人工湿地设计(刘少敏)概要

人工湿地工艺流程设计
人工湿地组合形式设计
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。 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。
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 湿地床长度通常为2O～50 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10～200 cm，挺水植物区域水深60cm 沉水植物区域水深120cm左右。
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。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。
潜流湿地，种茫 荼，芦苇2个并联 运行
出水
潜流湿地，种芦 苇，茫荼3个并联 运行
氧化塘3个 并联运行
低温影响 低温时生物活性下降和植物的死亡； 对于表面流和竖流湿地, 低温时表面会结
冰，冰层覆盖不仅阻碍了大气的复氧过程,
使生化水平降低,而且冰层的存在减少了有
效水深, 从而缩短了停留时间, 进而对处
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％。
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。 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”！
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 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。
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。 潜流湿地的基质厚度约60 cm左右。
水资源保护
人工湿地设计
讲授：刘少敏 2010.12
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。 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。
垂直流人工湿地
平流人工湿地
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。 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。
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。 潜流系统可设成平流或垂直流。
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
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。
日处理量3100t/d废水工程实例
水
格栅
潜流湿地，种芦苇， 大米草3个并 联运行
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
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 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。
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。
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。
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
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）
人工湿地
北戴河湿地
1
2Hale Waihona Puke Baidu
工业废水处理
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. 植物
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 植物作用 气体运输作用 植物吸收 根系有利于微生物 繁殖 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 挥发性有机物(VOC)
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； 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。
理效果产生影响。因此, 低温会导致处理
效果的显著降低。目前, 湿地温度带来的
问题还没有完全解决, 但可以采取一些措
施适当的降低温度带来的影响。
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