人工湿地设计

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。一般有芦苇、 席草、大米草、水葫芦、水花生等，最为常用的是芦苇，插 植密度为1～3株/㎡。 5.计算表面积As＝Q/a As－表面积；Q－进水量；a－水力负 荷。
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6.确定长宽比 （1）表面流湿地：长宽比10：1，根据地形，底坡降0～1％。 （2）潜流湿地：根据达西定律Q＝Ks×A×S S－水力坡度；
水资源保护
人工湿地设计
讲授：刘少敏 2010.12
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湿地概述
湿地是地球上一种重要的生态系统。它处于陆地 生态系统（如森林和草地）与水生生态系统（如深水 湖和海洋）之间。湿地是陆生生态系统和水生生态系 统之间的过渡带。
人工湿地是一种为了达到环保处理效果，模仿自 然湿地而人工设计的复杂的具有渗透性能的地层生态 结构，包括有浮现性、浸没式植物、动物和水体等不 同的组成部分。
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 地的水流。它的建造费用较低。
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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，可防止在零下气温时结冰。潜流 系统不像表流系统易产生臭味或蚊子，可处理较高负荷的 废水。但有机负荷太高，易堵塞。通常在潜流系统前设置 沉淀池，去除悬浮固体。设计中常采用多个进口，尽可能 均匀地分散悬浮固体，避免堵塞。
A－湿地床横截面积；Ks－潜流渗透系数。 7． 结构设计。 （1）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。 （2）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2～2.5kg/100kg；砾石层粒径在5～ 50mm，铺设厚度为0.4～0.7m。 （3）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。
潜流湿地的基质厚度约60 cm左右。
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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。
设计中实际水力停留时间采用理论值的4O～80％ 。 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0.5～2％。
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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。
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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。实地系统成熟后， 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。
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QQ786195361
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湿地不可能总是最有效地运行。因为它依靠植物和微生物 作用，在植被完全建立之前(需要几个季节)，不可能达到最高 的去污效率。在温带气候条件下，湿地在冬季的运行效果不如 夏季，尤其是除氮方面。冬季植物会死亡或休眠，但微生物在 植物根上仍保持活跃状态，系统继续运行，效率降低。系统中 最常见的问题是如何使土壤保持充气状态，尤其在平流床情况 下。湿地超负荷或水太深，会缺氧，致植物生长不良，氨的去 除率下降。
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”！
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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
人工湿地分为表面流湿地、潜流湿 地、垂直流湿地三大类，是一个独特的 土壤、植物、微生物综合生态系统。
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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 芦苇； ④无脊椎或脊椎动物； ⑤好氧或厌氧微生物种群。
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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， 我们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 人工湿地或芦苇床。
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。
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土地的选场
宽度和深度 水力负荷的比率 滞留时间 填料的选用
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植物的类型
水上植物、水底植物、浮游植物、大型挺水植物(芦苇）
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人工湿地
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北戴河湿地
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工业废水处理
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系统的性能
人工湿地污水处理系统主要由植物、微生物、 基质、水体及动物组成, 各组成成分分别起着不同 的作用, 并且相互协同, 使得整个湿地生态系统平 衡运转, 发挥良好的净化功能.
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典型工艺
处理池宜并联，种植芦苇、茳芏、席草、大米草等水生植 物，采用碎石作基质。原水先流经一、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。
人工湿地的配套设施
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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。 表流湿地
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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。
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
微生物作用 氧化－还原反应 吸收降解
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）
挥发作用
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。
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71～88％和80～89％。设计时应根据污水所含 污染物配置合适的基质。
进、出水区的基质，一般采用粒径60～100mill的砾石， 分布于整个床宽。处理区常选用粒径为8～16 mm 基质，水力 传导性好，适宜植物生长，处理效果好。
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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。
植物 植物是人工湿地的重要组成部分。人工湿地净
化污水过程中, 植物的作用可以归纳为3个重要的方 面: ①回收利用污水中可利用态的营养物质, 吸附、 富集重金属和一些有毒有害物质; ②为根区好氧微 生物输送氧气; ③增强和维持介质的水力传输。
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日处理量3100t/d废水工程实例
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水 格栅
潜流湿地，种芦苇， 大米草3个并 联运行
植物作用 气体运输作用 植物吸收 根系有利于微生物 繁殖
挥发性有机物(VOC)
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人工湿地工艺流程设计 人工湿地组合形式设计
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设计要点及技术参数
在设计湿地系统时．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。
潜流系统可设成平流或垂直流。
垂直流人工湿地
平流人工湿地
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人工湿地设计
设计时让废水先通过垂直流系统，再通过平流系统，有 较好的处理效果。垂直流系统中的需氧细菌将氨硝化为硝酸盐， 适应了平流系统缺氧条件的细菌将硝酸盐反硝化为亚硝酸盐和 氮气。废水在垂直流系统中的滞留时间短，要有效地去除病原 体，须使废水在平流系统中停留更长的时间。
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表面流湿地进水区BOD负荷率为100kg／(hm ·d)，潜流 湿地设计BOD负荷率为80～120 kg／(hm ·d)。
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10～200 cm，挺水植物区域水深60cm 沉水植物区域水深120cm左右。