生活污水人工濕地設計方案

生活污水人工濕地設計方案（初稿）人工濕地的凈化機理：對SS：濕地系統(tǒng)成熟后，填料表面和植物根系將由于大量微生物的生長而形成生物膜。廢水流經生物膜時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留。對有機物：有機污染物通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被除去。對N、P：濕地系統(tǒng)中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的環(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，保證了廢水中的氮磷不僅能通過植物和微生物作為營養(yǎng)吸收，而且還可以通過硝化、反硝化作用將其除去，最后濕地系統(tǒng)更換填料或收割栽種植物將污染物最終除去。一、污水水質（一）、作為生活污水處理的主體工程。按照城鎮(zhèn)生活污水水質一般范圍，可認為東升鎮(zhèn)生活污水水質狀況如下：COD 250350mg/l（項目取中間值300 mg/l，需監(jiān)測核實）；BOD 150-250 mg/l（取中間值200 mg/l）；SS 200-300 mg/l（項目取中間值250 mg/l）; NH3N 30-40 mg/l（取中間值35 mg/l），P 8-10mg/l（取最大值10 mg/l）；水量按照5000m3/d設計。（二）、作為生活污水處理廠的后續(xù)工程。一般鎮(zhèn)區(qū)均需要建設二級污水處理廠，按照城鎮(zhèn)污水處理廠的出水標準，如東升鎮(zhèn)二級污水處理廠達標排放，則污水處理廠出水應執(zhí)行廣東省水污染排放限值(DB4426-2001)中第二時段中的二級標準：COD 60mg/l；BOD 30 mg/l；SS 30 mg/l; NH3N 15mg/l，P 1mg/l；水量按照5000m3/d設計；作為生活污水處理廠的后續(xù)工程，人工濕地的處理壓力要小得多，且水平潛流式人工濕地對氨氮的處理效果不如垂直流人工濕地，本項目暫不深入分析此項。二、出水要求東升鎮(zhèn)生活污水最終出水預計進入北部排灌渠，按照中山市水環(huán)境功能區(qū)水質保護規(guī)定（中府1997115號）的功能區(qū)劃，該渠符合地表水環(huán)境質量標準(GB3838-2002)中類水體要求，因此人工濕地出水應執(zhí)行廣東省水污染排放限值(DB4426-2001)中第二時段中的二級標準；為：COD 100mg/l；BOD 30 mg/l；SS 30 mg/l; NH3N 15 mg/l，P 1 mg/l。三、處理效率東升鎮(zhèn)（擬）采取以挺水植物系統(tǒng)為住的潛流濕地類型，根據大量的實驗數(shù)據表明，在正常情況下，潛流型人工濕地污染去除率為：COD80%；BOD 85-95%,可達到10 mg/l;；SS 60%，P90%，農藥及細菌90%。因此東升鎮(zhèn)生活污水流經人工濕地后，其水質為：COD72mg/l；BOD 20 mg/l； SS 20mg/l; NH3N 14 mg/l，P 1 mg/l，符合廣東省水污染排放限值(DB4426-2001)中第二時段中的二級標準。四、處理工藝考慮到生活污水中的污染物濃度普遍不高，預處理可不設穩(wěn)定塘，只設格柵間、集水井；因SS濃度相對高，為避免發(fā)生堵塞，可置多孔管和三角堰，并定期取出填料清洗，可有效防止堵塞；工藝流程如下：進水-格柵間-集水井-三角堰-多孔管-提升泵-水平式表面流濕地-水平潛流式濕地-出水五、參數(shù)設計(一)、多孔管基本參數(shù)多孔管可采用管式五孔管（255/76），單孔孔徑25mm，有效孔徑76mm，可有效防止堵塞。（二）、集水井基本參數(shù)集水井設計規(guī)模為5000m3/d，約折合208.3m3/h，按水力停留時間HRT為1.5h計，集水井容積應為312.5 m3，考慮到集水井進水口應高于地面2050cm，集水井初步設計為LBH=10m8m5m。（三）、泵參數(shù)型號 125-230C，流量237.6m3/h，兩臺，一用一備。揚程 7.3m,轉速 1480（r/min）,功率 11KW，效率 74%，工作時間 24h/d。 （四）、人工濕地基本參數(shù)1、濕地表面積的預計計算公式：As=(Q（lnColnCe）)/(Ktdn) 其中As為濕地面積（m2） Q為流量（m3/d），假定流量為5000 m3/d。 Co為進水BOD（mg/l），假定進水BOD為200mg/l。 Ce為出水BOD（mg/l），假定出水BOD為20mg/l。 Kt為與溫度相關的速率常數(shù)，Kt1.014（1.06）（T20），T假定為25，則Kt=1.357。 d為介質床的深度，一般從60200cm不等，大都取100150cm，項目取120cm。 n為介質的孔隙度，一般從1040不等。表51 人工濕地面積計算表孔隙度 10 20 30 40濕地面積（m2） 70701 35351 23567 17675 可見，填料床孔隙度的大小對人工濕地面積的影響較大。一般項目預計介質的孔隙度為30%，則人工濕地面積約為23567 m2，其中，水平濕地面積為20167m2，垂流式濕地面積為3400 m2， 2、水力停留時間計算 計算公式：t=v/Q 其中 t：水力停留時間（d）? ? ? v：池子的容積（m3），容積為V=23567 m21.2m=28202.4 m3，? ? ? ：濕地孔隙度，濕地中填料的空隙所占池子容積的比值，需實驗測定；本項目按30%計，? ? ? ?Q：平均流量（m3/d），假定流量為5000 m3/d。 則：水力停留時間（d）=1.697d=40.7h。3、水力負荷計算計算公式：HLR=Q/AsQ=5000 m3/d。As=23567 m2。則HLR=0.2122m3/ m2.d。4、水力管道計算計算公式VR2SQ/tV：流量R：管徑S：流速， 0.5m/sQ：總流量，Q=5000 m3/d。t：停留時間，t=1.697d=40.7h?？梢杂嬎愠鯮=0.1474m，可用D30的水利砼管管道，也可以用D30的不銹鋼管。5、平面設計（1）水平潛流濕地水平表面流濕地一般長寬比約為10：1，而水平濕地面積約為20167 m2，As1=LB=10BB=20167 m2，B=44.91m，取45m；L約等于449.1m，取450m，As1=LB=450m45m。（2）潛流濕地潛流濕地面積約為3400 m2，可用下式計算：AS2 = Q(ln C0ln Ce) / ( KtDn)但由于整個濕地系統(tǒng)是按照整體計算，無法用BOD的初始濃度和出水濃度單獨進行計算，潛流濕地床長度過長,易造成濕地床中的死區(qū),且使水位難于調節(jié),不利于植物的栽培，L:B一般控制在13之間,為便于管理，潛流濕地最好與水平流濕地同寬，因此B=45m；則L=75.6m，取80m，As2=LB=8045=3600 m2。6、結構設計（1）進出水系統(tǒng)的布置：濕地床的進水系統(tǒng)應保證配水的均勻性，一般采用多孔管和三角堰等配水裝置。進水管應比濕地床高出0.5m。濕地的出水系統(tǒng)一般根據對床中水位調節(jié)的要求，出水區(qū)的末端的礫石填料層的底部設置穿孔集水管，并設置旋轉彎頭和控制閥門以調節(jié)床內的水位。 （2）填料的使用：水平表面流濕地床由兩層組成，表層土層，厚0.4m，礫石層鋪設厚度0.2m，總厚度0.6m；潛流濕地床由三層組成表層土層、中層礫石、下層小豆石(碎石)，鈣含量在22.5kg/100kg為好；土層0.4m，礫石層鋪設厚度0.5m。下層鋪設厚度0.3m，總厚度1.2m，人工濕地填料主要組成、厚度及粒徑分布見表52：人工濕地填料分析表 （3）潛流式濕地床的水位控制：床中水面浸沒植物根系的深度應盡可能均勻。表52 人工濕地填料分析表填料層 水平表面流濕地 潛流濕地土壤層 石英砂，厚0.4m，粒徑26mm 石英砂，厚0.4m，粒徑26mm中間層 礫石，厚0.2m，粒徑58mm 礫石，厚0.5m，粒徑58mm底層 / 碎石，厚0.3m，粒徑810mm7、植被選擇（1）選用原則1.1 植物在具有良好的生態(tài)適應能力和生態(tài)營建功能；篩選凈化能力強、抗逆性相仿,而生長量較小的植物,減少管理上尤其是對植物體后處理上的許多困難。一般應選用當?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。1.2 植物具有很強的生命力和旺盛的生長勢； 抗凍、抗熱能力抗病蟲害能力對周圍環(huán)境的適應能力1.3 所引種的植物必須具有較強的耐污染能力；水生植物對污水中的BOD5?COD?TN?TP主要是靠附著生長在根區(qū)表面及附近的微生物去除的，因此應選擇根系比較發(fā)達，對污水承受能力強的水生植物。1.4 植物的年生長期長人工濕地處理系統(tǒng)中常會出現(xiàn)因冬季植物枯萎死亡或生長休眠而導致功能下降的現(xiàn)象，因此，應著重選用常綠冬季生長旺盛的水生植物類型。1.5 所選擇的植物將不對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構成威脅，具有生態(tài)安全性；1.6具有一定的經濟效益、文化價值、景觀效益和綜合利用價值。由于所處理的污水不含有毒、有害成分,可以考慮其綜合利用。(2)配置分析 2.1根據植物類型分析 2.1.1漂浮植物 漂浮植物中常用作人工濕地系統(tǒng)處理的有水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。 2.1.2根莖、球莖及種子植物 這類植物主要包括睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角等。 2.1.3挺水草本植物類型 這類植物包括蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草等，為人工濕地系統(tǒng)主要的植物選配品種。根據這類植物的生長特性，它們即可以搭配種植于潛流式人工濕地，也可以種植于表流式人工濕地系統(tǒng)中。 2.1.4沉水植物類型 沉水植物一般原生于水質清潔的環(huán)境，其生長對水質要求比較高，因此沉水植物只能用作人工濕地系統(tǒng)中最后的強化穩(wěn)定植物加以應用，以提高出水水質。 2.2 原生環(huán)境分析 根據植物的原生環(huán)境分析，原生于實土環(huán)境的植物如美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等，其根系生長有向土性，可配置于表面流濕地系統(tǒng)和潛流濕地土壤中；如水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生長已經適應了無土環(huán)境，因此更適宜配置于潛流式人工濕地。 2.3 養(yǎng)分需求分析 根據植物對養(yǎng)分的需求情況分析，由于潛流式人工濕地系統(tǒng)填料之間的空隙大，植物根系與水體養(yǎng)分接觸的面積要較表流式人工濕地廣，因此對于營養(yǎng)需求旺盛、植株生物量大、一年有數(shù)個萌發(fā)高峰的植物如香蒲、菖蒲、水蔥、水莎草等植物適宜栽種于潛流濕地；而對于營養(yǎng)生長與生殖生長并存，生長緩慢，一年只有一個萌發(fā)高峰期的一些植物如蘆葦、茭草等則配置于表面流濕地系統(tǒng)。 2.4 適應力分析 一般高濃度污水主要集中在濕地工藝的前端部分。因此前端工藝部分一般選擇耐污染能力強的植物，末端工藝由于污水濃度降低，可以考慮植物景觀效果。表53 水平表面流潛流復合型濕地植物選擇及搭配表植物類型 水平表面流型 潛流型 備注漂浮植物 水葫蘆、浮萍 水葫蘆 少量根莖、球莖 睡蓮、荷花 / /挺水植物 蘆葦、美人蕉、燈心草 蘆葦、菖蒲、水蔥、紙莎草 主要植被沉水植物 / / /（3）、植被選擇投資分析本項目采用水平表面流潛流復合型濕地系統(tǒng)，植被包括漂浮植物、根莖、球莖、挺水植物等 ，其中以挺水植物為主；植物種類包括水葫蘆、浮萍、蘆葦、睡蓮、荷花、蘆葦、美人蕉、燈心草、菖蒲、水蔥、紙莎草等；其分配及投資分析如表54：表54 水平表面流潛流復合型濕地植物分配及投資分析表植物 水葫蘆 睡蓮 荷花 蘆葦 美人蕉 燈心草 紙莎草 菖蒲 水蔥數(shù)量（苗） 8萬 2萬 2萬 10萬 4萬 10萬 1萬 1萬 1萬單位價格 0.05 5.0 3.0 0.35 0.9 0.25 0.6 0.3 0.3合計（萬） 0.4 10 6 3.5 3.6 2.5 0.6 0.3 0.3由以上可以看出，濕地植被需投資27.2萬左右（浮萍可就地獲得，未計入總成本）。六、管理及勞動定員（一）、管理重點1、配水問題，潛流方便；2、潛流濕地考慮砌隔墻，使流態(tài)接近理想推流；3、通風問題；4、回流，各個構筑物最好能設回流管，以免檢修時能排空池體中的水；5、污水管沒有90度彎頭，用45度斜管接，污水里面雜質多，以讓污水排的更流暢；6、及時清洗填料，嚴格防止?jié)摿鞫氯?、及時收割填料上的植被。（二）、勞動定員由于人工濕地相對污水處理廠管理方便，運營成本大幅度下降，勞動定員可初定為3人（1000元/月.人）即可。七、工程數(shù)量挖方：Q11=LBH=450m45m0.9m+80m45m1.5m=23625 m3；填方：Q12 =80m45m1.2m+450m45m0.6m=16470 m3；道路 Q13=LBH=（5302+452）m6m0.4m=2760 m3；集水井 Q14=LBH=10m8m5m=400 m3；出水井 Q15=LBH=10m8m4m=320m3；基質（混凝土）：Q16 =LBH=530m45m0.3m=7155 m3；工程量為Q=Q11+ Q12+ Q13+ Q14+ Q15 =43575 m3；Q16為底層基質（防滲層）。八、主要經濟指標工程總投資448.6萬元，其組成如下：植被：27.2萬；土方：43575 m340元/立方（計機械）=174.3萬；基質（混凝土）: 7155 m3200元/ m3=143.1萬；設備安裝及人工：（174.3+143.1）25%=79.4萬；運輸費用：（174.3+143.1+27.2）1%=3.4萬；工程管理費用：（174.3+143.1+27.2+3.4+79.4）2.5%=10.6萬；不可預見費用：（174.3+143.1+27.2+3.4+79.4）2.5%=10.6萬.由以上可以得知：人工濕地單位水量投資 897.2元/ m3單位水用電量 0.0528千瓦時/ m3單位水量正常運營成本 0.0628元/立方=0.0428元/ m3+0.02元/ m3近年來，各種水處理技術在實際應用中取得了不斷的發(fā)展，特別是作為二級處理的活性污泥法以其工藝相對成熟、運行穩(wěn)定、處理效果好而成為城市污水處理的主流工藝，但傳統(tǒng)的活性污泥不僅基建投資大，運行費用高，且主要以去除碳源污染物為目的，對氮、磷等營養(yǎng)物質的去除則微乎其微，經處理后的出水排入水體后仍將引起“富營養(yǎng)化”等環(huán)境問題。三級處理雖可解決上述問題，但因投資和運行費用昂貴而難以大面積推廣。同時事實也說明，單純依靠傳統(tǒng)的人工處理方法在我國當前的情況下尚難以從根本上解決水污染問題，只能延緩其發(fā)展趨勢。70年代以來，人工濕地處理技術的提出和發(fā)展，為綜合解決上述問題提供了一種新的選擇。人工濕地是一種人工建造和監(jiān)督控制的與自然濕地相類似的地面， 是人為地將石、砂、土壤等一種或幾種介質按一定比例構成基質，并有選擇性地植入植物的污水處理生態(tài)系統(tǒng)1。由于人工濕地具有處理效果好、建設和運行費用低、易于維護管理等優(yōu)點，因而受到世界各國的普遍重視，成為近年來發(fā)展較快的一種污水處理新技術。但是，由于人工濕地污水處理技術還處于開發(fā)階段，尤其在我國人工濕地污水處理技術的發(fā)展及其應用時間還相對較短，還沒有比較成熟的設計參數(shù)，其工藝設計也還處于試驗階段；人們對其的認識較少，加之存在許多亟待解決的問題，因而人工濕地的應有潛力未能得到深入挖掘。人工濕地系以人工建造和監(jiān)督控制的、與沼澤地相類似的地面，通過自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物三者協(xié)同作用以達到對污水的凈化。此種濕地系統(tǒng)是在一定長寬比及底面坡度的洼地中，由土壤和填料混合組成填料床，廢水在床體的填料縫隙或在床體表面