人工湿地设计与工程实例汇总

nyepe · 发表于 2011-8-1 14:43:16

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1.人工湿地介绍 1.1人工湿地概念湿地是指水域与陆地交界的沼泽地带，与森林、海洋并称为全球三大生态系统，它不仅蕴藏着丰富的生物各类，而且在调节气候、控制土壤侵蚀、控制污染、美化环境、维护生态平衡等方面起着重要独特的作用。人工湿地是近年来迅速发展的生物－生态治污技术，可处理多种工业废水，包括化工、石油化工、纸浆、纺织印染、重金属冶炼等各类废水，后又推广应用为雨水处理。这种技术已经成为提高大型水体水质的有效方法。人工湿地的原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体表面流动。在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高的水生植物（如芦苇等），形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理。 1.2人工湿地机理人工湿地(Constructed Wetlands)是为污水处理人为模拟“自然湿地”建造的一个“自然系统”，是人为地在有一定长宽比和地面坡度的洼地里将石、砂、土壤，煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质作为填床料，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统。植物为“自然系统”中的降解有机物微生物提供基质，通常选择植入具有性能好，成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物如芦苇，蒲草等。人工湿地对污水的净化是人工基质、水生植物和微生物这个复合生态系统的物理、化学和生物作用的共同结果，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物同化分解和植物吸收等途径去除废水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等，其中微生物和自然化学作用占约90％，水生植物则占7—l0％。这个独特的动植物生态体系实现了不仅能实现对污水的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化。图1.净化基理 1.3人工湿地的类型及其特点在废水处理中人工湿地有两种基本类型，即表层流人工湿地(Surface Flow Wetland)和潜流人工湿地(Subsurface Flow Wetland)。潜流人工湿地表层流人工湿表层流人工湿地在外貌和功能上都与自然湿地最为相似，一般有一个或几个填料床组成，床底填有基质并有防漏层阻止废水渗入地下而污染地下水；废水在土壤的上层水平流动，废水经常同表层水混合在湿地内流动，持续时间一般为1 0天；固态悬浮物被填料及根系阻挡截留通过湿地而沉淀，同时微生物也附着在填料或植物的根茎叶上发挥生物降解作用。在潜流人工湿地中，废水从湿地表面纵向流入填料床的底部，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，但生物作用主要是厌氧反应，所以垂直潜流人工湿地的硝化能力要高于平流潜流人工湿地。表层流人工湿地投资小、但占地面积较大，臭味明显；潜流人工湿地占地面积小，臭味不明显，但造价较大。：者相比优点缺点明显互补，具有不同的作用，可以根据不同的需要和条件进行选择。人工湿地中常用的主要植物有浮游植物、挺水植物、沉水植物。浮术游植物主要用于氮、磷的去除和提高稳定性，挺水植物是最为广泛应用的植物，而沉水植物系统还处于实验室研究阶段，其主要应用领域在于初级处理和二级处理后的精处理。水生植物除自身具有较强的净化废水功能外，还提供了放氧表面和微生物栖息环境，同时还与周围环境的各种原生动物、微生物形成小环境，对多种污染物有较强的吸收、分解、富集能力。湿地床层中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微生物环境依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中的氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分直接吸收，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而从废水中去除，最后通过湿地水生植物的定期收割，使污染物从系统中去除。污水湿地处理主要应用于以下五个方面：①把处理了的出水引入天然湿地处置。②利用天然湿地进行污水深度处理。③利用经处理的出水或经部分处理的污水改造和建立平衡的湿地生态，进而恢复湿地受害的鸟类和野生群落。④利用人工湿地直接进行污水处理。⑤以保护湖泊、河流为目的，利用河滩、湖滩的天然湿地净化河水。 1.4人工湿地的优势 l、建造和运行费用便宜； 2、易于维护和管理； 3、可进行有效可靠的污水处理； 4、可缓冲对水力和污染负荷的冲击； 5、可直接和间接提供效益，如水产、畜产、造纸原料、建材、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。 1.5北方人工湿地特点 1.5.1预处理预处理与人工湿地结合作为北方人工湿地组合工艺的重要意义不仅在于对湿地入水进行初级处理，保证湿地系统的安全稳定运行，更重要的是通过调整预处理的处理深度，保证系统各季节的运行效果。春夏秋季充分利用湿地的净水功能，冬季强化预处理进行补充。在保证污水处理效果的前提下，可极大地降低运行成本。 1.5.2植物选择根据北方地区的气候特点，以及“优先利用本地物种，慎重选择外来物种”的原则，以及大量的实验研究筛选出北方地区的优势植物芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、黄花莺尾、茭白等既对污染物有较高的去除率，又有较好的越冬能力，适宜作为北方人工湿地的种植植物。 1.5.3布水方式选择在我国北方地区，由于冬季气候寒冷，会造成湿地系统管道发生破裂，湿地植物出现休眠现象，根系微生物代谢减缓甚至停止，最终导致湿地处理效率大幅度下降。这也是导致北方地区人工湿地应用较少的主要原因。针对这一问题，北方人工湿地一般采取潜流式人工湿地作为主要人工湿地类型。潜流型人工湿地被表层填料覆盖，在冬季可减小因污水蒸发蒸腾和流动造成的能量损失，有助于维持和提高湿地内的温度。 1.5.4保温措施北方寒冷地区冬季温度较低，而人工湿地对污染物的去除受环境，特别是温度影响较大，因此，对人工湿地采用可行性的保温措施是必要的。目前在我国寒冷地区冬季主要采用隔离设计，在湿地床体上覆盖保温材料，进而起到保温作用。 2.评价指标 2.1城镇污水处理厂污染物排放标准表2—1 基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）单位 mg/L 序号基本控制项目一级标准二级标准三级标准 A标准 B标准 1 化学需氧量（COD） 50 60 100 120① 2 生化需氧量（BOD5） 10 20 30 60① 3 悬浮物（SS） 10 20 30 50 4 动植物油 1 3 5 20 5 石油类 1 3 5 15 6 阴离子表面活性剂 0.5 1 2 5 7 总氮（以N计） 15 20 - - 8 氨氮（以N计） 5（8） 8（15） 25（30） - 9 总磷 2005年12月31日前建设的 1 1.5 3 5 （以P计） 2006年1月1日起建设的 0.5 1 3 5 10 色度（稀释倍数） 30 30 40 50 11 PH 6-9 12 类大肠菌群数（个/L） 103 104 104 - 注：①下列情况下按去除率指标执行：当进水COD 大于350mg/L 时，去除率应大于60%；BOD 大于160mg/L 时，去除率应大于50%。 ②括号外数值为水温>120C 时的控制指标，括号内数值为水温≤120C 时的控制指标。 2.2农田灌溉用水水质基本控制项目标准表2—2 农田灌溉用水水质基本控制项目标准值序号项目类别作物种类水作旱作蔬菜 1 化学需氧量（mg/L） ≤ 150 200 100a 60b 2 生化需氧量（mg/L） ≤ 60 100 40a 15b 3 悬浮物（mg/L） ≤ 80 100 60a 15b 4 类大肠菌群数（个/100mL）≤ 4000 4000 2000a 1000b 5 PH ≤ 5.5-8.5 6 阴离子表面活性剂（mg/L）≤ 5 8 5 7 水温（oC） ≤ 35 8 蛔虫卵数（个/L） ≤ 2 2a 1b 注：a 加工烹调及去皮蔬菜，b生食类蔬菜、瓜类和草皮水果 2.3湿地用水标准表2—3 再生水回用于湿地用水选择性标准单位：mg/L 序号项目湿地环境用水 1 溶解氧 ≥ 1.0 2 悬浮物（SS） ≤ 10 3 五日生化需氧量（BOD5） ≤ 6 4 阴离子表面活性剂（LAS） ≤ 0.3 5 氨氮 ≤ 5.0 6 总磷 ≤ 0.5 7 石油类 ≤ 1.0 3.国内工程实例项目名称日处理量 (万吨/天) 项目名称规模 (万m2) 完成时间预算 (万元) 采用的技术石岩人工湿地 1.5 石岩人工湿地 2.4 2003年7月 800 垂直流人工湿地污水处理技术甘坑人工湿地 1.6 甘坑人工湿地 1.34 2003年7月 650 垂直流人工湿地污水处理技术荔枝湖水污染综合治理荔枝湖水污染综合治理 11 2006年8月 1600 阿科蔓水生态技术沈阳满堂河人工湿地处理中心 2 沈阳满堂河人工湿地处理中心 5.0公顷 2003年9月　水平潜流式构筑湿地沈阳法库县污水人工湿地处理工程 0.7～1 沈阳法库县污水人工湿地处理工程 8 2005年5月潜流式人工湿地奥林匹克公园奥林匹克公园 8ha 2006 北京市房山区田各人工湿地生态工程 200t/d 北京市房山区田各人工湿地生态工程 0.15 　　　潜流型垂直流人工湿地北京市顺义区沿河村污水处理工程 110t/d 北京市顺义区沿河村污水处理工程 0.11 　　　潜流型垂直流人工湿地 3.1深圳市“石岩人工湿地系统工程” 石岩水库是宝安区的主要饮用水源之一，大量的生活污水未经处理直接通过石岩河干流及黄家庄支流进入石岩水库。石岩河湿地工程选址在石岩河干流进石岩水库入口下游的南侧，黄家庄支流进石岩水库入口下游的北侧，总占地面积为15万平方米，将石岩河干流及黄家庄支流均纳入处理，工程建成后将是全国最大的人工湿地工程。整个工程分两期进行，第一期处理水量为1.5万吨，第二期为4万吨，总处理水量为5.5万吨，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）中一级标准中的A标准。石岩河人工湿地建成后，其功能不仅仅是一个污水处理设施，同时它也将是一个休闲型的生态景观公园和环境科研教育示范基地的组成部分，石岩河人工湿地在取得环境效益的同时也将取得一定的社会效益。石岩河人工湿地一期工程于2003年7月完成施工，目前该工程运行情况良好。表1 石岩人工湿地系统处理效果指标 pH COD (mg/L) SS (mg/L) 氨氮 (mg/L) 总氮 (mg/L) BOD5 (mg/L) 总磷 (mg/L) 进水水质 6.78 228.3 32.5 13.77 6.53 129.97 4.54 出水水质 6.87 25.6 11.4 2.95 1.46 7.76 0.1 一级A标准 6-9 50 10 5 6.9 10 — 3.2舟山市朱家尖污水处理厂人工湿地深度处理工程朱家尖位于舟山本岛东南，岛上拥有南沙、东沙五大海摈浴场及诸多风景名胜。近年来，岛上宾馆大量兴建，旅客猛增，生活污水也随之增加。为完善排污配套设施，使风景区内的污水达标排放，并作为景观水回用，深圳市环境科学研究所对朱家尖污水厂的尾水进行了人工湿地深度处理设计。该深度处理系统处理规模为2000 m3/d。进水为舟山市朱家尖污水处理厂尾水，人工湿地系统出水排入属三类水体的内河，出水水质达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921－2002）中的景观环境用水水质标准。该工程已于2007年9月完成调试，目前系统运行稳定，处理效果良好。表2 朱家尖污水处理厂人工湿地系统深度处理效果指标总磷 (mg/L) BOD5 (mg/L) 氨氮 (mg/L) SS (mg/L) 进水水质 3.55 39.0 39.3 66 出水水质 0.08 2 0.1 5 观赏性环境用水水质标准 0.5 6 5 10 3.3深圳观澜湖高尔夫球会宿舍人工湿地污水处理系统深圳观澜湖高尔夫球会有限公司为了改善球场水环境，委托我所设计了职工宿舍生活污水人工湿地处理系统，日处理污水为300吨。旨在将污水净化并达到回用的目的，一方面减少污水排放对球场内景观用水的污染，另一方面水资源得到再利用。系统修建之前生活污水直接排入观澜湖，湖水水质日趋变坏；系统修建之后，出水用于浇灌花圃。该系统从2000年8月开始运行，运行七年，出水水质好，无故障。表3观澜高尔夫生活污水人工湿地系统处理效果指标 pH COD (mg/L) 悬浮物 (mg/L) BOD5 (mg/L) 氨氮 (mg/L) 进水水质 8.09 465 530 104 53.9 出水水质 7.96 24 7 5 2.95 水质标准 6-9 50 10 6 5