 1 1 3 设计内容 2 第二章第二章 项目背景项目背景 3 2 1 区域概况 3 2 2 项目意义 7 第三章第三章 水处理工艺选择水处理工艺选择 9 3 1 污水深度处理常规工艺 9 3 2 人工湿地 稳定塘组合工艺 10 3 3 工艺确定 14 第四章第四章 总体设计总体设计 17 4 1 总体设计理念 17 4 2 工程任务和规模 17 4 3 应急设计 18 4 4 预期效果 18 4 5 设计特色 18 第五章第五章 水处理设计水处理设计 19 5 1 设计原则 19 参照 5 2 水质设计 19 5 3 水处理流程 19 5 4 水量平衡 20 5 5 平面与高程 21 5 6 填料与植物 21 5 7 水处理区域公共工程 21 5 8 水处理季节影响预测 22 第六章第六章 生态与景观设计生态与景观设计 24 6 1 设计原则 24 6 2 形式设计 24 6 3 芦苇设计 24 6 4 声 色设计 25 第七章第七章 工程设计工程设计 26 7 1 水处理工程设计 26 7 2 生态景观工程设计 30 7 3 电气设计 33 第八章第八章 环境保护环境保护 34 8 1 环境效益 34 8 2 环境影响 34 8 3 环境保护措施 35 8 4 结论 36 参照 第九章第九章 投资概算投资概算 37 9 1 编制说明 37 9 2 投资概算 38 9 3 运行与维护费用 41 9 4 资金筹措 41 参照 第一章第一章 总论总论 1 1 项目概况项目概况 一 项目名称 温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂尾水人工湿地处理工程 二 项目建设单位 温岭市东部产业集聚区开发建设实业有限公司 三 项目设计单位 四 项目建设地点 温岭市东部产业聚集区 北片 U2 地块 五 项目建设投资 1182 69 万元 六 项目主要目标 利用人工湿地 稳定塘组合工艺处理温岭市东部产业聚集区 北片 污水处理厂尾水 出水达到 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中规定的一级 A 标准及以上 以芦苇为主要植物元素构建兼具水处理 生态 景观 休闲功能的人工湿地园 1 2 设计依据设计依据 1 中华人民共和国环境保护法 1989 年 12 月 2 中华人民共和国水污染防治法 2008 年 6 月 1 日 3 城市节约用水管理规定 1988 年 12 月 4 国务院关于落实科学发展观 加强环境保护的决定 国发 2005 39 号 5 浙江省生态省建设规划纲要 浙政发 2003 23 号 6 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 7 国家环保部人工湿地污水处理工程技术规范 HJ2005 2010 8 地表水环境质量标准 GB3838 2002 9 室外排水设计规范 GBJ50014 2006 10 室外排水工程结构设计规范 GBJ69 84 11 泵站设计规范 GB50265 2012 12 建筑地基基础设计规范 GB 50007 2002 参照 13 建筑结构荷载规范 GB 50009 2001 14 钢筋混凝土结构设计规范 CBJ10 89 15 低压配电装置及线路设计规范 CBJ57 83 16 园林设计施工技术手册之植栽规范 17 温岭市东部产业集聚区提供的其他资料 1 3 设计内容设计内容 本方案为温岭市东部产业聚集区 北片 污水处理厂尾水人工湿地处理工程设计 设计范围为湿地进水口起至水排入中升河止 设计内容为设计范围以内的水处 理工艺 土建与控制以及湿地生态景观 本设计分析了由于工程建设可能产生的环境效益 估算了本项目的总投资 参照 第二章第二章 项目背景项目背景 2 1 区域概况区域概况 本工程项目位于温岭市东部产业集聚区北片 所处区域规划前为温岭市东海塘围区 2 1 1 地形 地貌和地质地形 地貌和地质 1 地形地貌 温岭市东部产业集聚区属典型的滨海平原地貌 涂面比较平坦 无深大海沟及暗礁 涂面平均高程 1 2m 且由西向东倾斜 西侧涂面黄海高程 最高 2 8m 东侧涂面平均高程 0 5m 堵港最低涂面高程 10m 2 地层岩性 东部产业集聚区内出露基岩主要为侏罗系上统 J3 晶屑玻屑熔结凝灰岩 凝灰岩 玻屑熔结凝灰岩 流纹斑岩等 分布于沿海岛屿 覆盖层主要 为第四系海积 坡残积和冲湖积堆积物 3 地质构造 东部产业集聚区位于华南褶皱系 地质构浙东南褶皱带 东南褶中温州 临海拗陷 海拗陷的黄岩 象山断拗 山断拗皱东部 区内断裂 褶皱均不发 育 区内新构造运动主要表现为大面积间歇性整体抬升 地震主要受东南沿海地震带的影响 地震活动强度和频度均较低 属温州 黄岩稳定亚区 根据 中国地震 动参数区划图 GB18306 2001 工程区地震动峰值加速度为 0 05g 地震动反应谱特征周期 岩基为 0 35s 软基为 0 65s 2 1 2 气象和水文气象和水文 1 气候 气象 温岭市属亚热带季风气候 受海洋影响明显 气温适中 年平均气温 17 3 最热的七月气温在 33 35 之间 最冷的一月气温 6 2 6 7 多年平均蒸发量 1292 0mm 年平均降雨量 1660 0mm 全年有两个雨季 5 6 月为梅雨期 7 9 月为台风暴雨期 冬季晴冷少雨 2 水文特征 东部产业集聚区以有陆河流和内陆湖泊为 走向顺构造多为南北 东西向 以箬兴湖和东昇湖和纵横河道为主 其间以新区纵河 东山前浦 东新街浦连接 围 垦后的低洼水面形成了龙门湖和东湖 东部产业集聚区内境内地下水资源丰富 主要为松散岩类孔隙水和基石裂隙水 水质状况良好 水位深埋一般小于 1m 个别地段 2 3m 常见于井 泉和地下库 出水量为 100 1000 m3 d 局部可达 1000 5000m3 d 矿化度一般小于 1g L 参照 2 1 3 水质条件水质条件 1 地表水质现状 温岭市环境监测站于 2010 年 8 月份对东部产业集聚区内河流进行的地表水质量现状监测显示 东部产业集聚区内纵河水质现状较差 高锰酸盐指数 BOD5数值 为 类水质标准 氨氮 DO 和 TP 数值均为劣 类水质标准 区内的水环境污染物主要为有机物 水质超标的主要污染因子为 DO CODCr BOD5 NH3 N 和 TP 超标主要原因为规划前东海塘围区内的围垦和养殖排水 2 污水处理规划 目前温岭市东部产业集聚区 北片 正处于建设阶段 因此每天用水量较小 主要用于居民生活用水及公共建筑用水 根据东部产业集聚区北片中长期规划 预 计到 2015 中期 和 2025 年 远期 区内污水排放量分别为 0 97 万 t d 和 1 79 万 t d 且主要为工业污水 因此在区内规划建造污水处理厂 设计规模为近期 10000t d 和远期 18000t d 设计出水水质达到 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中规定一级标准中的 B 级标准 目前 温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂正处于施工阶段 2 1 4 社会经济条件社会经济条件 1 温岭概况 温岭市地处浙江东南沿海 南连温州 北接台州市区 全市陆域面积 926 平方公里 海域面积 1079 平方公里 辖 5 个街道 11 个镇 人口 116 万 2009 年温岭 市国民生产总值 498 7 亿元 位居全国县域经济基本竞争力百强县市第 15 位 中小城市综合实力居全国第 30 位 2 东部产业集聚区概况 东部产业集聚区位于温岭市东部滨海区域 是温岭沿海开发建设的重点区域 分为南片 中片和北片三部分 南片规划控制区面积 2158 公顷 重点建成高效便 捷的行政服务区 高档现代的商业商务集聚区 龙门湖湿地公园休闲旅游度假区 省级新能源产业基地 汽摩配产业基地 仓储物流与港口配套区 打造成为滨海新 城的重点核心区 中片用地 535 公顷 积极打造现代农业示范基地 现代农业观光园区 成为滨海新城的重点生态区 北片规划控制区面积 1003 公顷 大力发展泵 与电机产业区 海洋生物产业区 中小企业孵化园区等重点产业区块 打造成为滨海新城的重点工业区 2 1 5 项目现场现状项目现场现状 本项目区域位于温岭市东部产业集聚区 U2 地块内 总占地面积约 70 亩 紧邻温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂 地块南侧为集聚区 24 街 东侧为公 路 西面为废弃海堤 北侧为中升河道 暂未开挖 项目用地现阶段为闲置状态 芦苇等植物覆盖面积达到 80 以上 总体呈现出四周稍高 中间低洼的地势 雨 量充沛时低洼区域容易积水形成水塘 目前 项目现场周边已经有厂房开工建设 现场如下列图所示 参照 图图 2 1 温岭市东部产业集聚区位置温岭市东部产业集聚区位置 图图 2 2 项目区块在东部产业集聚区内的位置项目区块在东部产业集聚区内的位置 图图 2 3 地块现状远景图地块现状远景图 项目区域 集聚集聚 集聚区北片 参照 图图 2 4 地块内低洼区域地块内低洼区域 图图 2 5 地块周边建设现状地块周边建设现状 2 2 项目意义项目意义 1 尾水深度处理是城市污水回用的基本要求 城市污水经处理净化后 可以回用于农业 工业 市政用水 景观娱乐 补充地表水和进行地下水回灌 以及工业用水的循序使用 循环回用等 一般而言 城 市污水厂去除的对象主要为 COD BOD5 SS 和氮磷营养物质等 根据现有的二级处理技术 如活性污泥法等 净化功能对城市污水所能达到的处理程度 大多数污 水厂二级出水存在着有机物和氮磷排放不达标的问题 此外 还可能含有细菌和重金属等有毒有害物质 这样的水质不适于直接回用 必须对其进一步深度处理 以 更好的去除城市污水处理厂出水中剩余的污染成分 只有经过深度处理后的城市污水处理厂尾水 才能达到回用水的水质要求 2 尾水深度处理有利于集聚区 北片 长远发展 温岭市东部产业集聚区内水资源相对贫乏 产业区内水资源基本靠附近几个水库调入为主 且随着温岭市东部产业集聚区经济的发展 工业企业的数量增加 城 市人口的增加 生活污水也逐渐增多 如果这些工业污水和生活污水未经过深度处理就近排出会造成严重污染 所以建设温岭市东部产业集聚区北片污水处理厂并进 行尾水深度处理就显的尤为重要 3 尾水深度处理有利于提高附近水体质量 附近东昇湖是东部产业集聚区的景观湖 它同时接纳温岭市东部产业集聚区的工业污水和城市生活污水 随着温岭市东部产业集聚区的开发和发展 污水处理设 参照 施的不配套 附近的东昇湖水质将受到严重破坏 温岭市东部产业集聚区北片污水处理厂和尾水深度处理系统建成后 污水经过处理后可以直接减少每年进入附近东 昇湖的污染物总量 对于保护东昇湖和周边水域的水环境质量起着重要的保护作用 4 尾水深度处理有利于提高片区居民生活质量 污水处理厂尾水直接排入到附近水体中不仅会对区域水环境质量产生危害 也会直接威胁到温岭市东部产业集聚区人民生活环境 尾水深度处理工程建设实施后 对减轻集聚区北片的自来水供求压力 改善温岭市东部产业集聚区群众生活质量具有重要意义 综上所述 建设温岭市东部产业聚集区 北片 污水处理厂尾水处理工程符合浙江省温岭市东部产业集聚区开发的战略 是温岭市东部产业集聚区经济发展的需 要 是社会安定团结的需要 是环境保护的需要 工程的建成必将给温岭市东部产业集聚区经济的腾飞 环境的改善 人民生活质量的提高带来新的变化 因此 建 设温岭市东部产业聚集区 北片 污水处理厂尾水处理工程具有十分重要的意义 参照 第三章第三章 水处理工艺选择水处理工艺选择 3 1 污水深度处理常规工艺污水深度处理常规工艺 3 1 1 深度处理常规工艺种类深度处理常规工艺种类 污水深度处理以处理方法的理论基础为依据可分为物理法 物理化学法 化学法和生物化学法 一般采用滤池 混凝沉淀法去除悬浮物和大分子的有机物 用生 物处理技术 臭氧氧化和活性炭吸附去除溶解性有机物 臭氧氧化和活性炭吸附还能够有效去除色度 嗅味 用臭氧和投氯来杀灭细菌 目前 我国城市污水深度处 理由以下技术优化组合而成 混凝 沉淀 澄清 气浮 过滤 活性炭吸附 超滤膜法 半透膜法 微絮凝过滤法 接触氧化过滤法 生物快滤池法 流动床生物 氧化消化法 离子交换 反渗透 臭氧氧化 氯吹脱 折点加氯等 表 3 1 为目前较为常用的污水深度处理技术 表表 3 1 深度处理技术单元技术深度处理技术单元技术 污染物质 污染指标可供选择的深度处理方法 COD TOC 生物氧化 活性炭吸附 化学氧化 离子交换 微电解 亚甲基蓝活性物质泡沫分离 活性炭吸附 生物氧化 反渗透 有机物有毒物质化学氧化 活性炭吸附 硝酸盐生物脱氮 离子交换 反渗透 电渗析 氨氮吹脱 生物氧化 离子交换 反渗透 电渗析 溶解性物质 无机物 磷酸盐混凝 沉淀 生物氧化 总溶解性固体离子交换 反渗透 电渗析 蒸馏 COD 氮 磷 炭 混凝 气浮 沉淀 过滤 微电解 厌氧与好氧生物处理有机物 病毒 病原体混凝 气浮 沉淀 过滤 化学氧化 生物氧化 矿物质混凝 沉淀 过滤 悬浮物质 无机物 金属化学氧化 混凝沉淀 过滤 以上各深度处理技术由于去除污染物的机理各不相同 去除的污染物对象也各不相同 一般来说 混凝沉淀用于分离水中的油类 纤维 藻类以及一些低密度杂 质 活性炭吸附可用于去除大多数有机物和某些无机物 包括可能有毒的痕量金属 痕量有机物等 膜技术可以去除细菌 病毒 溶解性有机物和磷等 总体而言 这些深度处理工艺对来水水质和水量变动都具有一定的适应性 可取得稳定的处理出水水质 参照 3 1 2 深度处理常规工艺成本深度处理常规工艺成本 目前 所采用的污水深度处理技术 虽然能对污水中的污染物取得较好的去除效果 处理出水能达到相应的回用水水质标准的要求 但是 污水深度处理及回用 技术并没有在我国广泛开展 制约城市污水回用发展的主要因素之一就是回用水处理的运行成本 从表 3 2 可以看出 虽然经深度处理过的污水能回用于各部门 但 其投资成本和运行费用也很高 一般来说 深度处理的基建与运行费用一般约为相同规模二级处理厂的 2 3 倍 能源和物料消耗更大 正是由于回用水的成本太高 才导致城市污水回用的发展和推广受到限制 难以普及 表表 3 2 城市污水深度处理出水水质 回用部门及费用情况城市污水深度处理出水水质 回用部门及费用情况 费用比 深度处理工艺出水水质回用部门 工程运行 砂滤SS 10mg L BOD5 10mg L 混凝 砂滤SS 10mg L BOD5 10mg L 农业灌溉 工业冷却用水 城市杂用水 景观娱乐用水 回灌地下水 1 4 1 81 4 1 8 活性炭 混凝 活性炭 浊度 0 5NTU 去除微量重金属 病原菌和病毒 除饮用水外的直接接触用水 注入底层后并入水网用水 等 3 0 4 03 0 4 0 活性炭 纳滤 活性炭 反渗透 浊度 0 5NTU 水质达到城市自来水水质标准 去除重金属 部分低分子有机污染物 缺水城市作居民饮用水 与自来水并网供作饮用水 锅 炉给水等 5 0 7 04 0 6 0 注 费用比是以常规二级污水处理厂的费用比为 1 作对比的 根据我国目前的发展水平 尾水深度处理处理技术工艺的选择应该适合国情 应以高效 低耗和低成本为主要标准 3 2 人工湿地人工湿地 稳定塘组合工艺 稳定塘组合工艺 3 2 1 人工湿地人工湿地 人工湿地主要由植物 基质 微生物构成 它利用基质 微生物及动植物群落的物理 化学及生物的相互作用 通过过滤 吸附 沉淀 离子交换 微生物分解 植物吸收等过程实现对污水中有机物 氮 磷等的去除 将人工湿地系统用于以污水深度处理工艺 其出水水质良好 有的可达到地表水质要求 根据水的流动状态 人工湿地系统分为自由水面系统 又称自由表面流湿地 潜流系统 又称潜流湿地 分为水平潜流系统和垂直潜流系统 1 自由表面流 污水从系统表面流过 氧通过水面扩散补给 这种类型的人工湿地具有投资少 操作简单 运行费用低等优点 而且该湿地系统与自然湿地最为类似 具有较高 参照 的生态效益 但这种湿地系统占地面积大 水力负荷率较小 去污能力有限 运行受气候影响较大 夏季有孳生蚊蝇的现象 图图 3 1 自由表面流人工湿地结构简图自由表面流人工湿地结构简图 a 平面图 平面图 b 剖面图 剖面图 2 水平潜流 水平潜流人工湿地污水从进口经由砂石等系统介质 以近水平流方式在系统表面以下流向出口 在此过程中 污染物得到降解 介质通常选用水力传导性良好的 材料 氧主要通过植物根系释放 水平潜流湿地的水力负荷和污染负荷较大 对污染物去除效果好 缺点是系统内氧含量较少 硝化效果不如垂直流人工湿地 图图 3 2 水平潜流人工湿地结构简图水平潜流人工湿地结构简图 a 平面图 平面图 b 剖面图 剖面图 3 垂直潜流 垂直潜流人工湿地系统该系统通常在整个表面设置配水系统 污水从表面纵向流向填料床底部 氧可以通过大气扩散和植物传输进入人工湿地 该系统有较高的 好氧处理能力 因此硝化能力强 为防止堵塞 填料级配复杂 建造要求高 落干 淹水时间长 操作相对复杂 图图 3 3 垂直流人工湿地结构简图垂直流人工湿地结构简图 a 平面图 平面图 b 剖面图 剖面图 人工湿地对污水处理及水质净化的应用很广泛 主要应用在以下方面 参照 雨水径流和农业径流净化 乡城镇农村生活污水处理和住宅中水回用 城镇污水处理厂尾水深度处理 工业废水处理 入湖 入江 入海河道末端处理 湖泊 池塘 公园和生活小区富营养化水体处理 人工湿地建立以后 除了人工栽培的高等植物外 野生动植物也会明显增多 首先是昆虫 随后是鸟类和爬行动物 再后是哺乳动物 逐渐成为一个完善的生态 系统 人工湿地植物一般为常绿植物 周年郁郁葱葱 人工湿地中又有观赏植物 花红柳绿 还有各种花草 所以很多人工湿地可以兼做公共娱乐区 生态公园 吸 引游客和附近的居民 是人们休闲娱乐的好地方 3 2 2 人工湿地 稳定塘组合人工湿地 稳定塘组合 人工湿地虽在脱氮除磷方面去除效果显著 但随着我国湖泊 河流富营养化的加剧 人工湿地受多因素的影响并不能达到标准要求 因此在湿地处理后加塘系统 对氮磷进行辅助去除 提高了氮磷去除率同时稳定出水 稳定塘是主要依靠自然生物净化功能的污水净化技术 污水在塘内缓慢流动 长时间的贮留 通过在污水中存活的微生物的代谢活动和包括水生植物在内的多种 生物的综合作用 使污水得以净化 按照占优势的微生物种属和相应的生化反应 可分为好氧塘 兼性塘 曝气塘和厌氧塘四种类型 好氧塘深度1 0m 上层阳光可透入 藻类光和作用供氧充足 而底层为厌氧状态 中层为兼性状态 厌氧塘深度 2 0m 有机负荷高 内部皆为厌氧 状态 曝气稳定塘深度大于 2 0m 由表曝机供氧并对塘水搅拌 控制藻类生长和光和作用 此外 还有一种用以处理二级处理出水的深度处理塘 多为大气复氧或 藻类光和作用供氧 其功能是进一步降低二级出水中残余的有机物 SS 细菌及氮磷等 还可在污水厂和接纳水体间起到缓冲的作用 为了避免二级出水氮磷含量较 高而引起接纳水体富营养化的现象 深度稳定塘越来越常用 稳定塘内部丰富的生态系统如图 3 4 参照 挺水植物漂浮植物 沉水植物 水生动物 沉积层 图图 3 4 稳定塘生态结构示意图稳定塘生态结构示意图 人工湿地与稳定塘的组合形式一般有 人工湿地 稳定塘 和 稳定塘 人工湿地 两种形式 在人工湿地前设置稳定塘的主要目的是降低湿地进水的 SS 降低湿地 床填料堵塞的可能性 同时有利于填料脱氮除磷的效果 在污水的深度处理中 由于污水处理厂出水中的 SS 含量已经较低 因此污水可以直接进入人工湿地 利用 深度处理稳定塘接纳人工湿地的出水 此时水中氮磷等污染物的浓度已经较低 稳定塘能够更加有效的发挥其脱氮除磷的作用 此外 人工湿地和稳定塘的组合前后 位置还与现场的地势条件有一定关系 3 2 3 人工湿地 稳定塘组合系统应用实例人工湿地 稳定塘组合系统应用实例 1 慈溪市域污水处理 一期 工程北部人工湿地 慈溪市北部污水处理厂人工湿地工程为污水处理厂的深度处理环节 使出水达到 城镇污水处理厂排放标准 GB18918 2002 一级 A 标准 另外 该项目将构 建一个类似城市湿地公园的区域 使湿地环境能够兼具野生和园林的自然特征 北部污水处理厂配套人工湿地项目投资 4814 万元 处理规模 10 万 t d 占地 86 公顷 1290 亩 其中湿地 60 公顷 稳定塘占地 28 公顷 由潜流湿地 复合潜 流湿地 稳定塘 强化滤床湿地串联而成 尾水从工程湿地二级提升泵站提升 输送到人工湿地一 二级配水井后进入复合潜流湿地 污水经过两级复合潜流湿地处 理后进入稳定塘系统处理 再进入强化滤床水平流湿地 通过集水渠进入紫外消毒池消毒后 最终排入十塘横江河 图图 3 5 北部污水处理厂人工湿地工艺流程图北部污水处理厂人工湿地工艺流程图 该人工湿地建成后 COD 去除效率可达到 60 85 NH3 N 去除效率可达到 70 80 TN 去除效率可达到 40 60 TP 去除效率可达到 40 70 2 常州市武南污水处理厂生态湿地 常州市武南污水处理厂生态湿地作为污水处理厂的提标试点工程 进一步降解污水处理厂尾水氮磷等污染物 使污水处理厂尾水更好地回归大自然 减少了武南 参照 河乃至太湖流域环境污染负荷 生态湿地工程概算总投资 1000 万元 处理规模 10 万 t d 占地约 6 6 公顷 其中水域面积约为 2 8 公顷 湿地设计分一 二 三级功能降解池 四级降解景观池 四个部分 图图 3 6 武南污水处理厂生态湿地工艺流程图武南污水处理厂生态湿地工艺流程图 武南污处理厂排放尾水经人工湿地沉积 过滤 吸附 生物降解 硝化和反硝化作用处理后 将之回用为武南河景观环境用水 每天可为武南河补充水源 4 万立 方米 每年削减 COD NH3 N TN 和 TP 污染物削减能力分别为 365 吨 29 2 吨 109 吨和 4 38 吨 3 3 工艺确定工艺确定 3 3 1 工艺确定原则工艺确定原则 1 水处理达标原则 本项目的主要目的是处理污水处理厂的尾水 水中污染物主要为有机物 污染物浓度低 需要净化的水量大 处理后出水水质要求高 水质指标主要为 COD5 NH3 N TN 和 TP 根据设计进水水质和出水水质要求 结合用地面积和工程规模等多因素进行综合考虑 视工程的具体条件 选择合适的水质净化工艺 保证整个出水水质良好 水质净化工艺选择必须做到 水质净化设施出水水质应满足国家和地方现行的有关标准 法规和规定 积极慎重地采用经实践证明行之有效的新技术 新工艺 新材料和新设备 在去除有机污染的同时 除磷脱氮也有较好的效果 采用生态型新工艺 新技术 体现水质净化设施与生态工程措施相结合 污染物去除与景观效果相结合的原则 2 经济廉价可行原则 应充分考虑工程进水水质指标和出水水质指标要求 比较后优先采用基建投资少 运行费用低 低能耗的成熟处理工艺 2 生态原则 因地制宜发展人工湿地 稳定塘 生物浮岛等处理技术 重视河岸植被建设 构建河流生态走廊 在水域内 种植各种喜水 耐水植物 发展水生动物 提高水 域生物净化功能 既可降低费用 又可实现对污水处理工程难以处理或处理费用较高的污染物的有效控制 既具有景观效应 又可改善局域气候 提高生物多样性保 护等生态功能 3 整体景观原则 参照 工程设计中应考虑景观美学要求 合理规划河岸带宽度 控制污染 突出景观设计 尽显回归自然 将河道景观与周围环境有机地融为一体 满足居民的休闲娱 乐与亲水需求 将治理 净化 修复与环境景观美化有机统一 营造人水和谐的生态空间 3 3 2 工艺确定结论工艺确定结论 人工湿地水处理技术是近年来发展迅速的一种新型水处理技术 虽然占地面积大 但它具有建造成本低 运行费用小 操作维护简单 对氮磷去除效果好 对不 同类型污水适应能力强等特点 同时 成熟的人工湿地系统还具有一定的生态和景观功能 从技术经济角度看 利用人工湿地系统进行深度处理 与常规的物化及生 化方法处理工艺相比 有着其独特的优势 1 人工湿地处理污水的工程建设成本非常低廉 国内外同类经验与测算表明 对城市污水厂二级处理出水 利用传统的物化或生化方法处理在管网长度适宜 条件下 每日 10000m3回用水量以上工程的吨水投资应在 700 元以上 而潜流型人工湿地的吨水建设费用范围一般为 200 600 元 m3 2 人工湿地处理污水的运行成本非常低 由于无需曝气 投加药剂和回流污泥 也没有剩余污泥产生因而可大大节省运行费用 通常只需要消耗少量电能用 于提高进水水位 处理费用一般不会超过 0 15 元 m3 而传统深度处理工艺的运行成本通常为 0 5 元 m3以上 3 由于人工湿地基本上不需要机电设备 因此易于维护管理 同时还避免了高额的维护费用和一般污水厂在能耗过程中产生的 CO2 SO2等气体形成的大气 污染 同时 湿地植物还可以作为工业原料和生活资源 也是一笔可贵的经济资源 结合本项目的实际情况 本方案确定了垂直潜流湿地 稳定塘组合水处理工艺进行尾水深度处理 工艺确定原因主要基于以下几方面 1 国内湿地 稳定塘组合工艺作为城镇污水处理厂尾水深度处理工艺应用较成熟 已经有不少成功案例 且设计方负责或参与过类似项目的设计 2 根据温岭市东部产业集聚区相关部门的要求 将生态理念融入到水处理中 且在有限区域内营造出一定景观效果 并兼具一定休闲功能 本方案实施以后 能够同时满足以上要求 3 在有限的预算范围内 应该尽量降低本项目的直接投资费用和后续运行与管理费用 与传统的物化 生化水处理深度处理工艺相比 本方案的建设和运行 成本更低 4 根据温岭市东部产业集聚区规划 预留地约 70 亩用于温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂尾水深度处理 满足本方案占地面积的需要 参照 第四章第四章 总体设计总体设计 4 1 总体设计理念总体设计理念 1 环保至上 生态为先 处理尾水 保护周边地表水体是本项目所设计人工湿地园的首要功能 湿地园的建立必须遵守生态性原则 污水处理与生态构建相辅相成 前者为后者的稳定提 供保障 处于生态大背景之下的水处理工艺能够稳定 有效运行 且避免了传统污水处理的呆板和乏味 2 水力自流 立体湿地 湿地园整体结构为 一轴两翼 且 轴 低 翼 高 从而使得湿地园在立面上展开 污水流经 两翼 的垂直潜流湿地 汇入到 轴 上的稳定塘 最后出水进入河道 整个过程均利用构筑物的高程差自流 并且水在自流过程中经历多次表面跌水 整个湿地园的立体感不仅可感而且可观 3 协调配置 形神兼备 本设计将土生芦苇作为人工湿地园的首要植物元素 同时引进多种具有净水 景观作用的其他植物 利用不同植物的株高 色彩 形状的差异和 点 线 面 结 合的种植形式对植物进行优化配置 植物 水流等要素将陆地和水域有机串联起来 水陆相依的自然表现形式使得整个系统显得宽广 流畅 4 寓教于乐 人文乐园 静立于芦苇栈道之中 漫步于潺潺汀步之间 人们能感受到周围强烈的自然和生态气息 容易让人产生和谐 安宁的心境和豁然开朗的气度 此外 本湿地园的 设计体现了环保和生态的主题 对于环境保护和生态维护具有显著地宣传和教育意义 4 2 工程任务和规模工程任务和规模 4 2 1 工程任务工程任务 温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂二期建设运行后 尾水排放量约为 1 5 万 t d 排水执行 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中的一级 B 标准 尾水达标排放以后仍能够对周围地表水体产生很大的环境压力 甚至会造成严重的地表水污染 为整个区域的发展带来一定负面影响 为避免污水处理厂尾水直接排放造成周边区域地表水体污染 利用人工湿地 稳定塘组合工艺对尾水进行深度处理 使处理后的出水达到 城镇污水处理厂污染 物排放标准 GB18918 2002 中规定的一级 A 标准及以上 同时构建一个以芦苇为主要植物元素 兼具水处理 生态 景观 休闲功能的人工湿地园 4 2 2 工程规模工程规模 项目区域可用地面积共约 90 亩 总体设计分为水处理工程区和生态河道区 分别占地 75 亩 15 亩 水处理工程区中垂直潜流湿地占地 48 5 亩 稳定塘占地 16 5 亩 驳岸带 绿化带 道路及其他附属设施占地约 10 亩 主要建设垂直潜流湿地床 28 座 单元平面尺寸 36m 30m 稳定塘 3 座 单元规模 5100m3 缓冲池 1 座 规 参照 模 350m3 配水池 1 座 规模 320 m3 回流井 1 座 规模 108 m3 配 集 水渠 1260m 配水槽 14 座 芦苇岛 3 座 跌水曝气区 3 处 出水闸 3 座 驳岸带 740m 生态河道占地面积 15 亩 主要建设沉水植物塘一处 面积 150 m2 驳岸带 540m 亲水平台 1 座 生态浮床 150 m2 4 3 应急设计应急设计 发生应急事故后 关闭缓冲池进水管阀门 切断提升泵工作电源 关闭稳定塘出水闸门 打开中升河尾水直排管阀门 同时实时监测中升河水质变化情况 4 4 预期效果预期效果 1 设计尾水深度处理工程成功实施并正常运行后 出水达到 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中规定的一级 A 标准及以上 2 建成具有一定规模的人工湿地园 生态稳定 植被丰富 景观怡人 4 5 设计特色设计特色 本工程设计方案的设计特色有以下主要方面 1 本方案因地制宜的选取了可靠 价廉 流程简洁的尾水深度处理工艺 相较其他常规的尾水深度处理工艺显著降低了投资总额 并且运行费用低 管理轻松 2 本方案中的清水回流设计在同类污水处理案例中尚属首次 在不增加湿地总水力停留时间的条件下 回流清水进入湿地有利于降低湿地处理负荷 使湿地过 水更加均匀 增强脱氮效果 并能够缓解湿地床堵塞问题 3 本方案利用了具有自主知识产权的高效除磷基质作为主要填料 污水处理能力得到很大提升 4 本方案将水处理与生态和景观理念融合 在进行水处理的同时提升了周边的生态质量 周边环境的可持续生态结构因为水处理工程的实施得到了有力保障 5 本方案选择土生植物芦苇为首要植物元素 芦苇将污水处理 生态构建和景观营造有机结合 体现了整个人工湿地系统的完整性 参照 第五章第五章 水处理设计水处理设计 5 1 设计原则设计原则 1 工艺流程流畅 处理单元之间布置紧凑 节约用地便于管理 2 各相邻处理单元之间间距设计合理 节省各类管渠成本 并方便管渠施工和维修 3 确保污水一次提升后在各处理单元之间能藉重力自流 4 地面标高考虑土方平衡 雨水排放 防洪 防潮要求 5 2 水质设计水质设计 温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂排水执行 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中的一级 B 标准 水处理进水水质同于污水处理厂二级 排放出水水质 设计尾水深度处理工程成功实施并正常运行后 出水达到 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中规定的一级 A 标准及以上 设计进 出水水质主要指标见下表 表表 5 1 温岭市上马工业区污水处理厂尾水深度处理工程设计水质温岭市上马工业区污水处理厂尾水深度处理工程设计水质 指标 类别 CODCr mg L BOD5 mg L TN mg L NH3 N mg L TP mg L SS mg L 进水 60 20 20 8 15 1 0 20 出水 50 10 15 5 8 0 5 10 注 括号外数值为水温 12 时控制指标 括号内数值为水温 12 时控制指标 5 3 水处理流程水处理流程 1 流程说明 温岭市东部产业集聚区 北片 污水处理厂尾水接三通管 三通管一支接缓冲池 一支暗管直排入中升河 人工湿地正常运行时接中升河暗管阀门关闭 尾水进 入缓冲池后由泵送入人工湿地配水系统 湿地由两个并联系统组成 且每个系统串联为一 二两级垂直潜流湿地 尾水经过人工湿地两级处理后 出水由集水渠引导 跌入一级稳定塘 在稳定塘中停留一定时间后逐级跌水 稳定塘出水一部分进入集水池 回流至潜流湿地配水系统 其余通过闸门排入生态河道 最终由中升河排出 2 水处理工艺流程图如下 参照 污水处理厂尾水污水处理厂尾水 缓冲池缓冲池 配水系统配水系统 垂直潜流湿地垂直潜流湿地 回流回流 稳定塘稳定塘 回流井回流井 生态河道生态河道 中升河中升河 排出排出 图图 5 1 水处理工艺流程图水处理工艺流程图 5 4 水量平衡水量平衡 1 蒸发 温岭市年蒸发量约为 1292 0mm 即 3 5mm d 则蒸发量 Q 为 152m3 d 2 下渗 渗透系数为 1 5cm d 即 0 015m d 稳定塘每天渗透量 Q 为 165 m3 d 垂直潜流湿地做防渗不予考虑 蒸发下渗量 152 蒸发 165 下渗 317m3 d 3 湿地 稳定塘有效容积包括 垂直潜流湿地 Q A H n 30240 1 3 0 38 14939m3 H 为填料厚度 n 为孔隙率 稳定塘 浅水区水深 0 5m 占总面积的 1 10 深水区水深 1 5m 占总面积的 9 10 Q Q浅 Q深 A H e 1100 0 5 0 8 9900 1 5 1 0 15290m3 H 为 表面流水的深度 e 为有效水容积率 参照 合计有效容积为 30229m3 4 湿地 稳定塘系统晴天实际水力停留时间为 30229 15000 317 2 1d 5 5 平面与高程平面与高程 项目区域可用地面积共约 90 亩 规划分区为水处理工程区和生态工程区 分别占地 75 亩 15 亩 其中 水处理工程区中人工湿地占地面积 48 5 亩 稳定塘占地 面积 16 5 亩 驳岸带 绿化带 道路及其他附属设施占地约 10 亩 污水处理厂尾水依次经过缓冲池 配水池 配水渠 槽 一级垂直潜流湿地床 二级垂直潜流湿地床 一级稳定塘 二级稳定塘 三级稳定塘 生态河道 中升 河 三级稳定塘出水少部分进入回流井 再回流至配水池 除缓冲池 湿地配水系统和清水回流施加动力外 水均利用势能形成自流 平面布置和高程分别见附图 1 2 5 6 填料与植物填料与植物 1 填料 填料分为三个功能层 由上到下依次为覆土层 污水处理层和集水层 覆土层即湿地植物种植土层 污水处理层由两个亚层构成 上部为高效专用介质层 下部 为碎石层 前者主要用于除磷 后者主要用于脱氮 集水层填料主要为卵石 下部铺河砂层避免卵石与防渗土工布直接接触 2 植物 人工湿地植物主要选用土生芦苇 占整个植面积的 85 以上 芦苇是常见的湿地植物品种 污水净化能力强 且对盐碱土表现出一定的耐受性 除芦苇外 人工 湿地中还少量种植了再力花 美人蕉和香蒲三种既有污水净化又有景观效果的植物 以上四种植物位置和面积的配置衬托出了 芦苇生态湿地 的主题 又丰富了湿地植 物的多样性 同时有利于系统景观效果的营造 5 7 水处理区域公共工程水处理区域公共工程 1 给水工程 本湿地用水包括以下几方面 办公生活用水 道路 构筑物冲洗用水 绿化用水 消防用水 值班室用水由城市给水管提供 消防用水根据 建筑设计防火规范 规定计算 同一时间内的火灾次数按 1 次计 一次灭火用水量为 15L s 根据用水量需要 应 参照 从城市主干道上引入 DN100mm 的给水管 满足消防要求 给水管管材采用 HDPE 给水压力管 绿化及其他用水采用稳定塘出水 2 排水工程 主要为雨水排放 水处理区域内部雨水形成径流后最终汇入稳定塘 湿地外围雨水径流可能会对人工湿地地基产生冲刷或浸没 设计修建排水渠 使雨水排入中升河 5 8 水处理季节影响预测水处理季节影响预测 湿地的去污效率是受多种环境因子和各类建造管理措施的影响 为此 以各季节的原水特征变化为线索 分为春 夏 秋 冬四个时段进行预测 1 春季影响预测 春季原水水温为 13 25 前期湿地植物生长缓慢 微生物活性较弱 5 月以后湿地植物生长迅速 微生物系统趋于完善 由于硝化反应的适宜温度是 20 30 15 以下时 硝化反应的速率下降 因此 此季节二级污水处理厂出水氮要求主要形态为硝酸盐氮 在湿地内主要的除氮过程为反硝化 同时出水较高的 COD 可以为 湿地内反硝化提供更多的碳源 从而强化反硝化过程 因此 二级污水处理厂出水需要强化硝化工艺的运行 湿地脱氮效果更好 由于春季为植物生长初期 根系不发达 附着于根系的生物膜较少 根系层的微生态结构不完善 根系层微生态结构对硝酸盐的反硝化作用较弱 此时自由表面 流湿地水中腐烂植物较多 有机碳含量丰富 因此 自由表面流湿地中反硝化条件充足 反硝化效率较高 但腐烂的植物在春季释放磷 此时稳定塘对磷基本没有去 除 通过潜流湿地床湿地对磷的吸附 吸收达到较好的磷去除效果 两者串联时可以发挥湿地此时反硝化效果好达到除氮的效果 并为潜流湿地提供反硝化能量并弥 补其磷释放产生的负效应 2 夏季影响预测 夏季原水水温基本稳定在 25 28 期间 微生物活性高 湿地植物生长茂盛 根系发达 根系层附着的生物膜量超过稳定塘中的生物膜量 即根系层微生态结构 更为完善 因此 潜流湿地根系层微生态结构对硝酸盐氮的反硝化作用较强 超过了自由表面流湿地中生物膜的反硝化作用 因此 夏季潜流湿地较稳定塘脱氮效能 更强 夏季生物的快速生长会吸收一部分磷 但主要的除磷过程为填料层 根系层及其上微生态结构对磷的吸附 截留及共沉淀去除 该物化作用受其它因素干扰较 小 因此 两种类型工艺对总磷的去除效果在夏季都很理想 3 秋季影响预测 在秋季约 80 以上的时段里 原水水温都大于 20 上 故水温对微生物活性影响不大 11 月中旬以后 湿地植物的地上部分才彻底死亡 地下根茎的活性逐步减 弱 在水温不低于 20 旬的情况下 由根系上附着的生物膜组成的微生态结构活性很高 物理截留 吸附及直接反硝化效能很强 因此在秋季工程湿地水力负荷适当的 参照 情况下 其根系层的除污效能仍然理想 与夏季的处理效果相比 秋季稳定塘中个别指标会有所回升 这是由于秋季植物茎叶枯萎并倒伏于水体中 腐败后释放 COD 有机氮 氨氮等物质 此时 潜流湿地净化能力优于稳定塘 4 冬季影响预测 由于工程湿地是由太阳能供给能量的生态支持系统 而太阳幅射存在日变化和年变化 因而会出现处理效率的差异 这种太阳辐射的循环期对效率的影响最明显 的它会影响到湿地水体和湿地土壤的温度 而伴随着湿度的变化 微生物的活性也会受到影响 从而会影响到系统的效率 研究表明氨化过程似乎与温度的关系最为 密切 有研究表明在适度的温度范围之内 氮的去除率相对稳定 这在北美湿地系统中很典型 硝化速率在 10 变时明显稳定 低于 10 显时 系统处理效率会明显下 降 大约在 6 系时迅速下降到零以下 反硝化速率在 5 迅时相当低 冬季原水水温在 8 13 水之间 对异养菌群活性影响不大 但对自养菌群活性可产生抑制 由于冬季湿地植物枯死 地下根茎虽未死亡但处于休眠状态 此时 工 程湿地的除污效能主要依赖填料层本身的物化作用 以及根系或填料层上所附着生物膜的生化作用 由于该地区冬季用水量约为夏季的 60 因此 将工程湿地水力 负荷保持在低水平将有利于出水水质 参照 第六章第六章 生态与景观设计生态与景观设计 随着生态景观的发展 人工湿地景观逐渐发展成为一种重要的生态景观类型 从生态角度来看 人工湿地景观不同于单纯的水景观 它除了具有水景观的独特景 观属性外 还具有湿地生态系统的结构特征和人工湿地污水处理系统的功能特征 6 1 设计原则设计原则 1 设计应与污水净化的整体目标相结合 满足 净水 生态 景美 的多用性 2 设计要充分利用原有的景观要素 包括地形地势 植被 水系等 使设计要素与周围环境相协调 达到整体生态系统的完整性的目的 3 遵循 以人为本 运用湿地环境要素的色彩 质感 形态等表达方式 实现人们对形 声 色 影各方面的需求 4 优先满足功能性植物的种类和数量 保持和提高人工湿地的物种多样性 增强湿地系统的抗干扰性和稳定性 6 2 形式设计形式设计 1 结构形式 人工湿地生态系统结构设计为 一轴两翼 条形稳定塘为中轴 两边高起的垂直潜流湿地床为两翼 植物元素 水元素贯穿于轴 翼之间 二者稳重而灵动地衔接 成湿地整体 2 植物配置形式 一轴 和 两翼 在形态上由植物贯穿连接 其中首要植物元素为土生芦苇 芦苇种植区域大 形状规整 衬以很少面积的再力花 美人蕉 香蒲以及湿生鸢尾等 植物 如此植物配置形式突出了 芦苇生态湿地 的生态设计主题 6 3 芦苇设计芦苇设计 芦苇是人工湿地系统的主要组成部分 是构建 芦苇生态湿地 的首要植物元素 本设计将芦苇种植按照 点 线 面 布局 芦苇点 丛 芦苇线 带 芦苇面 块 三者既相互独立又相互联系 构成了 芦苇生态湿地 的总体植物布局 1 芦苇点 丛 稳定塘中间孤立的芦苇岛是芦苇点的主要表现形式 还包括开阔绿化带中布置的零星芦苇丛 芦苇岛恰好位于 一轴两翼 的 轴 上 位置醒目 其与岸边绿化带中 的芦苇丛隔水呼应 使得水 路结合富有表现力 2 芦苇线 带 稳定塘和河道沿岸间隔一定距离种植条形芦苇带 相邻芦苇带之间利用水生植物几何连接 使得芦苇带贯穿于整个水域沿岸 形成了多条具有一定 气势 的芦苇线 参照 3 芦苇面 块 芦苇大面积种植于 一轴两翼 的 两翼 中 相邻湿地床中的芦苇茎叶紧紧相连 最终使得 两翼 在形态上看起来是接连成面的芦苇地 6 4 声 色设计声 色设计 在垂直潜流湿地中 污水在填料下部渗流 成片的湿地植物给人以静谧 放松的感觉 此为安静 行走在集水渠和汀步上能够看到水流 听到水声 使得整个环 境带有一定灵动感 给人以欢快 愉悦之感 此为有声 湿地色彩以芦苇的绿为主 间以美人蕉的红黄 再力花的紫 所选种植物所表现出的色彩都会呈现出季节性的变化 整个湿地区域色彩不失单调而又鲜明 生态 小径 花境适地 适量填充和贯穿于湿地系统中 使整个湿地系统丰富而饱满 参照 第七章第七章 工程设计工程设计 7 1 水处理工程设计水处理工程设计 水处理工程主要构建筑物有缓冲池 配水池 配水渠 配水槽 垂直潜流湿地床 稳定塘 集水渠 闸门 回流井和跌水曝气构筑物 7 1 1 缓冲池缓冲池 功能 接纳污水处理厂出水 提升污水至配水池 结构 地下式钢砼结构 尺寸 平面 10m 10m 深 3 5m 设计规模 350 m3 停留时间 30min 提升泵 六台 四开两备 单台流量 200m3 h 扬程 5m 电机功率 20kW 超声波液位计一台 数量 1 座 7 1 2 配水池配水池 功能 为湿地系统配水 调节湿地流量 结构 地下钢砼结构 地上钢混结构 尺寸 平面 8m 10m 深 2m 设计规模 160m3 数量 1 座 7 1 3 配水渠配水渠 功能 引导配水池出水进入配水槽 结构 地下钢砼结构 尺寸 长 450m 宽 1m 深 0 3m 7 1 4 配水槽配水槽 功能 将尾水平均分配到 14 个一级垂直潜流湿地床 参照 结构 地下式钢砼结构 尺寸 长 2m 宽 1m 深 1m 数量 14 座 7 1 5 垂直潜流湿地垂