人工湿地的设计与计算

7 人工湿地的设计与计算7.1 设计说明人工湿地处理技术是近几年发展起来的一种污水生态处理技术，它能有效地处理多种多样的废水，如生活污水、工业废水等，且能高效地去除有机污染物， 氮、磷等营养物，重金属，盐类和病原菌微生物等多种污染物。除此之外，人工 湿地具有出水水质好，氮、磷处理效率高，运行维护方便，投资及运行费用低等 特点，近年来获得迅速的发展。7.2 设计参数基质填料平均空隙率： =0.7。7.3 人工湿地设计计算7.3.1 基质层基质层是人工湿地处理污水的核心部分，在设计中， 需从基质的种类、 粒径和厚度三方面考虑。不同基质的人工湿地净化效果不同，以 p 为特征的污水， 最好选择飞灰和页岩为基质，而以有机污染物和悬浮物为特征的污水，常选用土壤、细沙、砾石的 一种或多种作基质。基质的粒径的大小是影响湿地系统水里传导性的主要因素，直接关系到污染物在实地中的停留时间和系统的孔隙度。目前的人工湿地， 基质粒径范围在0-30 mm 之间，通常选用的粒径范围是4-16 mm。进水配水区和出水集水区填料粒径一般在 60-100 mm，分布于整个床宽。在欧洲有实践表明：粒径为8-16 mm 的基质，水里传导性好，是以植物生长，处理效果好。基质的厚度是决定人工湿地国税断面面积和污水处理效果的重要参数，一般须根据系统所栽种植物的种类及根系的生长深度确定，以保证湿地床中必要的好样条件。目前运行的人工湿地，其基质厚度在0.5-1.0 m之间。鉴于上述设计经验和当地的实际情况，基质层设计如下表4：表 4 基质从下到上结构分层列表排水层汇集排出以处理污水20 cm粒径 15 mm 砾石过渡层防止上层砂粒堵塞下面排水层10 cm粒径 10 mm 砾石过滤层生化处理50 cm6 mm 无泥粗砂表层防砂层表面冲蚀10 cm粒径 10 mm 砾石7.3.2 植物人工湿地植物的选择一般要求适地适种，耐污能力强， 根系发达，茎叶茂密， 抗病虫害能力强，重视物中间的搭配， 能适应当地得气候且有一定经济观赏价值。例如，在地势较高的地方种植芦竹、芦苇等经济价值较高的挺水植物；在地势略低的地方种植芦苇、香蒲等挺水植物；在塘内水深较浅处栽种莲藕、菱角、芡实等浮土植物， 水深较深处配置金鱼藻、 苦草等沉水植物， 并在塘内放养鱼、 泥鳅、青蛙等动物。我国常用的人工湿地植物见下表5：表 5 常用的人工湿地植物列表植物名优点缺点国内已应用地点举例芦苇去污能力强，易生长无景观效果深圳、上海、北京、武汉香蒲去污能力强，易生长无景观效果上海美人蕉景观效果强，易生长去污能力一般上海、杭州、深圳香根草适应能力强上海、深圳灯心草去有机污染能力强武汉、上海综合考虑本工艺以芦苇为水生植物。7.3.3 湿地总面积（ a）（1） bod 面积负荷（ a1）a0.0365q1kin( cic)*cec(7-1)a0.0365601180in24104.7724.7720.016ha160m 2式中：q污水流量， q=60 m3/d ；k bod 一级反应速率常数，取180； ci bod 进水浓度， ci=24 mg/l ； ce bod 出水浓度， ce=10 mg/l ；c* bod 背景值， c*=3.5+0.053ci =4.772 mg/l。（2） ss面积负荷（ a2） 由公式 (7-1)得：a0.03656021000in18.9108.998.990.005ha50m 2式中：q污水流量， q=60 m3/d ；k ss一级反应速率常数，取1000； ci ss进水浓度， ci=18.9 mg/l ； ce ss出水浓度， ce=10 mg/l ；ic* ss背景值， c*=7.8+0.063c =8.99 mg/l 。（3） tn 面积负荷（ a3） 由公式 (7-1)得：0.036560a327321.5in151.50.066ha660 m2式中：q流量， q=60 m 3/d ；k tn 一级反应速率常数，取27； ci tn 进水浓度， ci=32 mg/l ； ce tn 出水浓度， ce=15 mg/l ； c* tn 背景值， c*=1.5 mg/l 。（4） tp 面积负荷（ a4） 由公式 (7-1)得：a0.036560412in1.510.020.020.0748ha748m2式中：q 污水流量， q=60 m3/d ；k tp 一级反应速率常数，取12； ci tp 进水浓度， ci=2.4 mg/l ； ce tp 出水浓度， ce=1 mg/l ；c* tp 背景值， c*=0.02 mg/l ；湿地总面积选取上述面积较大者，即a=748 m2；通过确定下面长宽比的计算取值，面积确定为760.5 m2 。7.3.4湿地长（ l）宽（ w）湿地长宽比在 1:1 - 90:1不等，我国建议在3:1 以下，本次设计取2。r(7-2)l wl(7-3)ll w2a w748w经计算取值， l=39 m，w=19.5 m。7.3.5单池面积（ ab）和滤床数量（ n）取 4 个滤床，即 n=4。单池面积为：ab(7-4)aban760.54190m2长为 19.5 m，宽为 9.75 m。各个滤床之间隔板厚度为0.12 m长为 15.6 m。7.3.6湿地深度（ dw）一般须根据所栽种植物的种类及根系的生长深度确定，以保证湿地床中必要的好氧条件。对于芦苇湿地系统处理城市或生活污水时，一般取0.6-0.7m。本次设计取床深 dw=0.7m。7.3.7 湿地容积（ v）vadw(7-5)v760.50.7532.35m3式中：a 湿地面积， a=760.5 m2； dw 湿地深度， dw=0.7 m。7.3.8 水力停留时间（ t n）tvnqavn