某河道人工湿地设计方案.

某河道⼈⼯湿地设计⽅案.
某河道⼈⼯湿地设计⽅案
⼀、项⽬基本概况
1.1 河道现状
先导区内河流主要有运粮河和丁村沟。

a）运粮河
运粮河属于淮河流域，涡河⽔系，起源于中牟县万滩乡万庄村南，东南⽅向途径东漳南、秫⽶店北、⼤胖西、⽼饭店西、朱仙镇东、⼤李庄西，在开封县⼤李庄乡，四合庄西汇⼊涡河，全长53.27km，总流域⾯积214km2。

其中中牟县境内长15.6km，流域⾯积112.9km2，规划区内河道长度3.9km，是先导区，乃⾄中牟县的⼀条主要防洪排涝河道。

运粮河属于季节性河流，在平⾯上基本保持了其⾃然河形，岸线有⼀定的蜿蜒，河道两侧滩地及堤防顶部有速⽣杨林，枯⽔期基本⽆基流，河流⽔质较差。

2005年按三年⼀遇除涝，⼗年⼀遇防洪标准进⾏了治理，治理长度15.6km，出境处设计排⽔流量40.84m3/s。

它是狼城岗⼲渠和丁村⽀渠区域的主要排⽔河道，主要⽀流有丁村沟（沟长14.61km）和运粮河⽀沟（沟长5km）。

设计排⽔能⼒16.9 m3/s ~48.7 m3/s，⽬前排⽔能⼒为设计能⼒的70%。

b) 丁村沟
丁村沟属运粮河⽔系，位于丁村⽀渠与赵⼝总⼲渠1号沉砂池第Ⅰ条渠之间，发源于万滩镇关家村，流向东南，流经万滩镇、雁鸣湖
两乡镇，经⼩朱村、岳庄、丁村南，再向东南，穿中东公路，⾄朱固村南⼊运粮河，全长14.4km，流域⾯积24.9km2。

其中中牟县先导区内河道长度为4.3km。

现状来⽔主要为上游村庄的⽣活污⽔，以及雁鸣湖的侧渗⽔，现状⽔质较差，河道内局部有⽣活垃圾。

1998年丁村沟进⾏了清淤，⾄今未再次治理过，它是⽰范区内的⼀条主要排⽔沟道。

设计排⽔能⼒3 m3/s ~15 m3/s，⽬前排⽔能⼒仅为设计能⼒的80％。

河渠均为季节性河流，现状河渠⽔系受周边⼯业污染相对较轻，主要受沿河村镇⽣活污⽔、农⽥排⽔和降⾬径流污染影响，部分河渠河床内及两侧垃圾较多，旱季时基本成为排污沟，污染严重，⽔质均为劣V类，⽆法达到⽔功能区划和河流⽣态所需要的⽔质标准，严重影响先导区环境质量。

1.2 项⽬意义
项⽬的建设对改善运粮河与丁村沟的河滩⽣态环境，提⾼运粮河与丁村沟的河道⽔质，创造良好的滨⽔环境，实现⽔资源和⽔⽣态系统的良性循环，提⾼政府形象，改善投资环境和⼈民群众的⽣活质量，具有⼗分重要的意义。

1.3 设计规模
根据中牟先导区提供的数据并结合具体实际情况进⾏推算及依据国家相关政策，本⽅案确定该⼈⼯湿地的处理规模为
300m3/d，采⽤潜流与⾃由表⾯流组合⼯艺⽅式处理⽅案。

1.4 经济技术指标
1、总投资：537503.00 元
2、吨⽔投资为：F1＝537503.00／300＝1791.677 元。

⼆、前⾔
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。

三、设计依据及原则
3.1设计依据
(1)《中华⼈民共和国环境保护法》
(2)《中华⼈民共和国⽔污染防治法》(修正)1996.5.15
(3)《污⽔综合排放标准》GB8978-1996
(4)《地表⽔环境质量标准》(GB3838-2002)
(5)《城镇污⽔处理⼚污染物排放标准》GB18918-2002
(6)《⼈⼯湿地污⽔处理⼯程技术规范》HJ 2005-2010
(7)《室外排⽔设计规范》GB50014-2006
(8)《砌体结构设计规范》GB50003-2001
(9)《混凝⼟结构设计规范》GB50010-2002
(10)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
(11)《给⽔排⽔⼯程构筑物设计规范》GB50069-2002
(12)《⽔处理⼯程师⼿册》
(13)《污⽔综合排放标准》GB8978-1996
(14)《城市污⽔处理及污染防治技术政策》(建城[2000]124号)
(15)《城市污⽔处理⼯程项⽬建设标准》(建标[2001]77号)
3.2设计原则
(1) 对河⽔中污染物进⾏分析⽐较，结合要求达到的处理后排放⽔⽔质标准，提出技术先进、⼯艺可靠、经济合理的⼯艺⽅案。

(2) 处理⼯艺⼒求达到节能、低耗，且技术先进、操作简便，占地⾯积少，施⼯⽅便，投资省。

(3) 以环保法规和有关规范、标准为依据，确保污染河⽔处理后达标排放。

(4) 作为环保⼯程，设计中应尽量减少对环境产⽣的负⾯影响，如噪⾳、臭⽓、固体废弃物等；
(5) ⼯程设计注重本⼯程实际运⾏的灵活性和抗冲击性，提⾼其
对⽔质⽔量变化的适应性；⼯程建设坚持环保、⽣态化，处理后的出⽔补充运粮河及丁村沟景观⽤⽔，做到⽔资源化循环利⽤。

四、项⽬设计的针对性
本⽅案设计保证出⽔达到处理要求的前提下，尽量做到节省投资，充分发挥该河⽔⽔净化⼯程的社会效益、经济效益和环境效益。

所采⽤的⼯艺设施既具有合理性⼜具有先进性以保证运⾏管理简便灵活。

采⽤“太阳能曝⽓⽣化处理加⼈⼯湿地”⼯艺，⽅便运⾏、降低景观⽔处理造价、减少运⾏成本、保证出⽔稳定达标。

该景观⽔的处理设施总图布置要求紧凑合理，尽可能优化⼯艺设计，根据项⽬所在地地形地貌，进⾏合理布局，减少占地⾯积。

五、合理选址的原则及处理⽔量、⽔质
5.1合理选址的原则
本⽅案景观⽔处理设施选址原则是⽔处理设施应结合地形，尽可能选⽤荒地、洼地和河塘边，就近集中或分设，少占良⽥，缩短排⽔管道，降低管道埋深和减少⼟⽅⼯程量。

因此本景观⽔处理设施的选址应遵循以下⼏点原则：
1）选址应选择地势稍低处，便于河⽔通过⾃流流⼊本景观⽔处理设施，同时还要满⾜处理达标⽔能⾃流排出本设施。

2）选择在⾮耕地地带建设本设施，尽量不占⽤耕地和农⽥。

3）尽量利⽤当地现有地形，减少⼯程投资。

4）项⽬建成后，便于管理，减少运⾏费⽤。

5.2 处理⽔量
本项⽬⽇设计处理量为300m3/d。

5.3设计进⽔⽔质
根据参考有关资料，设计原⽔⽔质见表5-1。

表5-1进⽔⽔质表（单位：mg/l）
名称COD Cr BOD5TN NH4+TP SS pH 设计原⽔⽔质≤ 60 ≤ 20 ≤ 30 ≤ 25 ≤ 2 ≤ 60 6-9
5.4出⽔⽔质
处理后出⽔达到《地表⽔环境质量标准》(GB3838-2002) 5类⽔。

处理后的出⽔⽔质见表5-2。

表5-2出⽔⽔质表（单位：mg/l）
名称COD Cr BOD5TN NH4+TP SS pH 设计出⽔⽔质≤ 40 ≤ 10 ≤ 2 ≤ 2 ≤ 0.4 ≤ 10 6-9 GB18918-2002 5类⽔40 10 2 2 0.4 10 6-9
六、处理⼯艺
6.1 处理⼯艺流程框图
表流⼈⼯湿地
出⽔池达标排放
河⽔好养⽣物塘复合潜流⼈⼯湿地
太阳能
6.2 本⽅案⽔处理⼯艺流程说明
由于河道河⽔氨氮含量较⾼，脱氮处理中反硝化作⽤阶段前充分的硝化作⽤是⾮常必要的，因此在⼈⼯湿地前端设置好养⽣物塘，河⽔经过拱⽔井⾃流⼊到好养⽣物塘。

为提⾼组合⼯艺整体的脱氮效率，考虑将垂直流⼈⼯湿地放在组合⼯艺前端，有利于提⾼湿地系统的输氧能⼒，从⽽提⾼硝化作⽤提⾼脱氮效率。

好养⽣物塘的出⽔⾃流先后进⼊⽔平潜流⼈⼯湿地和垂直流⼈⼯湿地组合成的复合潜流⼈⼯湿地系统，最后经过表流⼈⼯湿地，这样利⽤植物吸收、微⽣物降解、填料过滤吸附等作⽤去除污⽔中的污染物。

相对于其他处理技术，⼈⼯湿地具有投资省、效率⾼、维护简单等优点，对于污染物浓度相对较低的农村⽣活污⽔，是⼀种较好的处理技术。

⼈⼯湿地出⽔达标排⼊河道。

6.3 本⽅案⽔各处理单元功能描述
(1) 好养⽣物塘
⽤于去除原污⽔中悬浮物及⼤颗粒杂物，可以防⽌垂直流⼈⼯湿地的堵塞，保护后续⼈⼯湿地的运⾏稳定。

利⽤太阳能曝⽓增氧，提⾼⽔中的溶解氧，促进氨氮的氧化作⽤，进⽽充分的硝化作⽤，使脱氮处理中反硝化作⽤阶段可以充分反应，提⾼了脱氮效率。

减轻后续⼈⼯湿地的治理负荷。

(2) ⼈⼯湿地
本单元综合了物理、化学和⽣物的三种作⽤对污⽔进⾏进⼀步的处理。

系统成熟后，特种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。

污⽔流经⽣物膜时，残余的SS被填料和植物根系有机截留，有机污染物则通过⽣物膜的吸收、同化及异化作⽤⽽被去除。

同时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呈现出好氧、厌氧和缺氧状态，保证了废⽔中氮、磷不仅能被植物和微⽣物作为营养成分⽽直接吸收，⽽且还可以通过硝化、反硝化作⽤及微⽣物对磷的过量积累作⽤将其从废⽔中去除。

⽼化的微⽣物作为肥料被植物吸收。

⼈⼯湿地可按污⽔在湿地床中流动的⽅式不同⽽分为三种类型：地表流⼈⼯湿地（SFW）、潜流型⼈⼯湿地（SSFW）。

潜流型⼈⼯湿地⼜包括⽔平流⼈⼯湿地和垂直流⼈⼯湿地。

表⾯流⼈⼯湿地植物根系发达，可通过根系向基质送氧，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧和厌氧⼩区，利于多种微⽣物的繁殖。

潜流湿地污⽔在湿地床内的部流动，⼀⽅⾯可以充分利⽤填料表⾯的⽣长的⽣物膜、丰富的根系及表层⼟和填料截流等作⽤，以提⾼其处理效果和处理能⼒；另⼀⽅⾯由于⽔流在地表以下流动，故具有保温性好、处理效果受⽓候影响⼩、卫⽣条件好等特点。

三种类型⼈⼯湿地⽐较
类型
表⾯流⼈⼯湿地⽔平潜流⼈⼯湿地
垂直潜流⼈⼯湿地
特点
污⽔在湿地的表⾯
流动，⽔位较浅，多在0.1～0.6 m ，与⾃然湿地最为接近
污⽔在湿地床的内部流动，从⼀端⽔平流过填料床
污⽔在湿地床的内部
流动，从湿地表⾯纵向
流向填料床的底部
优点
⼯程投资低，运⾏成本最低
⽔⼒负荷较⾼，对污染物
去除效果好；很少有臭味
和蚊蝇现象；运⾏成本较
低
硝化能⼒⾼，可⽤于处理氨氮含量较⾼的废⽔。

运⾏成本较低
缺点
系统的处理效果受温差变化影响⼤
控制相对复杂；脱氮、除磷的效果不如垂直流⼈
⼯湿地
控制相对复杂
根据以上的⽐较并结合⽔质情况，选⽤复合垂直潜流⼈⼯湿地+表⾯流⼈⼯湿地组合⼯艺。

(3) 出⽔池
主要是蓄⽔的功能。

6.4 ⼯艺特点
除污效率⾼：在进⽔负荷较低的条件下，系统对BOD5的去除率可达85%～95%，COD cr的去除率可达80%以上。

同时，系统对N和P去除率也很⾼，可分别达到60%及90%以上；
运⾏成本低廉：⼀般为是传统的⼆级污⽔处理技术的1/10～1/2，⼤幅度降低了污⽔处理成本；
易于维护：本⼯艺需较少的机电设备，系统维护以清理渠道及管理作物为主，对⼈员技能要求不⾼；
低能耗、⽆⼆次污染：由于⼯程中的设备少，本⼯艺耗能低，这是其它处理⽅法⽆法相⽐的；
臭味少，美化环境，可作景观作⽤。

总的来说，⼈⼯湿地具有较⾼的环境效益、经济效益及社会效益，⾮常适合处理⽔量、⽔质变化不⼤、对管理要求不⾼的河道微污染治理。

⼈⼯湿地可与当地绿化有机结合，栽种观赏植物，成为⼀个景观，可谓⼀举多得。

七、⼯艺的设计计算
7.1 好养⽣物塘
⑴实际尺⼨：L×B×H=10×6×2.3m
⑵有效⽔深：H=2.0m
⑶有效容积：V=120m3,有效⾯积60m2
⑷⽔⼒停留时间：HRT=5 h
⑸结构：砖混结构
7.2 ⼈⼯湿地
(a) 复合潜流⼈⼯湿地
综合考虑⽔平潜流负荷⾼，⽔⼒条件好能营造良好的厌氧环境，以及垂直潜流充氧能⼒和硝化能⼒强的特点，我们选择⽔平+垂直的复合潜流⼈⼯湿地，⽔流经进⽔布⽔，先后缓慢流经粒径20mm的粗砾⽯和5mm~10mm的细砾⽯，在砾⽯表⾯形成⽣
物膜，附着的微⽣物对污⽔中的有机物进⾏降解，出⽔进⼊垂直流湿地，⽔流在填料床中呈由上向下的垂直流，床体处于不饱和状态，氧可通过⼤⽓扩散和植物传输进⼊⼈⼯湿地系统。

垂直流湿地的硝化能⼒⾼于⽔平潜流湿地，可⽤于处理氨氮含量较⾼的污⽔。

在设计时充分考虑了检修，将垂直潜流湿地分为2格，保证在检修的情况下也不会间断对污⽔的处理。

(b) 表⾯流⼈⼯湿地系统
地表流湿地系统也称⽔⾯湿地系统，与⾃然湿地最为接近，但它是受⼈⼯设计和监督管理的影响，其去污效果⼜要优于⾃然湿地系统。

污染⽔体在湿地的表⾯流动，⽔位较浅。

通过⽣长在植物⽔下部分的茎、竿上的⽣物膜来去除污⽔中的⼤部分有机污染物。

氧的来源主要靠⽔体表⾯扩散，植物根系的传输和植物的光合作⽤，表⾯流负荷⼩，占地⾯积相对较⼤。

7.2.1设计参数
⽔平潜流⼈⼯湿地设计参数
设计⽔量Q（m3/d）300
⽔⼒负荷(m3/m2?d) 0.6
计算表⾯积A(m2) 300
设计⾯积(m2) 300
设计单元数⽬ 3
单元设计格数 2
单元长：宽 4
计算单元⾯积100
计算单元长度(m) 20
计算单元宽度(m) 5
单元中单格长度(m) 10
单元中单格宽度(m) 5
⽔平潜流总长度(m) 20
⽔平潜流总宽度(m) 15
覆⼟厚度(m) 0.3
粗砂厚度(m) 0.1
填料层⾼度(m) 0.6
细砂厚度(m) 0.02
总⾼度(m) 1
单元容积（m3）100
填料层体积(m3) 277.2 总体积(m3) 300 实际占地⾯积(m2) 300
垂直潜流⼈⼯湿地设计参数
设计⽔量Q（m3/d）300
⽔⼒负荷(m3/m2?d) 0.4
计算表⾯积A(m2) 300
设计⾯积(m2) 300
填料层⾼度(m) 1
覆⼟厚度(m) 0.3
总⾼度(m) 1.3
长：宽 2 计算长度(m) 24.494897 计算宽度(m) 12.247449 设计长度(m) 25
设计宽度(m) 12.5
设计格数 2
单格长度(m) 12.5
单格宽度(m) 12.5
单格容积(m3) 203.125
填料层体积(m3) 312.5 总体积(m3) 406.25 实际占地⾯积(m2) 312.5 表⾯流⼈⼯湿地设计参数
设计⽔量Q（m3/d）300
⽔⼒负荷(m3/m2?d) 0.5
计算表⾯积A(m2) 250
设计⾯积(m2) 250 设计格数 2
单格长：宽 3
计算单格⾯积125
计算单格长度(m) 19.5
计算单格宽度(m) 6. 5
设计单格长度(m) 20
设计单格宽度(m) 6.5
总长度(m) 20
总宽度(m) 12
有效⽔深(m) 0.5
砾⽯厚度(m) 0.1
⼟壤厚度(m) 0.2
超⾼(m) 0.3
总⾼度(m) 1.35
单格体积(m3) 171.1
总体积(m3) 378 实际占地⾯积(m2) 250
7.2.2构筑物设计
⽔平潜流⼈⼯湿地构筑物尺⼨
设计长度(m) 20 设计总宽度(m) 15
设计深度(m) 1
设计总容积（m3）300 构筑物分格 3
垂直潜流⼈⼯湿地构筑物尺⼨设计长度(m) 25 设计总宽度(m) 12.5 设计深度(m) 1.3 设计总容积（m3）406.25 构筑物分格 2表⾯流⼈⼯湿地构筑物尺⼨
结构砖砌设计长度(m) 20 设计单格宽度(m) 6.5 设计深度(m) 1.35
设计总容积（m3）342.225
构筑物分格 2
7.2.3⽔平潜流⼈⼯湿地系统基质配选⽅案
⽔平潜流湿地从表层到底层依次为覆⼟⼟壤，粗砂，填料层，细砂，防渗层，我们将湿地分为3个单元，每个单元分为2格，第⼀格选择粒径为20mm的粗砾⽯作为填料层，⼀⽅⾯利⽤粗砾⽯粒径⼤，⽔⼒条件好的特点，增⼤系统的抗负荷能⼒，另⼀⽅⾯靠近进⽔端的填料层也起到很好的布⽔作⽤，使⽔流均匀，提⾼容积利⽤率；第⼆格选择5mm~10mm的细砾⽯，增⼤填料⽐表⾯积，使附着在填料表⾯的微⽣物与污⽔更容易接触，同时由于粒径⼩，⽔流速度较慢，给微⽣物提供充⾜的时间硝化降解河⽔中的有机物，提⾼出⽔⽔质，降低对后续⼯艺的冲击。

7.2.4垂直潜流系统⼈⼯湿地系统基质配选⽅案
我们将潜流湿地由上⽽下划分为⼟壤表层、多孔管布⽔系统、填料处理层、集⽔系统和防渗层五部分，其中多孔管布⽔系统与集⽔系统包含于填料处理层中，本⽅案中为了便于区分，将布⽔管、集⽔管周围的填料层分别归为多孔管布⽔系统与集⽔系统。

根据设计规范，多孔管布⽔系统、填料处理层与集⽔系统三层的总厚度宜为0.4～1.6 m，我们取1.0 m。

7.2.4.1⼟壤表层
⼟壤表层的主要功能是维持挺⽔植物的⽣长，由于污⽔进⼊系统
后，不经过本层，其对污⽔⽆直接净化作⽤，主要体现为植物净化。

应优先选择当地⼟壤，以松软⼟质为佳（黏⼟～壤⼟），并具较⾼的肥⼒，渗透系数宜为0.025～0.35 cm/h。

考虑到植物的⽣长、⼯程量与系统的维护去堵，⼟壤厚度取30 cm。

系统完成⾯⽐周边地表⾼5 cm，防⽌周边⾬⽔漫⼊系统。

在系统运⾏后，⼟壤表层厚度会因外界的冲刷等⽽逐渐下降，部分⼟壤会进⼊下层，从⽽影响布⽔，因此，下层填料层的厚度应超出设计值10%～15%。

7.2.4.2多孔管布⽔系统
多孔管布⽔系统的作⽤主要在布⽔，为确保顺畅布⽔，须考虑两点：
1）布⽔管周围填料的空隙与孔隙率
布⽔管周围填料应有较⼤的空隙与较⾼的孔隙率。

选取有效粒径为16 mm的陶粒即可满⾜布⽔的⽔⼒传导条件，陶粒厚度取15 cm。

2）⼟壤表层对布⽔的影响
⼟壤表层中的⼟壤会在运⾏过程中逐渐向下扩散，对布⽔造成污堵，从⽽影响顺畅布⽔。

针对这个问题，我们在考虑提⾼布⽔层厚度的基础上，先在⼟壤表层下铺⼀层5 cm厚的粗砂，⽽后敷设布⽔管。

布⽔主管径取de110，布⽔管包含在细砾⽯层中。

7.2.4.3填料处理层
填料处理层的基质的选择对于处理效果有很⼤影响，应考虑基质的粒径、⽐表⾯积、孔隙率、材质等因素。

粒径与孔隙率影响基质的⽔⼒传导性能；⽐表⾯积影响基质的吸附性能；材质影响某些污染物质（磷）的去除效果。

本层基质的孔隙率以35%～40%为宜，过低会影响基质的除污效果。

⽐表⾯积⼤、含⼤量钙的填料（碱性环境）或含⼤量铁铝的填料（酸性环境）对污染物质（磷）有很好的去除效果。

本层中填料选⽤复合填料，即以陶粒、煤渣、⽟⽶芯、⼟壤四种填料的按3：3：1：3的体积⽐配制⽽成的填料。

复合填料有良好的除污效果、费⽤低、易获取，充分利⽤了周围资源。

复合填料层厚取65 cm。

7.2.4.4集⽔系统
与布⽔系统类似，为确保顺畅集⽔，集⽔管周围填料应有较⼤的空隙与较⾼的孔隙率，选取有效粒径为16 mm的陶粒即可满⾜布⽔的⽔⼒传导条件。

集⽔⽀管径取de63，主管径取de110，陶粒厚度取15 cm。

7.2.4.5防渗系统
根据设计规范，潜流湿地系统底部与侧壁须进⾏防渗处理，防渗层的渗透系数不应⼤于10-6 cm/s。

我们采⽤防渗膜HDPE与压实⼟层进⾏防渗处理。

敷设防渗布前，应先将场址基地整平压实，对于地表⾼低起伏过⼤及⼟质松软之区域应加以改善，不能有尖锐突出物在地⾯上。

敷设防渗膜后，在防渗膜上要铺20 mm厚的细沙，以防⽌防渗层被上层。