人工湿地污水处理ppt课件

1 人工湿地污水处理系统 系统介绍 案例借鉴净化机理 出水水质湿地规模 经济指标总体布局 分区引导 2 1 系统介绍 案例借鉴 优越之处 人工湿地处理系统的特点 不足之处 占地面积大 不精确的设计运行参数 生物和水力复杂性及对重要工艺动力学理解的缺乏 易受病虫害影响 人工湿地处理系统的应用范围 人工湿地已被广泛应用于处理城市暴雨径流 生活污水 工业废水 农业废水 农业排水和矿山酸性排水等 在人工湿地污水处理系统中 为满足排水和回用要求 以人工湿地为主要处理单元 同时还需要结合预处理或后续处理工艺对污水进行预处理和深度处理 人工湿地 漳河市政污水生态处理 建造和运行费用便宜 易于维护 技术含量低 可进行有效可靠的废水处理 可缓冲对水力和污染负荷的冲击 可产生效益 如水产 畜产 造纸原谅 建材 绿化 野生动植物栖息 娱乐和教育 人工湿地 与自然湿地相对应 人工湿地是有人工建造或改造的湿地 自然湿地一般没有填充基质 安装排水喜用 改变流态或物理特性等人为调控措施 不鼓励改造或直接利用自然湿地进行污水处理 人工湿地作为污水处理设施 一般深度均一 形状规则 建设在污染源附近地势较高 原来不存在自然湿地的地方 3 1 系统介绍 案例借鉴 人工湿地 漳河市政污水生态处理 从工程实际的角度出发 按照系统布水方式的不同或水流方式的差异 可分为表面流人工湿地水平潜流人工湿地垂直潜流人工湿地 浙江省舟山市城北水库自由表面流人工湿地在入库淹没区自然湿地的基础上 于2008年6月改建而成并开始运行 该工程共投资10万余元 规划湿地面积为800m 实用湿地面积约600m 该工程每天能处理来自上游的水 主要是农村生活污水 雨水等 约100m 湿地植物主要有 黄花鸢尾 Iristectorum 再力花 Thaliadealbata 水葱 Scirpustabernaemontani 和梭鱼草 Pontederiacordata 每种植物各一块长方形的样地 每块样地面积约150m 浙江省舟山市城北水库人工湿地的成功运行也为广农村地区的生活污水处理树立了一个典范 由于我国农村地区的生活污水治理受到技术 经济等不利因素的限制 而人工湿地具有投资和运行费用低 污水处理规模灵活 维护和管理技术要求不高 占地面积较大等特点 适合在具有一定的荒废土地 资金和专业技术人才缺乏 污水排放较分散的农村应用 表面流湿地与地表漫流土地处理系统非常相似 不同的是 在表面流湿地系统中 四周筑有一定高度的围墙 维持一定的水层厚度 一般为10 30cm 湿地中种植挺水型植物 如芦苇等 向湿地表面布水 水流在湿地表面呈推流式前进 在流动过程中 与土壤 植物及植物根部的生物膜接触 通过物理 化学以及生物反应 污水得到净化 并在终端流出 4 1 系统介绍 案例借鉴 人工湿地 漳河市政污水生态处理 从工程实际的角度出发 按照系统布水方式的不同或水流方式的差异 可分为表面流人工湿地水平潜流人工湿地垂直潜流人工湿地 该人工湿地将小区景观和污水处理相结合 出水各项指标均达到了国家生活杂用水水质标准 生活污水经人工湿地处理后可以回用 节约了水资源 这种小型化 分散化的污水就就地处理模式不需要 宁波市镇海区某一居住小区即采用新型人工湿地处理生活污水 该人工湿地建于小区绿化带上 用于处理该小区311户的生活污水 湿地占地面积为1600m 其结构与传统的垂直流湿地不同 由上池和下池两部分组成 如下图所示 建设大量的污水收集管网 与传统的污水治理模式相比具有投资少 运行管理费用低等特点 而且建造人工湿地处理污水的费用可以由开发商 居民和政府共同承担 缓解了水污染日益增多与政府资金短缺之间的矛盾 减轻了政府的财政压力 这种生态化 资源化的污水治理模式目前已在浙江 宁波等地广泛应用 在垂直潜流系统中 污水由表面纵向流至床底 在纵向流的过程中污水依次经过不同的专利介质层 达到净化的目的 垂直流潜流式湿地具有完整的布水系统和集水系统 其优点是占地面积较其它形式湿地小 处理效率高 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 5 1 系统介绍 案例借鉴 人工湿地 漳河市政污水生态处理 从工程实际的角度出发 按照系统布水方式的不同或水流方式的差异 可分为表面流人工湿地水平潜流人工湿地垂直潜流人工湿地 莲花岛地处苏州古城区东北处的阳澄湖中心 四面环水 形似莲花 镶嵌湖中 岛上总面积1 64km 家家以蟹为业 以湖为生 是集吃 住 游 乐 购为一体的原生态休闲风情小岛 莲花岛临湖建成农家乐及旅游服务中心 接待能力为4000 5000人 d 农家乐及旅游服务中心运营后将产生20 30m d的生活污水 为了保护阳澄湖水质和生态环境 宜建设生态型污水处理系统 阳澄湖莲花岛旅游区农家乐和旅游中心生活污水处理项目采用了德国生态工程协会的人工湿地技术 经消化吸收后进行了改进 采用潜流型复合人工湿地和生态景观相结合的方式处理生活污水 现已进入正常运营阶段 潜流型符合人工湿地主要包括设施 垂直流生态滤床 污泥感化滤床及湿地湾 总面积约11预处理00m 对于传统污水处理厂 发展潜流型复合人工湿地治污技术可以为社会节约大量资金 适于在我国广大的农村及偏远地区旅游区推广 将产生极大的环境和生态效应且该设施属于分散处理系统 与自然界更加协调 并且位于旅游区 能够有助于增强游客的环保意识 加强环保事业的公众参与度 是潜流式湿地的另一种形式 污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过砂石 介质 植物根系 流向出水口一端 以达到净化目的 6 1 系统介绍 案例借鉴 人工湿地 漳河市政污水生态处理 沟渠型湿地床包括植物系统 介质系统 收集系统 主要对雨水等面源污染进行收集处理 通过过滤 吸附 生化达到净化雨水及污水的目的 是小流域水质治理 保护的有效手段 沟渠型人工湿地 结论 相比于人口集中的城市化地区 人工湿地污水处理系统更适用于广大的农村地区 集中建设相对与分散式的小规模建设成形周期短 可控性强 资金风险小 处理效率明显 人工湿地初期建设 可根据开发时序 开发强度 用地性质等因素 选择部分区域作为前期集中式人工湿地的服务区域 其他区域的湿地建设应与开发进度和实际污水处理需要相结合 新开发区域内的独立分散式人工湿地相结合的方式逐步建设 易于建设资金需求分散化 也新建地区与已建地区的经验交流 无论是高密度城市化 农业化地区 城市社区内部还是风景区内部 人工生态湿地能够借助良好的动植物生态景观 与建设地区的生态环境塑造有机融合 同时可作为生态城市和环保理念的示范园和教育基地 自然流和潜流人工湿地方式的采用及技术结合因污水处理水质和水量 技术原理 选址环境及采用技术流程 去除机理 出水水质要求 投资金额及其他相关特性的影响 且缺乏统一的设计计算参数 因此 在设计时需要合理分析现状条件 借鉴其他地区建设案例 综合考量 7 人工湿地 漳河市政污水生态处理 2 净化机理 出水水质 一 污水水质 一 作为生活污水处理的主体工程 按照城镇生活污水水质一般范围 可认为漳河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 水量按照5000m3 d设计 二 作为生活污水处理厂的后续工程 一般镇区均需要建设二级污水处理厂 按照城镇污水处理厂的出水标准 如漳河镇二级污水处理厂达标排放 则污水处理厂出水应执行湖北省 水污染排放限值 DB4426 2001 中第二时段中的二级标准 COD60mg l BOD30mg l SS30mg l NH3 N15mg l P1mg l 水量按照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 本项目暂不深入分析此项 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吸收 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 使其周围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营养吸收 而且还可以通过硝化 反硝化作用将其除去 最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去 表面流湿地 多依靠于植物净化潜流湿地 多依赖于基质微生物降解 8 人工湿地 漳河市政污水生态处理 2 净化机理 出水水质 一 湿地处理等级 一 污水水质 一 作为生活污水处理的主体工程 按照城镇生活污水水质一般范围 可认为漳河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 水量按照5000m3 d设计 二 作为生活污水处理厂的后续工程 一般镇区均需要建设二级污水处理厂 按照城镇污水处理厂的出水标准 如漳河镇二级污水处理厂达标排放 则污水处理厂出水应执行湖北省 水污染排放限值 DB4426 2001 中第二时段中的二级标准 COD60mg l BOD30mg l SS30mg l NH3 N15mg l P1mg l 水量按照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 本项目暂不深入分析此项 一级处理出水 二级处理出水 原废水 一级处理 人工湿地二级处理 灭菌或三级处理 最终排放 污水处理中的人工湿地 一级处理 为减小二级处理湿地建设面积和投资 须经预处理 如 初沉池 曝气池 滴滤池等二级处理 一般处理人工湿地通常用于处理市政污水 工业废水及雨水径流三级处理 强化处理湿地不能直接用于处理高浓度污水 强化湿地或深度处理湿地可以为社区发挥多重作用 如水的循环利用 提供野生动物生境 水的储存 作为缓冲带 提供娱乐和环境教育场地 一般处理人工湿地与强化处理人工湿地可以分开设计 也可以结合各自优点设计为复合系统 实现多重处理和强化处理目标 二 出水与接纳水质标准 一级处理接纳水质 工程接纳污水水质要求 符合GJ3082 污水排入城市下水道水质标准 及GB8978 污水综合排放标准 三级标准 一级处理出水 人工湿地接纳污水水质要求 参照GB5084 农田灌溉水质标准 表面流 水作 潜流 旱作 二级处理出水 土壤接纳水质要求 参照GB5084 农田灌溉水质标准 表面流 水作 潜流 旱作 三级处理出水 工程出水水质要求 达到GB18918 城镇污水处理厂污染物排放标准 9 人工湿地 漳河市政污水生态处理 一 污水水质 一 作为生活污水处理的主体工程 按照城镇生活污水水质一般范围 可认为漳河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 水量按照5000m3 d设计 二 作为生活污水处理厂的后续工程 一般镇区均需要建设二级污水处理厂 按照城镇污水处理厂的出水标准 如漳河镇二级污水处理厂达标排放 则污水处理厂出水应执行湖北省 水污染排放限值 DB4426 2001 中第二时段中的二级标准 COD60mg l BOD30mg l SS30mg l NH3 N15mg l P1mg l 水量按照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 本项目暂不深入分析此项 一级处理接纳水质 工程接纳污水水质要求 符合GJ3082 污水排入城市下水道水质标准 及GB8978 污水综合排放标准 三级标准 一级处理出水 人工湿地接纳污水水质要求 参照GB5084 农田灌溉水质标准 表面流 水作 潜流 旱作 二级处理出水 土壤接纳水质要求 参照GB5084 农田灌溉水质标准 表面流 水作 潜流 旱作 三级处理出水 工程出水水质要求 达到GB18918 城镇污水处理厂污染物排放标准 步骤一 城镇污水处理厂污染物排放标准 4 1 2标准分级根据城镇污水处理厂排入地表水域环境功能和保护目标 以及污水处理厂的处理工艺 将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准 二级标准 三级标准 一级标准分为A标准和B标准 一类重金属污染物和选择控制项目不分级 4 1 2 1一级标准的A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求 当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时 执行一级标准的A标准 4 1 2 2城镇污水处理厂出水排入GB3838地表水 类功能水域 划定的饮用水水源保护区和游泳区除外 GB3097海水二类功能水域和湖 库等封闭或半封闭水域时 执行一级标准的B标准 4 1 2 3城镇污水处理厂出水排入GB3838地表水 类功能水域或GB3097海水三 四类功能海域 执行二级标准 4 1 2 4非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂 根据当地经济条件和水污染控制要求 采用一级强化处理工艺时 执行三级标准 但必须预留二级处理设施的位置 分期达到二级标准 2 净化机理 出水水质 10 人工湿地 漳河市政污水生态处理 对于大型水库 饮用水水源保护区划分技术规范 HJ T338 2007 中确定的各级保护区划分范围要求如下 1 一级保护区 水域 取水口半径500米范围内的区域 陆域 取水口侧正常水位线以上200米范围内的陆域 2 二级保护区 水域 一级保护区外径向距离不小于2000米区域为二级保护区水域面积 但不超过水面范围 陆域 一级保护区外不小于3000米的陆域 不超过相应的流域分水岭范围 3 准保护区按照湖库流域范围 污染源分布及对饮用水水源水质的影响程度 二级保护区以外的汇水区域可以设定为准保护区 予以准保护区以三级保护区的水质要求 2 净化机理 出水水质 步骤二 根据 荆门市漳河镇饮用水水源地环境保护规划 2011 确定漳河镇域内的一级保护区 二级保护区及三级保护区 11 3 湿地规模 经济指标 步骤三 基于确定的三类保护区的范围 根据具体城镇化发展现状目标确定漳河镇域现状污水水质要求及目标 分为作为生活污水处理的主体工程和后续工程的双向指标 1 结合漳河镇区城镇发展现状及污水相关指标 确定作为污水处理主体工程的生活污水水质状况为 COD250 350mg l 项目设计取中间值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 2 作为污水处理后续工程的生活污水处理出水水质状况 将区域内处水等级划分为四个等级 一级处理区 划定的一级保护区 根据 地表水环境质量标准 GB3838 2002 中 类水体要求 因此人工湿地出水应符合 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中一类标准的A标准 为 COD50mg l BOD10mg l SS10mg l NH3 N50mg l P0 5mg l 二级处理区 划定的二级保护区 根据 地表水环境质量标准 GB3838 2002 中 类水体要求 因此人工湿地出水应符合 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中一类标准的B标准 为 COD60mg l BOD20mg l SS20mg l NH3 N20mg l P1mg l 三级处理区 为保护区内 类水体 同二级处理区标准 四级处理区 为准保护区内的 类水体 根据 地表水环境质量标准 GB3838 2002 中 类水体要求 因此人工湿地出水应符合 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 中二类标准 为 COD100mg l BOD30mg l SS30mg l NH3 N25mg l P3mg l 步骤四 根据区域内人均日需水量按照70 90 的比例计算出日污水量 农村地区相应相应降低 套用相关公式计算得出湿地建设面积 人工湿地 漳河市政污水生态处理 12 3 湿地规模 经济指标 如按照漳河镇区总人口10万人为服务范围计算一处人工湿地规模 人工湿地污水处理所需面积没有确定的设计标准 主要取决于出水标准和所需缓冲区面积 一般人工湿地设计人员采用4 530L m d 污水量按照漳河镇需水量的80 计算 根据荆门总规 远期330 350人口55万m d漳河镇 远期10万人1 6万m d预估计远期漳河镇日军总污水量为1 3万m d工湿地基本参数1 湿地表面积的预计计算公式 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 可见 填料床孔隙度的大小对人工湿地面积的影响较大 一般项目预计介质的孔隙度为30 则人工湿地面积约为61264m2 其中 水平湿地面积为52434m2 垂流式湿地面积为8840m2 人工湿地 漳河市政污水生态处理 13 人工湿地 漳河市政污水生态处理 2 平面设计 1 水平表面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52434m2 As1 L B 10B B 52434m2 B 72 4m 取72m L约等于724m 取720m As1 L B 720m 72m 2 潜流湿地潜流湿地面积约为8840m2 可用下式计算 AS2 Q lnC0 lnCe Kt Dn 但由于整个湿地系统是按照整体计算 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 且使水位难于调节 不利于植物的栽培 L B一般控制在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 72m 则L 122 8m 取120m As2 L B 120 72 8640m2 3 费用估算工程总投资394万元 其组成如下 植被 50万 土方 50000m3 40元 立方 计机械 200万 基质 混凝土 10000m3 40元 m3 40万 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 不可预见费用 174 3 143 1 27 2 3 4 79 4 2 5 10 6万 3 湿地规模 经济指标 单位面积处水量 0 2m 单位处水量工程费用 303元 m 单位面积工程费用 64 3元 14 植被选择 原生环境分析根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 因此更适宜配置于潜流式人工湿地 养分需求分析根据植物对养分的需求情况分析 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 因此对于营养需求旺盛 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 水莎草等植物适宜栽种于潜流湿地 而对于营养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 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能力强的植物 末端工艺由于污水浓度降低 可以考虑植物景观效果 植物类型分析漂浮植物漂浮植物中常用作人工湿地系统处理的有水葫芦 大薸 水芹菜等 以及根茎 球茎及种子植物 主要包括睡莲 荷花 马蹄莲 慈姑 荸荠 芋 泽泻 菱角等 这类植物净化能力有限 多用于湿地生态景观营建与植物多样性构建 挺水草本植物类型这类植物包括芦苇 茭草 香蒲等 为人工湿地系统主要的植物选配品种 根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 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后的强化稳定植物加以应用 以提高出水水质 配置分析 15 植被选择 选用原则植物在具有良好的生态适应能力和生态营建功能 筛选净化能力强 抗逆性相仿 而生长量较小的植物 减少管理上尤其是对植物体后处理上的许多困难 一般应选用当地或本地区天然湿地中存在的植物 植物具有很强的生命力和旺盛的生长势 抗冻 抗热能力 抗病虫害能力 对周围环境的适应能力所引种的植物必须具有较强的耐污染能力 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附近的微生物去除的 因此应选择根系比较发达 对污水承受能力强的水生植物 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 所选择的植物将不对当地的生态环境构成威胁 具有生态安全性 具有一定的经济效益 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 16 农村生活污水生态处理导引 人工湿地 漳河市政污水生态处理 在漳河镇域地形起伏较大的特殊情形下 将镇区所有污水汇集 集中处理的困难较大 另外 由于漳河镇的生态导向的旅游型城镇的发展目标 小规模的分散化人工湿地可以实现水环境与生态景观的合二为一 由于镇域内各区域的发展时序的先后差别 统一建目标规模的人工湿地污水处理不可避免前期工程的建设过度与浪费 因此 我们建议在未来近期建设范围内 建设集中型人工湿地 综合地形 建设时序 用地性质 建设用地布局 生态环境目标等条件 相应建设多个小型分散化污水处理系统 结合项目开发建设小规模分散化污水处理系统 根据 湖北省农村生活污水处理适用技术指南 对于规划实施服务农村人口不大于10000人 或设计规模小于1500吨 天 且污水无法接入城镇污水管网的农村新建 扩建和改建生活处理工程的村镇 污水处理与排放应满足以下要求 小区人工湿地系统该系统可以在不同特性的家庭污水的处理中应用 通常采用市政污水处理潜流人工湿地工艺 它具有成本低和便于维护的优势 其重要特征是处理化粪池出水或初级出水时 二级处理湿地可不设防渗层 出水渗透排入土壤 而不是地表水 与城市生活污水处理湿地相比 在规模不同 前者只有数十平方米 只能为单个家庭或几个相邻家庭提供服务 而后者可为数百家