人工湿地设计规范标准

1、人工湿地设计规范人工湿地设计规范1 总则1.0.1 为贯彻中华人民 xx 国环境保护法和中华人民 xx 国水污染环境防治法,规范人工湿地污水处理技术,保护和改善环境,提高人民健康水平,建设环境友好型社会,特制定本规程。1.0.2 本规程适用于 xx 省内人工湿地污水处理系统的设计、施工、验收和运行管理。1.0.3 人工湿地污水处理对象为生活污水、生活废水,或具有类似性质的污废水。包括城市生活污水、农村生活污水、学校生活污水、住宅小区生活污水、宾馆污水、机关事业单位污水、疗养院污水、景区污水、污水处理厂尾水等。1.0.4 本规程适用的处理规模:生活污水处理规模2000m3/日处理水量,城市污水处

2、理厂尾水处理时规模10000m3/日处理水量。1.0.5 人工湿地污水处理系统的设计、施工、验收和运行管理除应符合本规程外,还应符合国家、省现行有关标准的规定。2 术语2.1.1 人工湿地 constructedwetlands人工湿地是人们模拟天然湿地系统结构和功能而建造的、可控制运行的湿地系统,用以对受污染水进行处理的一种工艺,由围护结构、人工介质、水生植物等部分构成。当水进入人工湿地时,其污染物被床体吸附、过滤、分解而达到水质净化作用。人工湿地分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。2.1.2 表面流人工湿地 freewatersurfaceconstructedwetl

3、ands1 / 20指水在人工湿地介质层表面流动,依靠表层介质、植物根茎的拦截及其上的生物膜降解作用,使水净化的人工湿地。2.1.3 水平潜流人工湿地subsurfacehorizontalflowconstructedwetlands指水从人工湿地池体一端进入,水平流经人工湿地介质,通过介质的拦截、植物根部及生物膜的降解作用,使水净化的人工湿地。2.1.4 垂直流人工湿地 verticalflowconstructedwetlands指水从人工湿地表面垂直流过人工湿地介质床而从底部排出,或从人工湿地底部进入垂直流向介质表层并排出,使水得以净化的人工湿地。垂直流人工湿地分单向垂直流人工湿地和复

4、合垂直流人工湿地两种。2.1.5 孔隙率 porosity指人工湿地充填介质中,存在于介质间的孔隙体积占全部体积的百分比。2.1.6 水力停留时间 hydraulicretentiontime指水在人工湿地内的平均停留时间。2.1.7 表面污染物负荷 organicsurfaceloading指一定人工湿地表面积中,单位时间内去除的污染物数量。2.1.8 表面水力负荷 hydraulicsurfaceloading指一定人工湿地表面中,单位时间内通过的水体积。2.1.9 水力坡度 hydraulicslope指水在人工湿地内,沿水流方向单位渗流路程长度上的水位下降值。2.1.10 渗透系数 p

5、ermeabilitycoefficient 指水在人工湿地介质或防渗层中,单位时间内流动通过的距离。3 人工湿地处理工艺设计3.1 处理设施选址与总体布置2 / 203.1.1 人工湿地污水处理设施位置的选择,应符合居住区、村镇或厂区总体规划及环境影响评价的要求,并应结合下列因素综合确定:1 宜靠近自然水体、市政排污管道的排放点或便于处理后回用的地点;2 在城市、居住区处理站内宜在夏季主导风向的下风侧,应与建筑保持一定距离,并用绿化带与建筑物隔开;3 居住区内处理站宜设置在绿地、停车坪及室外空地;农村地区宜设置在地势相对较低的荒地处;4 处理设施与生活供水泵站及其清水池水平距离应不得小于 1

6、0m;5 处理设施地点应便于施工、维护和管理等。3.1.2 人工湿地地点的选择,应考虑当地地质、气象、水文特征等因素,并进行工程地质、水文地质等方面勘察,避免人工湿地池裂损、淹没、河水倒灌、排水不畅等情况发生。3.1.3 人工湿地处理构筑物的间距应紧凑、合理,满足各构筑物的工程施工、设备安装、填料装填、湿地池疏通及日常管理的要求。3.1.4 人工湿地处理设施应设置通向各构筑物和附属建筑物的必要通道,通道的设计宜符合下列要求:1 主要车行道的宽度:单车道为 3.54.0m,双车道为 6.07.0m,并应有回车道;2 车行道的转弯半径宜为 6.010.0m;3 人行道的宽度宜为 1.52.0m。3

7、.1.5 对并行运行的处理构筑物间应设均匀配水装置,各处理构筑物系统间宜设可切换的连通管渠、超越管渠。3.1.6 生产管理建筑物和生活设计宜集中布置,其位置和朝向应力求合理,并应与处理构筑物保持一定距离。3.1.7 农村地区宜结合当地农业生产,加强生活污水削减和尾水的回收利用。3 / 203.1.8 设计工艺1.预处理 pretreatment指为满足工程总体要求、人工湿地进水水质要求及减轻湿地污染负荷,在人工湿地前设置的处理工艺,如格栅、沉砂、初沉、均质、水解酸化、稳定塘、厌氧、好氧等。2.后处理 aftertreatment指为满足出水达标排放或回用要求,在人工湿地后设置的处理工艺,如:活

8、性炭吸附、混凝沉淀、过滤、消毒、稳定塘等。3.基质 bedfiller指提供人工湿地植物与微生物生长并对污染物起过滤、吸收作用的填充材料,包括土壤、砂、砾石、沸石、石灰石、页岩、塑料、陶瓷等。4.水力停留时间 hydraulicretentiontime指污水在人工湿地内的平均驻留时间。潜流人工湿地的水力停留时间按公式计算:t=/q式中:t水力停留时间,d;v人工湿地基质在自然状态下的体积,包括基质实体及其开口、闭口孔隙,m3;孔隙率,%;q人工湿地设计水量,m3/d。3.9 表面有机负荷 organicsurfaceloading指每平方米人工湿地在单位时间去除的五日生化需氧量。按公式计算:

9、4 / 20式中:qhs表面有机负荷,kg/;q人工湿地设计水量,m3/d;c0人工湿地进水 bod5 浓度,mg/l;c1人工湿地出水 bod5 浓度,mg/l;a人工湿地面积,m2。5. 表面水力负荷 hydraulicsurfaceloading指每平方米人工湿地在单位时间所能接纳的污水量。按公式计算:式中:qhs表面水力负荷,m3/;q人工湿地设计水量,m3/d;a人工湿地面积,m2。6.水力坡度 hydraulicslope指污水在人工湿地内沿水流方向单位渗流路程长度上的水位下降值。按公式计算:式中:i水力坡度,%;ll污水在人工湿地内渗流路程长度上的水位下降值,m;l污水在人工湿地

10、内渗流路程的水平距离,m3.2 设计水量与水质5 / 203.2.1 生活污水水量宜根据当地实际用水量经调查后确定,或根据当地用水定额,结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定。可按当地相关用水定额的 80%-90%采用,采用埋地塑料管或地下水位较高时取高值。居民生活用水量可参考下表:3.2.2 设计污水水质应经实地监测资料确定,或参照相同性质居住区、污水处理厂或乡镇污 bod5 水的水质确定。如缺乏相关资料时,可根据下表数据确定:3.2.3 人工湿地出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域的水质,应执行一级标准的 a 标准;出水排入 gb3838 地表水 i

11、ii 类功能水域、gb3097 海水二类功能水域时,应执行一级标准的 b 标准;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;人工湿地类型应根据污水特征、区域环境、出水水质要求等因素进行确定。设计内容应包括湿地池结构设计、填料选择、植物种类选择、预处理系统、设备控制系统等。6 / 203.3.湿地工艺3.3.1 人工湿地污水处理典型工艺组合如下:1. 生活污水处理工艺2. 污水厂尾水深度处理工艺3.3.2 当人工湿地的流量在 100m3/日以上时,人工湿地池不宜少于 2 组。3.3.3 污水处理的工艺流程应充分利用地形,减少或不用提升设备而达

12、到排水通畅、降低能耗的要求。3.3.4 应尽可能利用建设地地形落差进行污水自然充氧,减少或不用曝气设施。4.污水预处理4.1 一般规定4.1.1 为保证人工湿地处理效果,生活污废水应经预处理方可进入人工湿地进行处理。4.1.2 预处理系统的设计应达到下列要求:1 去除悬浮物,漂浮物以及降解有机物的能力;2 具一定水量平衡能力;3 污泥处理和容纳能力。4.1.3 预处理程度根据具体水质情况与水质要求,选择一级处理、强化一级处理和二级处理等适宜工艺,以达到协同削减有机污染物的目的。4.1.4 污水进入预处理系统前应设格栅拦截。当处理量较小时可选用人工清除格栅,处理量较大时用自动清除格栅。食堂和餐厅

13、的含油污水,应需隔油池处理后方可进入预处理系统。7 / 204.1.5 预处理设施应设置排臭系统,其排放口位置应避免对周围人、畜、植物造成危害和影响。4.1.6 对污水处理厂的一级处理出水、二级处理出水或类似污废水进行深度处理时,可不需预处理,直接进入人工湿地。4.2 预处理设施4.2.1 化粪池有效容积应为污水部分和污泥部分容积之和。生活污水与生活废水合流排放,化粪池体积应按有关公式计算确定;如生活污水单独排放,则根据使用人数选用相关规格化粪池。采用化粪池预处理时,应符全下列要求:1 化粪池外壁距建筑物外墙20m,距离地下水取水构筑物30m。2 化粪池可作污水一级处理构筑物时,bod 去除率

14、可按 20%计算。3 污水在池中停留时间应根据污水量确定,宜采用 1824h;污泥清掏周期宜采用612 个月。4.2.2 调节池主要在待处理的污水量、污水水质变化较大时设置,停留时间设为48 小时,起到调节水量、均恒水质作用。4.2.3 厌氧池水力停留时间宜24 小时,有机污染物浓度较高则停留时间可适当延长。厌氧池作为预处理设施时,应注意:1 接触厌氧池内宜用固着型弹性填料,填料间宜保持 1030cm 间距以防堵塞,水力停留时间宜18 小时。2 沼气池作为预处理单元加以利用,可改建成厌氧滤池,将生活污水直接接入人工湿地处理系统。3 用化粪池、沼气池改建为厌氧池时,应检查池体的防渗状况,存在渗漏

15、现象的应加以改造。8 / 204.2.4 当采用鼓风曝气时,曝气池的超高为 0.51.0m,处理每立方米污水的供气量不应小于 3m3。供氧量应能维持混合液达 2mg/l 的溶解氧量。曝气器的数量,应根据供氧量和服务面积计算确定。4.2.5 生物接触氧化池的结构设计应符合:1 生物接触氧化池平面形状宜为矩形,每池可分为两室,出水宜采用堰式出水。2 生物接触氧化池中的填料可采用全池布置、两侧布置或单侧布置,填料应分层安装。曝气装置安装宜根据填料的布置形式布置。3 生物接触氧化池的五日生化需氧量容积负荷,宜根据试验资料确定。无试验资料时,碳氧化宜为 2.05.0kgbod5/,碳氧化/硝化宜为0.2

16、2.0kgbod5/。4.2.6 生物滤池的设计应符合:1 好氧生物过滤有曝气生物滤池与自然充氧生物滤池两种,农村地区处理规模低于 150m3/d 宜采用自然充氧生物滤池。2 曝气生物滤池宜采用滤头布水布气系统;自然充氧生物滤池宜采用固定喷嘴布水或穿孔管布水系统,沿滤池池壁四周下部设置自然通风孔,其总面积不应少于池表面积的 1%。3 生物滤池滤料应具有强度大、不易磨损、空隙率高、比表面积大、化学物理稳定性好、易挂膜、生物附着性强、比重小和不易堵塞的性质。4 生物滤池的容积负荷宜根据实验资料确定,无实验资料时,曝气生物滤池的五日生化需氧量容积负荷宜为 3-6kgbod5/,自然充氧生物滤池五日生

17、化需氧量容积负荷宜为 0.3-1.0kgbod5/m3d.4.3 设备及控制系统9 / 204.3.1 当预处理构筑物出口与人工湿地排水口高差小于 0.5m 时,预处理设施应采用污水提升设备保持出水口一定的高度,保证人工湿地的水力条件。4.3.2 污水提升泵宜采用潜污泵,应至少设一台备用泵。水泵安装于池底时应进行固定,同时要保证污水泵吸水口距污水池底面 0.2m 高度。4.3.3 鼓风曝气系统中的曝气器,应选用有较高充氧性能、布气均匀、阻力小、不易堵塞、耐腐蚀、操作管理和维修方便的产品,并应具有充氧性能、底部流速等技术资料.4.3.4 设备电源宜采用三相动力电源。当无动力电源、处理水量较小时,

18、也可采用二相电源水泵。4.3.5 污水预处理系统的电气、设备、控制系统及检测仪器,宜装设在构筑物附近室内。如条件不允许而安装在室外时,则应有防雨、防晒及防盗等保护措施。5 人工湿地5.1 一般规定5.1.1 人工湿地的表面积设计应考虑最大污染负荷和水力负荷,可按 codcr 表面负荷、水力负荷、tn 表面负荷、nh4+-n 表面负荷、tp 表面负荷进行计算,应取设计计算结果中的最大值,并校核水力停留时间是否满足设计要求。5.1.2 人工湿地的进水,宜控制 cod200mg/l,ss80mg/l。5.1.3 人工湿地污水处理工程的接纳污水中含有有毒、有害物质时,其浓度应符合 gb8978 中第一

19、类污染物最高允许排放浓度的有关规定。5.1.4 人工湿地前的预处理程度应根据具体水质情况与污水处理技术政策,选择一级处理、强化一级处理和二级处理等适宜工艺,其设计必须符合 gb50014 中的有关规定。5.2 工艺形式5.2.1 自由表面流人工湿地10 / 20水面在人工湿地填料表面以上,水流从池体进水端水平流向出水端的人工湿地。自由表面流人工湿地由于占地面积较大及存在一定的环境卫生问题,在实际污水处理工程中应用较少,本规程对该类型人工湿地不进行详细说明5.2.2 水平潜流人工湿地水面在人工湿地填料表面以下,水流从池体进水端沿填料孔隙水平流向出水端的人工湿地。11 / 205.2.3 垂直潜流

20、人工湿地污水从人工湿地表面垂直流过填料层的人工湿地,分单向垂直流型人工湿地和复合垂直流型人工湿地两种。单向垂直流型人工湿地一般采用间歇进水运行方式,复合垂直流型人工湿地一般采用连续进水运行方式12 / 205.3 设计参数及公式5.3.1 生活污水或具有类似性质的污水,经过一级处理和二级处理后可直接采用水平潜流人工湿地进行处理,相应的人工湿地作为二级处理和深度处理设施,其主要设计参数如表所示。13 / 205.4 结构设计14 / 205.4.1 人工湿地池体可采用混凝土、砖、毛石或黏土结构,采用混凝土和砖砌结构时池底需要设置不低于 100mm 厚的 c10 混凝土垫层,采用黏土结构时,防渗要

21、求需要符合 5.5 规定。5.4.2 水平潜流人工湿地的单元长宽比宜控制在 3:1-10:1 之间,垂直流人工湿地长宽比宜控制在 1:1-3:1 之间。对于长宽比小于 1 或不规则的潜流人工湿地,应考虑人工湿地均匀布水和集水的问题。5.4.3 潜流人工湿地设计中如采用多个人工湿地单元时,独立单元面积不宜大于800m2。多个人工湿地并联时,各单元面积应平均分布,并保证配水均匀。潜流人工湿地的应保持一定深度,以保证人工湿地单元中植物的生长及必要的好氧条件。在设计人工湿地时,应考虑雨季暴雨径流带来的超高水位,此时 淹没的最大深度应保证大部分植物能够生存并发挥功能,淹没深度宜控制在 200mm 以下。

22、5.4.4 在冬季易发生冻害的地区,人工湿地设计时应考虑以下两种保温防冻措施:1 低温环境时将人工湿地水位上升至人工湿地表面上50mm 位置,形成表面冰层对人工湿地填料区及水生植物根系进行保温。2 在人工湿地表面覆盖树叶、树枝或农用塑料薄膜进行隔离,减少人工湿地热量散失。5.4.5 人工湿地防堵塞设计时,应综合考虑污水的悬浮物浓度、有机负荷、投配方式、基质粒径、植物、微生物、运行周期等因素。可采用以下方法降低堵塞的几率:1 人工湿地采用多个单元并联运行时,可以考虑每隔 5-7d 对部分人工湿地停止进水 1-2d,采取间歇运行的方式。2 可对污水进行预曝气,提高人工湿地基质中的溶解氧,更好地发挥

23、微生物的分解作用,防止土壤中胞外聚合物的蓄积。15 / 203 选择合适的基质粒径及级配,基质粒径及级配的选择应综合考虑净化效果和防止堵塞因素。5.4.6 潜流人工湿地,水位控制应保证其接纳最大设计流量时,进水端不能出现雍水现象,防止发生表面流。5.4.7 人工湿地出水排放应按照当地有关部门要求设置排放口,排放口应采取防冲刷、消能、加固等措施。5.5 防渗设计5.5.1 人工湿地建设时,应在底部和侧面进行防渗处理。5.5.2 当原有土层渗透系数大于 10-8m/s 时,应构建防渗层,一般采取下列措施:1 水泥砂浆或混凝土防渗:砖砌或毛石砌后底面和侧壁用防水水泥砂浆防渗处理,或采用混凝土底面和侧

24、壁,按相应的建筑工程施工要求进行建造。2 塑料薄膜防渗:薄膜厚度宜大于 1.0mm,两边衬垫土工布,以降低植物根系和紫外线对薄膜的影响。宜优选 pe 膜,敷设要求应满足聚乙烯土工膜防渗工程技术规范等专业规范要求。3 黏土防渗:采用黏土防渗时,黏土厚度应不小于 60cm,并进行分层压实。亦可采取将黏土与膨润土相混合制成混合材料,敷设不小于 60cm 的防渗层,以改善原有土层的防渗能力。5.5.3 对于渗透系数小于 10-8m/s,且有厚度大于 60cm 的土壤或致密岩层时,可不需采取其他防渗措施。工程建设中,应对湿地底部和侧壁 60cm 厚度范围进行渗透性测定.5.6 人工湿地填料5.6.1 人

25、工湿地填料应能为植物和微生物提供良好的生长环境,并具有良好的透水性。填料安装后湿地孔隙率不宜低于 0.3。16 / 205.6.2 人工湿地常用的填料有石灰石、矿渣、蛭石、沸石、砂石、高炉渣、页岩等,碎砖瓦、混凝土块经过加工、筛选后也可作为填料使用。5.6.3 填料应预先清洗干净,按照设计确定的级配要求充填。5.6.4 为提高人工湿地对磷的去除率,可在人工湿地进口、出口等适当位置布置具有吸磷功能的填料,强化除磷。5.6.5 在水平潜流人工湿地的进水区,人工湿地填料层的结构设置,应沿着水流方向铺设粒径从大到小的填料,颗粒粒径宜为 166mm,在出水区,应沿着水流方向铺设粒径从小到大的填料,颗粒粒

26、径宜为 8-16mm。5.6.6 人工湿地填料层的结构设置,垂直流人工湿地一般从下到上分为滤料层、过渡层和排水层,滤料层一般由粒径为 0.22mm 之间的粗砂构成,厚度为 500-800mm左右;过渡层由 48mm 的砂砾构成,厚度为 100-300mm 左右;排水层一般由粒径为816mm 的砾石构成,厚度为 200-300mm 左右。5.6.7 为避免布水对滤料层的冲蚀,可在布水系统喷流范围内局部铺设 50mm 的覆盖层,粒径范围为 816mm 的砾石。5.7 植物选配5.7.1 人工湿地植物的选择宜符合下列要求:1 根系发达,输氧能力强;2 适合当地气候环境,优先选择本土植物;3 耐污能力强、去污效果好;4 具有抗冻、抗病害能力;5 具有一定经济价值;6 容易管理;7 有一定的景观效应。17 / 205.7.2 人工湿地常用的植物有芦苇、香蒲、菖蒲、旱伞草、美人蕉、水葱、灯心草、水芹、茭白、黑麦草等。5.7.3 植物种植时间宜选择在春季。为提高低温季节净化效果,人工湿地植物宜采取一定的轮作方式,秋冬季节可种植黑麦草、水葱、水芹等具有耐低温性能的植物。5.7.4 植物种植初期的密度可根据植物种类进行选择,芦苇行距、株距分别为30cm、30cm;香蒲行距、株距分别为 30cm、30cm;菖蒲行距、株距分别为 25cm、20cm;旱伞草行距、株距分别为 3