人工湿地污水处理系统设计-基础概要

1、人工湿地污水处理系统设计-基础一、人工湿地系统人工湿地污水处理系统由预处理单元和人工湿地单元组成。通过合理设计可将 BOD5、SS、营养盐、原生动物、金属离子和其他物质处理达到二级和高级处理水 平。预处理主要去除粗颗粒和降低有机负荷。构筑物包括双层沉淀池、化粪池、稳 定塘或初沉池。人工湿地中的流态采用推流式、回流式、阶梯进水或综合式。二、人工湿地构成绝大多数人工湿地由五部分构成：1、基质：具有透水性，如土壤、砂、砾石；2、水体：（在基质表面上或下流动的水）；3、植物：适于在饱和水和厌氧基质中生长，如产苇；4、动物：无脊椎或脊椎动物；5、微生物：好氧或厌氧微生物种群三、人工湿地净化废水的机理与功

2、能1、人工湿地净化废水的机理人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤 中的微生物（细菌和真菌）在有机物的去除中起主要作用，湿地植物的根系将氧气 带入周围的土壤，但远离根部的环境处于厌氧，形成处理环境的变化带，这就加强 了人工湿地去除复杂污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物，但 某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。通俗地说，人工湿地对废水的处理综合了物理、化学、生物的三种作用。湿地 系统成熟后，填料表面和植物根系将因大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经 生物膜时，大量SS被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸 收、同化及异

3、化作用而被去除。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，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。2、人工湿地的净化功能人工湿地是利用与自然生态系统相似的物理、化学、生物的三重协同作用来实 现对污水的净化技术。(1)物理作用：过滤和沉淀，除去含有 C、N、P的有机及无机颗粒物和悬 浮固体；(2)化学作用：吸附和絮凝，可溶性的有机化合物阴离子(PO43-)和阳离子(重金属阳离子)；(3)微生物作用：氧化还原反应，吸收降解； (4)植物作用：气体运输作用，植物吸收；根系有利于微生物繁殖;(5)挥发作用：挥发性有机

4、物(VOC四、人工湿地工程设计天然湿地通常是脆弱的生态系统，污染物会使其不堪重负，设计时应根据废水 处理的目的来建造湿地。这些系统被称为人工湿地或产苇床。人工湿地设计的三个组成部分：植物、微生物、基质。耐水的植物扎根于土壤或砂砾基质，系统浸满着水，基质支持着植物，而植物 的根则为各种微生物提供了家园。人工湿地有很好的耐冲击负荷能力，缺点是需要大量的土地。人工湿地一般适用于小城镇、乡村废水的二级处理。人工湿地的预期寿命问题至今尚未解决，系统以最佳速率去除污染物的寿命究 竟能持续多长时间，还是一个 老大难”！1、人工湿地工程设计步骤(1)选址考察地质、地貌、水文、自然资源、人文资源、有关法律及公众

5、意见。应因地 制宜，尽量选择有一定自然坡度的洼地或经济价值不高的荒地，一方面减少土石方 工程、利于排水、降低投资，另一方面防止对周围环境产生影响。(2)确定系统组合形式根据场地特征、处理要求和所处理污水的性质来确定单一式、并联式、串联 式、综合式。(3)确定水力负荷根据设计规程或经验而定(4)选择植物根据湿地植物的耐污性能、抗寒能力、生长能力、根系的发达程度以及经济价 值和美观等因素确定。一般有产苇、席草、大米草、水的产、水花生等，最为常用 的是产苇，插植密度为13株/褶。(5)计算表面积As = Q/aAs 表面积；Q 进水量；a水力负荷。(6)确定长宽比表面流湿地：长宽比10: 1,根据地

6、形，底坡降01%。潜流湿地：根据达西定律 Q =Ks >A XSS水力坡度；A 湿地床横截面积；Ks 潜流渗透系数。(7)结构设计A .进水系统的布置湿地床的进水系统应保证配水均匀性，一般采用多孔管和三角堰等配水装置。 进水管应比湿地床高出0.5m。湿地的出水系统一般根据水位调节的要求，出水区 的末端砾石填料层的底部设置穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门以调节床内 的水位。B .填料湿地床由三层组成：表层土层、中层砾石、下层小豆石。表面土钙含量在22.5kg/100kg;砾石层粒径在 550mm ,铺设厚度为0.40.7m。C .潜流式湿地床水位控制接纳最大设计流量时，进水端不能出现填

7、料床面的淹没现象，有利于植物生 长，床中水面浸没植物根系的深度均匀。2、人工湿地工艺流程设计(b)阶梯进水式(d)综合式3、人工湿地组合形式设计H*(a)单一式(b)申联式U)并联式3)综合式4、人工湿地设计要点和技术参数(1)基质的配置设计湿地系统时.基质是植物的载体，是微生物生长介质，它将湿地中发生的 所有处理过程连成一个整体，通过沉淀、过滤和吸附等作用去除污染物。设计基质 的配置，主要考虑基质的种类、粒径、深度及除磷效果。A .除磷能力：矿渣、粉煤灰对磷去除效果好。基质中游离氧化铁、氧化铝和 胶体氧化铁、氧化铝含量越高，其固定形成的磷酸铁盐和磷酸铝盐数量越多，基质 净化磷素的能力越强。B

8、 .有机物的处理：煤灰渣基质对有机污染物的处理效果较好。COD和BOD的去除率分别达7188%和8089%。设计时应根据污水所含污染物配置合适的 基质OC.进、出水区的基质：一般采用粒径 60100mill的砾石，分布于整个床 宽。处理区常选用粒径为816 mm基质，水力传导性好，适宜植物生长，处理效 果好。D .潜流湿地的基质：厚度约 60 cm左右。几种基质的粒径及其水力传导性基质类型粒径/mm渗透率 nxiarty水力传导率A/粗砂20132112x10 3砰石砂80135518 x 10-=细碎右160138817x 10 城粗碎石3201401 H6x 10-J粗岩石12801451

9、1 517 x(2)人工湿地工程技术参数人工湿地的构造与工程参数是人工湿地工艺设计的核心，包括：水力学特性、 湿地床构型和配套设施的构筑三方面：水力学特性包括：水力停留时间、水力负荷；湿地床构型设计包括：水力坡度、湿地床的长宽比和水位控制；配套设施的构筑包括：进出水装置、隔板装置和防渗设施。.几种基质的粒径及其水力传导基质类型粒径/渗透率力 力mmmdarcy一粗砂20132环石砂X0135细碎右160138设计中实际水力停留时间采用理论值的4O80%水力坡度：表面流人工湿地采用 0.5%或更小；潜流人工湿地采用0.52%。表面流湿地进水区BOD负荷率为100kg /(hm2 d ;潜流湿地设

10、计BOD负荷率为80120 kg/(hm2 d。AQ/ALR式中：儿湿地处理面积，hm2;Q湿地进水流量，mVd；G进水污染物的质量浓度，kg/m湿地床体的长度：L = As/W ; As面积，m潜流湿地的宽度：W = Q AS /(K dh DW 1/2湿地床长度通常为2O50 m。过短，则有效处理面积过小，不能保证净化效 果；湿地过长，易造成死区，使水位难于调节，不利于植物生长。系统的长宽比宜 采用2: 1。表面流湿地的水深在10200 cm,挺水植物区域水深60cm ,沉水植物区域水深120cm左右。五、典型工艺处理池宜并联，种植产苇、在芷、席草、大米草等水生植物，采用碎石作基 质。原水

11、先流经一、二级碎石床，对有机物进行降解，再进入第三级兼性塘，最后 经过第四级碎石床变成洁净的水排出。式中：4A * = 0 Co/A LR湿地处理面积，Inn2；人工湿地的配套设施At = QC0/ALR 式中：儿湿地处理面积，hm2； 八ItL 件3云一工/.1人工湿地系统有两种：表流湿地、潜流湿地。潜流系统可分为平流湿地和垂直流湿地。1、表流湿地表流湿地通常是衬有不透水材料层的浅蓄水池，填有土壤或砂砾基质，栽种露 出水面的植物。设计成水淹型，所以水位在基质表面之上，废水在基质上面流动， 通过稠密的植物，模拟天然湿地水流。它的建造费用较低。IS Q. t衣而道地2、潜流湿地设计废水流过基质，且水位保持在基质表面之下。潜流系统适于寒冷的气候，可防止在零下气