人工濕地設計課件

1、水資源保護人工濕地設計講授：劉少敏 2010.12.水資源保護人工濕地設計講授：劉少敏. 濕地是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng)。它處于陸地生態(tài)系統(tǒng)（如森林和草地）與水生生態(tài)系統(tǒng)（如深水湖和海洋）之間。濕地是陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡帶。濕 地 概 述 人工濕地是一種為了達到環(huán)保處理效果，模仿自然濕地而人工設計的復雜的具有滲透性能的地層生態(tài)結構，包括有浮現(xiàn)性、浸沒式植物、動物和水體等不同的組成部分。 人工濕地分為表面流濕地、潛流濕地、垂直流濕地三大類，是一個獨特的土壤、植物、微生物綜合生態(tài)系統(tǒng)。. 濕地是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng)。它處于陸地生態(tài)系統(tǒng)（ 絕大多數(shù)人工濕地由五部分構成： 基質(zhì)，具

2、有透水性，如土壤、砂、礫石； 水體（在基質(zhì)表面上或下流動的水）； 植物，適于在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長，如蘆葦； 無脊椎或脊椎動物； 好氧或厭氧微生物種群。濕 地 構 成. 絕大多數(shù)人工濕地由五部分構成：濕 地 構 成. 人工濕地系統(tǒng) 人工濕地污水處理系統(tǒng)由預處理單元和人工濕地單元組成。通過合理設計可將BOD5、SS、營養(yǎng)鹽、原生動物、金屬離子和其他物質(zhì)處理達到二級和高級處理水平。 預處理主要去除粗顆粒和降低有機負荷。構筑物包括雙層沉淀池、化糞池、穩(wěn)定塘或初沉池。人工濕地中的流態(tài)采用推流式、回流式、階梯進水或綜合式。. 人工濕地系統(tǒng).人工濕地是由基質(zhì)、水體、植物、動物和微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)。生活

3、在土壤中的微生物（細菌和真菌）在有機物的去除中起主要作用，濕地植物的根系將氧氣帶入周圍的土壤，但遠離根部的環(huán)境處于厭氧，形成處理環(huán)境的變化帶，這就加強了人工濕地去除復雜污染物的能力。大部分有機物的去除是靠土壤中的微生物，但某些污染物如重金屬、硫、磷等依賴于土壤和植物的作用。凈化廢水的機理.人工濕地是由基質(zhì)、水體、植物、動物和微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)。生 通俗地說，人工濕地對廢水的處理綜合了物理、化學、生物的三種作用。實地系統(tǒng)成熟后，填料表面和植物根系將因大量微生物的生長而形成生物膜。廢水流經(jīng)生物膜時，大量SS被填料和植物根系阻擋截留，有機污染物則通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被去除。濕地系統(tǒng)中

4、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)，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。 . 通俗地說，人工濕地對廢水的處理綜合了物理、化學、生物 天然濕地通常是脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，污染物會使其不堪重負，我們設計時應根據(jù)廢水處理的目的來建造濕地。這些系統(tǒng)被稱為人工濕地或蘆葦床。 三個組成部分：植物、微生物、基質(zhì)。 耐水的植物扎根于土壤或砂礫基質(zhì)，系統(tǒng)浸滿著水，基質(zhì)支持著植物，而植物的根則為各種微生物提供了家園。人工濕地有很好的耐沖擊負荷能力，缺點是需要大量的土地。 人工濕地的預期壽命問題至今尚未解決，系統(tǒng)以最佳速率去除污染物的壽命究

5、竟能持續(xù)多長時間，還是一個“老大難”！ 人工濕地一般適用于小城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村廢水的二級處理。人工濕地工程設計. 天然濕地通常是脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，污染物會使其不堪重負，工程設計步驟 1.選址 考察地質(zhì)、地貌、水文、自然資源、人文資源、有關法律及公眾意見。應因地制宜，盡量選擇有一定自然坡度的洼地或經(jīng)濟價值不高的荒地，一方面減少土石方工程、利于排水、降低投資，另一方面防止對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。 2. 確定系統(tǒng)組合形式。根據(jù)場地特征、處理要求和所處理污水的性質(zhì)來確定單一式、并聯(lián)式、串聯(lián)式、綜合式。 3.確定水力負荷。根據(jù)設計規(guī)程或經(jīng)驗而定。 4.選擇植物 根據(jù)濕地植物的耐污性能、抗寒能力、生長能力、根系的發(fā)達程

6、度以及經(jīng)濟價值和美觀等因素確定。一般有蘆葦、席草、大米草、水葫蘆、水花生等，最為常用的是蘆葦，插植密度為13株/。5.計算表面積AsQ/a As表面積；Q進水量；a水力負荷。 .工程設計步驟 1.選址.6.確定長寬比（1）表面流濕地：長寬比10：1，根據(jù)地形，底坡降01。（2）潛流濕地：根據(jù)達西定律QKsAS S水力坡度； A濕地床橫截面積；Ks潛流滲透系數(shù)。 7 結構設計。 （1）進水系統(tǒng)的布置：濕地床的進水系統(tǒng)應保證配水均勻性，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(jù)水位調(diào)節(jié)的要求，出水區(qū)的末端礫石填料層的底部設置穿孔集水管，并設置旋轉彎頭和控

7、制閥門以調(diào)節(jié)床內(nèi)的水位。 （2）填料：濕地床由三層組成 表層土層、中層礫石、下層小豆石。表面土鈣含量在22.5kg/100kg；礫石層粒徑在550mm，鋪設厚度為0.40.7m。 （3）潛流式濕地床水位控制：接納最大設計流量時，進水端不能出現(xiàn)填料床面的淹沒現(xiàn)象，有利于植物生長，床中水面浸沒植物根系的深度均勻。 .6.確定長寬比. 人工濕地是利用與自然生態(tài)系統(tǒng)相似的物理、化學、生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化技術。物理作用過濾和沉淀除去含有C、N、P的有機及無機顆粒物和懸浮固體 化學作用吸附和絮凝可溶性的有機化合物陰離子（ PO43- ）和陽離子（重金屬陽離子）揮發(fā)作用揮發(fā)性有機物(VOC)

8、微生物作用氧化還原反應吸收降解氣體運輸作用植物吸收根系有利于微生物繁殖植物作用功 能. 人工濕地是利用與自然生態(tài)系統(tǒng)相似的物理、化學人工濕地工藝流程設計人工濕地組合形式設計.人工濕地工藝流程設計人工濕地組合形式設計. 在設計濕地系統(tǒng)時基質(zhì)是植物的載體，是微生物生長介質(zhì)，它將濕地中發(fā)生的所有處理過程連成一個整體，通過沉淀、過濾和吸附等作用去除污染物。設計基質(zhì)的配置，主要考慮基質(zhì)的種類、粒徑、深度及除磷效果。 礦渣、粉煤灰對磷去除效果好?；|(zhì)中游離氧化鐵、氧化鋁和膠體氧化鐵、氧化鋁含量越高，其固定形成的磷酸鐵鹽和磷酸鋁鹽數(shù)量越多，基質(zhì)凈化磷素的能力越強。 煤灰渣基質(zhì)對有機污染物的處理效果較好。CO

9、D和BOD 的去除率分別達7188和8089。設計時應根據(jù)污水所含污染物配置合適的基質(zhì)。 進、出水區(qū)的基質(zhì)，一般采用粒徑60100mill的礫石，分布于整個床寬。處理區(qū)常選用粒徑為816 mm 基質(zhì)，水力傳導性好，適宜植物生長，處理效果好。設計要點及技術參數(shù)潛流濕地的基質(zhì)厚度約60 cm左右。. 在設計濕地系統(tǒng)時基質(zhì)是植物的載體，是微生物. 人工濕地的構造與工程參數(shù)是人工濕地工藝設計的核心， 包括水力學特性、濕地床構型和配套設施的構筑三方面。水力學特性包括水力停留時間、水力負荷；濕地床構型設計包括水力坡度、濕地床的長寬比和水位控制；配套設施的構筑包括進出水裝置、隔板裝置和防滲設施。設計中實際水

10、力停留時間采用理論值的4O80 。水力坡度：表面流人工濕地采用0.5 或更小,潛流人工濕地采用0.52。. 人工濕地的構造與工程參數(shù)是人工濕地工藝設計的核心， 濕地床體的長度 ： L = AsW 潛流濕地的寬度 ： W = Q AS /(K dh DW ) 表面流濕地進水區(qū)BOD負荷率為100kg(hm d)，潛流濕地設計BOD負荷率為80120 kg(hm d)。As面積，m1/2濕地床長度通常為2O50 m。過短，則有效處理面積過小，不能保證凈化效果；濕地過長，易造成死區(qū)，使水位難于調(diào)節(jié)，不利于植物生長。系統(tǒng)的長寬比宜采用2 ：1 。表面流濕地的水深在10200 cm，挺水植物區(qū)域水深60

11、cm 沉水植物區(qū)域水深120cm左右。.濕地床體的長度 ： L = AsW 潛流濕地的寬度 ： 處理池宜并聯(lián)，種植蘆葦、茳芏、席草、大米草等水生植物，采用碎石作基質(zhì)。原水先流經(jīng)一、二級碎石床，對有機物進行降解，再進入第三級兼性塘，最后經(jīng)過第四級碎石床變成潔凈的水排出。典型工藝人工濕地的配套設施.處理池宜并聯(lián)，種植蘆葦、茳芏、席草、大米草等水生植物，采用碎人工濕地系統(tǒng)有兩種： 表流濕地、潛流濕地。潛流系統(tǒng)可分為平流濕地和垂直流濕地。表流濕地 表流濕地通常是襯有不透水材料層的淺蓄水池，填有土壤或砂礫基質(zhì)，栽種露出水面的植物。設計成水淹型，所以水位在基質(zhì)表面之上，廢水在基質(zhì)上面流動，通過稠密的植物，

12、模擬天然濕地的水流。它的建造費用較低。.人工濕地系統(tǒng)有兩種：.潛流濕地 設計廢水流過基質(zhì)，且水位保持在基質(zhì)表面之下。潛流系統(tǒng)適于寒冷的氣候，可防止在零下氣溫時結冰。潛流系統(tǒng)不像表流系統(tǒng)易產(chǎn)生臭味或蚊子，可處理較高負荷的廢水。但有機負荷太高，易堵塞。通常在潛流系統(tǒng)前設置沉淀池，去除懸浮固體。設計中常采用多個進口，盡可能均勻地分散懸浮固體，避免堵塞。潛流系統(tǒng)可設成平流或垂直流。垂直流人工濕地平流人工濕地.潛流濕地潛流系統(tǒng)可設成平流或垂直流。垂直流人工濕地平流人工濕. 設計時讓廢水先通過垂直流系統(tǒng)，再通過平流系統(tǒng)，有較好的處理效果。垂直流系統(tǒng)中的需氧細菌將氨硝化為硝酸鹽，適應了平流系統(tǒng)缺氧條件的細菌

13、將硝酸鹽反硝化為亞硝酸鹽和氮氣。廢水在垂直流系統(tǒng)中的滯留時間短，要有效地去除病原體，須使廢水在平流系統(tǒng)中停留更長的時間。 濕地不可能總是最有效地運行。因為它依靠植物和微生物作用，在植被完全建立之前(需要幾個季節(jié))，不可能達到最高的去污效率。在溫帶氣候條件下，濕地在冬季的運行效果不如夏季，尤其是除氮方面。冬季植物會死亡或休眠，但微生物在植物根上仍保持活躍狀態(tài)，系統(tǒng)繼續(xù)運行，效率降低。系統(tǒng)中最常見的問題是如何使土壤保持充氣狀態(tài)，尤其在平流床情況下。濕地超負荷或水太深，會缺氧，致植物生長不良，氨的去除率下降。人工濕地設計. 設計時讓廢水先通過垂直流系統(tǒng)，再通過平流系統(tǒng)土地的選場寬度和深度水力負荷的比

14、率滯留時間填料的選用.土地的選場寬度和深度. 植物的類型水上植物、水底植物、浮游植物、大型挺水植物(蘆葦）. 植物的類型.人工濕地.人工濕地.北戴河濕地.北戴河濕地.12工業(yè)廢水處理.12工業(yè)廢水處理.系統(tǒng)的性能 人工濕地污水處理系統(tǒng)主要由植物、微生物、基質(zhì)、水體及動物組成, 各組成成分分別起著不同的作用, 并且相互協(xié)同, 使得整個濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡運轉, 發(fā)揮良好的凈化功能.植物 植物是人工濕地的重要組成部分。人工濕地凈化污水過程中, 植物的作用可以歸納為3個重要的方面: 回收利用污水中可利用態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì), 吸附、富集重金屬和一些有毒有害物質(zhì); 為根區(qū)好氧微生物輸送氧氣; 增強和維持介質(zhì)的水力傳輸。.系統(tǒng)的性能 人工濕地污水處理系統(tǒng)主要由植物、微生物、基日處理量3100t/d廢水工程實例.日處理量3100t/d廢水工程實例.潛流濕地，種茫荼，蘆葦2個并聯(lián)運行水 格柵潛流濕地，種蘆葦，大米草3個并聯(lián)運行氧化塘3個并聯(lián)運行潛流濕地，種蘆葦，茫荼3個并聯(lián)運行出水.水 格柵潛流濕地，種蘆葦，大米草3個并氧化塘