濕地 簡單計(jì)算

處理濕地通用人工濕地是為應(yīng)對(duì)經(jīng)物理預(yù)處理的河水而設(shè)計(jì)的。最終的出水水質(zhì)應(yīng)該符合在濕地公園內(nèi)用于休閑娛樂的目的。前提最多90000噸/天的河水應(yīng)于規(guī)定面積為25公頃（ha）的濕地進(jìn)行處理。在進(jìn)入處理濕地之前，河水應(yīng)先通過沉淀和曝氣處理。預(yù)處理后，河水會(huì)被泵到調(diào)節(jié)池，控制溢流或旁流與處理濕地進(jìn)水的分配。調(diào)節(jié)池的運(yùn)行水位是8.60米。處理區(qū)的出水水位是7.00米（中心溪流）。處理后的水最終將會(huì)流入擁有一系列人工湖的休閑區(qū)（表面流濕地區(qū)）。處理后河水的水質(zhì)應(yīng)足以保證流入休閑公園人工湖（練湖）的良好水質(zhì)。為了保證可持續(xù)的良好湖水水質(zhì)，在該匯水區(qū)之內(nèi)所有其他可能的污染源必須截?cái)?。例如，之前的水產(chǎn)養(yǎng)殖可能導(dǎo)致湖底的沉積物/底泥富集了氮磷，為了防止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)從中釋放出來（即內(nèi)源污染），需要在新湖的湖底做底部封閉。同樣，防止從周邊種植及可能施肥的區(qū)域來的暴雨徑流不經(jīng)過任何處理就進(jìn)入湖里。在湖里還應(yīng)該禁止外部喂養(yǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)和淤泥的進(jìn)一步積累。由于工業(yè)和化學(xué)處理技術(shù)如河水的絮凝、過濾和脫磷，并不適合大量的水處理。在這樣的情況下，應(yīng)該利用自然濕地的技術(shù)。自然濕地景觀有一定結(jié)合磷和除氮的容量，但是其處理效率受到植被更替和腐殖質(zhì)生產(chǎn)本身限制?；瘜W(xué)指標(biāo)，如COD、總磷（TPX總氮（TNX氨氮（NH3-N）和微生物病原體的濃度應(yīng)該減少到自然處理的最高值。有必要在規(guī)定的尺寸下，優(yōu)化濕地環(huán)境，實(shí)現(xiàn)最好的處理效率。濕地的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮不同運(yùn)行方式和管理的可能。設(shè)計(jì)主要的處理方案整個(gè)處理方案是基于多級(jí)處理的概念，這樣可以更好地保證去除多種物質(zhì)。眾所周知，潛流（SSF）濕地比表面流（SF）濕地在降低生物指標(biāo)方面更有效果。例如，岸濾作用就是一個(gè)廣泛應(yīng)用從河水取水用于飲用水處理凈化的潛流技術(shù)。該技術(shù)自19世紀(jì)末就在歐洲，特別是德國，開始應(yīng)用。同時(shí)，土地處理（垂直流砂濾法敲發(fā)現(xiàn)能非常有效地去除市政污水中致病菌和營養(yǎng)物質(zhì):如柏林自1876起）。如今全世界都開發(fā)和測(cè)試了用途不同的各種濕地解決方案。丹陽練湖濕地的處理方案是用垂直流砂濾作為第一步。該濕地類型被證明是去除COD和致病菌以及進(jìn)行硝化反應(yīng)最有效的。在垂直流濕地系統(tǒng)中，種植濃密的蘆葦，幫助防止早期的堵塞。如果水力負(fù)荷在砂慢濾的范圍內(nèi)（＜0.1米/時(shí)），則生生物膜能夠去除致病菌。垂直流濕地的間歇式進(jìn)水可以分別改善表面上的、砂礫和生物膜間的攝氧。第二個(gè)處理步驟是飽和流濕地。它由便于布水的露天水面部分（水上區(qū)），以及在水中的生物膜通道組成。這一處理步驟延長了總的停留時(shí)間，促進(jìn)了反硝化作用和部分的磷攔截。過濾性濕地的水力負(fù)荷預(yù)期會(huì)隨著時(shí)間變化，從而形成表面流。大強(qiáng)度的降雨事件也應(yīng)該有所考慮。因此，在第一和第二步的處理濕地都設(shè)置了溢流結(jié)構(gòu)，并且設(shè)計(jì)了旁流。這些設(shè)計(jì)被用于調(diào)整型的流量控制。即使溢流，兩步處理方案還是通過較長的表面流水流通道盡可能保證處理的效果。調(diào)節(jié)池預(yù)處理過的河水將通過一個(gè)渡槽進(jìn)入濕地區(qū)。調(diào)節(jié)池是起點(diǎn)，也是場(chǎng)地的最高點(diǎn)。水將從這里通過重力流分布到不同的濕地單元。將有一條管道連接到兩邊。最高1立方米/秒的總流量會(huì)流到濕地的東部和西部。超過的流量會(huì)通過溢流堰直接引到中心河流，而不通過處理濕地。調(diào)節(jié)池不是濕地設(shè)計(jì)的一部分，但是是個(gè)中心入口。需要滿足某些條件：在進(jìn)水池池底接合東西兩邊到一根DN1600的管道（水深＞1.6米，加上管道覆蓋層（如0.8米））；溢流閾值能夠保證在濕地流量中斷或減少的情況下，水位也保持在構(gòu)筑物的安全超高之內(nèi)（可能范圍Q=0-1立方米/秒）；濕地進(jìn)水的最低水位，與溢流閾值相等，為8.6米；在運(yùn)行過程中，水位浮動(dòng)不應(yīng)超過0.1米，應(yīng)保證足夠的調(diào)節(jié)池容積來盡量減小湍流。如果溢流高度限制在0.01米之內(nèi)，則正常流量（即0-1立方米/秒）情況下的線性溢流堰的最小長度應(yīng)為約20米。如果用虹吸堰，該長度也可以明顯減少。溢流堰的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到能量回收的可能性。流速在之后會(huì)增加到3立方米/秒，這樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)勢(shì)能，即由Q=2立方米/秒的剩余量從高差約為1.5米的堰跌水產(chǎn)生的勢(shì)能，而另外Q=1立方米/秒的水則經(jīng)過濕地處理。如果用渦輪機(jī)（90%的轉(zhuǎn)化效率），這樣附加的Q為2立方米/秒帶來的勢(shì)能會(huì)產(chǎn)生約為25千瓦（kW）的電能用于發(fā)電，直接用來代替原來將水泵到渡槽另一邊所需的或者預(yù)處理所需的能量。渦輪機(jī)圖中顯示的是一個(gè)平行集成數(shù)個(gè)渦輪機(jī)在管子里的發(fā)電站。比如，3個(gè)功率為8千瓦（kW）的渦輪機(jī)可以集成在一個(gè)虹吸堰的管子里。另外，虹吸堰的滯后通過進(jìn)氣管控制。每年可以節(jié)約的能量總計(jì)將會(huì)超過200千瓦時(shí)/年。用于初次布水的主要水渠布水的基本系統(tǒng)有進(jìn)水構(gòu)筑物和兩條各處靜止水位為8.60米的水渠組成。兩條水渠都可以在維護(hù)的時(shí)候關(guān)閉，只有關(guān)閉在進(jìn)水構(gòu)筑物后方的第一個(gè)井里有一個(gè)控制堰。此渠道用標(biāo)準(zhǔn)DN1600的鋼筋混凝土管鋪設(shè)，從進(jìn)水構(gòu)筑物一直到濕地區(qū)開端。

這些管道將滿負(fù)荷運(yùn)作。經(jīng)過考慮，與流向的最小傾角為0.05%。起始高度取決于進(jìn)水構(gòu)筑物的底部高度（仍未確定，也取決于地面/十字路口的高度）。每根管道都與在兩側(cè)濕地的一條方形流水道相連。這一方形流水道（1500X1500米）不是通過河床坡度而是通過水頭損失工作。系統(tǒng)的最大水頭損失必須保證最小，以確保布水效果。該渠道將會(huì)加蓋，通過每一個(gè)連接點(diǎn)的檢查井可以進(jìn)入渠道。該渠道每處的最大的設(shè)計(jì)流速為1立方米/秒。在此設(shè)計(jì)流量下，最長距離的最大水頭損失應(yīng)＜0.02米。第一階段的濕地處理第一階段將名義上的5000m2（57mX90m）平行的分為22個(gè)處理單元。在濕地單元的中間，有一個(gè)長為100m的流水溝渠。在每一個(gè)單元都是間歇布水的。每個(gè)單元每天布水8次，每次100mm（500m2），每次流量大約為0.335m3/s。這意味著每過三個(gè)小時(shí)，在濕地單元入口處的門就會(huì)被打開大約25分鐘，每次會(huì)有三個(gè)門被打開。剩下的單元會(huì)有大約2小時(shí)35分鐘的休息時(shí)間。中間水渠的每一側(cè)都有混凝土地基以及金屬的墻壁來保證布水（圖片上為相似的單側(cè)金屬水渠）。水渠寬1.5m，金屬一側(cè)高度為濾床以上0.5m。當(dāng)水離開布水線后，水便會(huì)沿著25m長的水渠兩側(cè)滲透進(jìn)過濾網(wǎng)表面。在濕地單元的另一側(cè)，25m長的流水線后，會(huì)有一個(gè)溢流閥直接連通到排水系統(tǒng)。這樣，即使隨著時(shí)間的推移過濾沙的滲水效率降低，也可以擁有一個(gè)最小的表面流處理區(qū)。規(guī)劃中，在布水和休息時(shí)間段內(nèi)，過濾孔內(nèi)的水位在上過濾層內(nèi)會(huì)在地表以下0~-30cm內(nèi)波動(dòng)（3小時(shí)為一周期）。整個(gè)過濾層的高度為80cm，包括40cm的沙子和40cm的砂礫作為過渡和排水層。每隔1.6m安裝一個(gè)有開口的排水管以此減少死水短流區(qū)。間歇布水最大水頭損失為30cm。在每一個(gè)垂直流單元底部，都有一個(gè)能容納0.1m3/s的排水管來接納回收水。該流速應(yīng)該保證至少包括頂層在內(nèi)的1.5小時(shí)的空氣流通。下圖展示的是有排水管的濾床橫截面在頂層排放100mm的水后，每米的勢(shì)能。TOC\o"1-5"\h\z&.Q 艮D(zhuǎn) 3,0 &.0 3,0 &理 艮D(zhuǎn) 3,0 吐。&D 艮D(zhuǎn) 3,0 艮D(zhuǎn) S.D 耳。&理 艮D(zhuǎn) 3,0 艮D(zhuǎn) 3,0 耳。馳 &D 8.0 &0 M M g &D g 8# 8.0 g &0 馳 &D &G &D 8.0 8# &0 g 8.0 W &D 8.0 8# &OW00 g &O 8,0&.Q B.C &D 3,0 &.0 3,0 8^0 &D 3,0 &Q S.D &,Q &,0 B.C &D 3,0 &D &D &Q &D &D 艮0 &D 3,D &0 &.0 &0 &D &D 3,0 &Q &口冶 *9 第 7,9 73 拍 Z9 拍 73 3 K 腥 L9 ￡9 7.9 7^ 73 ,9 3 ^9 睛梢梏岱 *9 73 雙 7.9 &0 ftO &Q 8.0 ti.O &0祀*973 7.9"括洛”花形滂7；9孵玷737占73第睛括73$9玷脆滂五97.9脂脂0,0 8..0g耳07.9 7?9 7.9 7.9 7.9 7.3 7,9 7.9 7r9 7,9 7,9 7,9 7.5 7,9 7,9 7r9 7,9 兀9 7,9 7.9 7.9 7.9 7P9 7.9 7r9 %9 7.9 7.9 7.S1 7r9 7.S- 7r9 7,9 3,0 B,0 3.0冶格九9 7B L9 7.9 7.9 7.9 服禮9 脂 7技 * 7.9 玷 73 玷脂 3 脂 7.9 M *8 冷法 ￡9 7.9 *9 7.9 W 3 諾 W &07.9 7r9 7,9 7.9 7.9 7.9 7,8 7.8 7rB 7rE 7,B 7.9 7.9 7,9 7.3 7r9 7.9 7.9 7,9 7.9 7.9 7.9 73 7.B 7,fl 7rB 7.9 7.9 7.5 7r9 7.9 7r9 7,9 7,9 7.9 7.S書73 19崩冷伊78 H囪 冊(cè)Z3脂L9 3齊9 73 73 ，9 73拔睛梢拙"03 Z& L8 L9 7.9 73 擋 73 3 萬9 0 梢6,5&B氏76,g勃97.0747.27rl7A7.57.67J7,87.9艮13,263&43,5耳8BJ &9%。9.1&,29.39r4現(xiàn)59r&9,79,8%9Iflk-dl$ta<Kiebetweendrainspes圖1垂直流濾床布水后的勢(shì)能，底部為7.2m，濾床頂部為8.0m90%的硝化作用是在砂石過濾的頂層30cm發(fā)生所以保證10cm的毛細(xì)水帶，40cm的沙過濾層是最少的頂層高度要求。排水渠在最低處30cm到40cm處。因?yàn)閷?shí)際操作的原因（主要是由于建設(shè)原因），底部交差傾斜10cm所以平均濾床高度為0.75m。最大設(shè)計(jì)水位，包括向后延伸到第二步驟，是在過濾層表面下方30cm處。排水管直接連到第二階段。為了保證水位升高時(shí)的間歇休息時(shí)間（植物生長或者其他維護(hù)），每一個(gè)濕地單元都可以人工關(guān)閉水閘門DN400。同時(shí)也允許關(guān)閉垂直流濾床，主要水道直接與第二階段相連。第二階段的濕地處理最后一步處理步驟設(shè)計(jì)用來去除第一階段遺留的硝酸鹽，磷和病原體，同時(shí)也是最后沉淀、過濾固體物質(zhì)。這個(gè)濕地的特點(diǎn)是一個(gè)水域，包含了過濾區(qū)域和盡量延長時(shí)間的擴(kuò)展停留區(qū)。滲透單元（防波堤，1m高）包括濕地?fù)砩暗[填充，用重的石頭覆蓋。在每一個(gè)防波堤內(nèi)，水被中間的開口水管收集。為了保護(hù)和提高處理效果，防波堤上需種植蘆葦。水從長得兩側(cè)進(jìn)入防波堤，最后留到中間內(nèi)部的排水管中。在防波堤兩側(cè)放上重的石頭來防止水或空氣進(jìn)入內(nèi)部使其變形。同時(shí)也保護(hù)了塑料不被陽光直射。防波堤的斜率為1:3。這有助于水下的穩(wěn)定同時(shí)增大了過濾區(qū)域。在每一個(gè)處理單元最后（總共有6個(gè)），會(huì)有一個(gè)調(diào)節(jié)溢流井。通過改變堰口高低來確定水回到防波堤還是水面。水中的小顆粒會(huì)被撇渣墻去除。這一區(qū)域的水面應(yīng)該布置有漂浮植物或者至少有一定的水生植物，比如荷花等，如果種植水葫蘆等強(qiáng)生長植物，需要定期的清理，減少生物炭和生物磷?？捎玫臐竦乜偯娣e為25公頃。其中第一階段和第二階段的凈處理面積均為11公頃。剩余面積用于道路和堤岸。在每日流量為90000立方米的情況下，每一處理階段的平均負(fù)荷速率為800毫米/天（mm/d）。COD負(fù)荷是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。假設(shè)預(yù)處理后COD濃度為20-30mg/l,則COD日負(fù)荷約為0.025[g/l]x820[l/m2/d]=20[g/m2/d]o根據(jù)德國水協(xié)會(huì)DWA-A262指導(dǎo)，這樣的有機(jī)負(fù)荷率在蘆葦覆蓋的砂濾系統(tǒng)可接受范圍內(nèi)。耗氧碳降解和硝化反應(yīng)通常都受到氧負(fù)荷的限制。硝化反應(yīng)還受限于pH值和化學(xué)抑制劑。對(duì)于酸堿（緩沖）容量低的水，氨氮（NH4-N）的負(fù)荷速率應(yīng)沒有低于10g/m2/d的限制。假設(shè)河水的氨氮（NH4-N）濃度最大為5mg/l,則氨氮日負(fù)荷為820[l/m2/d]x0.005[g/l]=4[g/m2/d],該值低于可接受的最大值。800mm/d的水力負(fù)荷是超過目前生活污水處理的常規(guī)流速的。但是只要耗氧量遠(yuǎn)低于復(fù)氧/氧氣進(jìn)氣，對(duì)于處理（污染）濃度較低的河水，這樣的水力負(fù)荷是可接受的。水位下降時(shí)，空氣將被吸入濾料空隙中。則可以根據(jù)對(duì)流傳輸計(jì)算氧氣的質(zhì)量負(fù)荷為：820[l/m2/d]x23[m%]x1.2[g/l]=226[g/m2/d]O2進(jìn)氣>>02消耗。懸浮物SuspendedSolids,SS）的進(jìn)入量決定于預(yù)處理效率。根據(jù)DWA-A262,對(duì)于生活污水處理，總懸浮顆粒（TotalSuspendedSolids,TSS）值不能超過100mg/K平均50mg/l）o這將意味著丁，，日負(fù)荷需小于820[l/m2/d]x0.1[g/l]=8[g/m2/d]o到目前為止河水處理的TSS可接受的日負(fù)荷限值還未知。尤其是河水中的顆粒可能比預(yù)處理過的污水中的顆粒要大。不管怎樣，如果有機(jī)物顆粒能過濾并攔截在地面上密集種植的垂直流濾床表面，將能通過浮游動(dòng)物、真菌和細(xì)菌（作用）得到最好的降解。在垂直流系統(tǒng)里種植蘆葦?shù)墓δ?，是為了保證該積累層，或者所謂的“二級(jí)過濾層”，的滲透性。水力學(xué)第一處理階段的濕地單元間隙運(yùn)行。三個(gè)單元同時(shí)布水，每個(gè)單元承擔(dān)總流量的三分之一。處理階段重力流的總有效水頭為7.6m。其中最多19cm用于將水輸送到第一處理階段，最多42cm用于每一個(gè)處理單元的沖洗負(fù)載，61cm用于通過垂直流濕地（包括排水和流水到第二處理階段）。第二處理階段（包括排水）的總水頭損失經(jīng)計(jì)算為39cm。表1可接受的水頭損失最大值第一階段距離（m）流量（m3/s）注水（m）水頭損失（m）地面建筑（m）地基建筑（m）絕對(duì)水頭（m）△H(m)總和(m)調(diào)節(jié)池2.739.105.878.600.00主要水渠（管道）DN160030010001.600.0488.55-0.05-0.05主要水渠(1.5X1.5)50010001.390.1408.857.358.41-0.14-0.19進(jìn)入濕地0.3500.370.0258.39-0.02-0.21DN800翻板閘門0.3500.0188.608.008.37-0.02-0.23布水線（1.5X0.5）1100.3500.370.1738.508.008.20-0.17-0.40布水線最低水位0.3500.200.2008.508.008.00-0.20-0.60垂直流地下的0.5000.3008.007.207.70-0.30-0.90水位排水管0.1000.300.2107.49-0.21-1.11到第二階段的排水管，DN1800.2000.250.1007.39-0.10-1.21第二階段距離（m）流量（m3/s）注水（m）水頭損失（m）地面建筑（m）地基建筑（m）絕對(duì)水頭（m）△H(m)總和(m)0.1827.39防波堤的過濾最大0.0090.2007.296.297.19-0.20-0.20開口管道0.0090.0207.17-0.02-0.22溢流管0.0407.137.13-0.04-0.26集水溝0.0910.0767.05-0.08-0.34出水口0.0910.0507.00-0.05-0.39運(yùn)行需要一個(gè)非常簡單的算法來自動(dòng)控制水的流量分配。22個(gè)濕地單元一個(gè)接一個(gè)地運(yùn)行。每個(gè)單元每天處理8個(gè)批次。這意味著每8.18分鐘（每24小時(shí)被分為8個(gè)批次和被22個(gè)單元平分）新的單元打開閘門開始新的批次。每個(gè)單元每天需要處理4091立方米（22個(gè)單元平分90000立方米/日），而每個(gè)批次需處理511立方米。設(shè)計(jì)的負(fù)荷速率為350升/秒（l/s）時(shí)，每一批次的布水時(shí)間將會(huì)持續(xù)1471秒或24.5分鐘（511立方米除以0.35立方米/秒）。第二階段的每個(gè)單元與第一階段的4個(gè)單元一組（其中一組為2個(gè)單元）相連。為了保證第二階段處理單元的布水更平均選定圖2中所示的作為常規(guī)的啟動(dòng)順序。若遵循該一順序，則每組的某一個(gè)單元每隔約45分鐘開始布水。表2自動(dòng)控制參數(shù)啟動(dòng)順序1...22號(hào)啟動(dòng)的切換間隔491秒啟動(dòng)后的關(guān)閉時(shí)間1471秒人工運(yùn)行的時(shí)候，每個(gè)單元都可以從序列中獨(dú)立開，這樣在運(yùn)行序列中就跳過這些單元。這樣可以允許有個(gè)人休息的時(shí)間或者用于維護(hù)。在調(diào)試階段，需要根據(jù)流量測(cè)量的結(jié)果調(diào)整啟動(dòng)時(shí)間的間隔。同樣，堰的高度也需要根據(jù)水位控制和流量分配進(jìn)行調(diào)整。自動(dòng)控制系統(tǒng)和監(jiān)控所有相關(guān)的水位高度都會(huì)被持續(xù)監(jiān)測(cè)。這可以幫助運(yùn)營的同事可以提前觀察到水位的變化。同事數(shù)據(jù)的上傳可以允許我們隨時(shí)查看之前的數(shù)據(jù)并提高運(yùn)營。下面的設(shè)備都需要被安裝：-在垂直流1的表面接近溢流口處安裝22個(gè)壓力傳感器-在飽和流溢流口前面安裝8個(gè)壓力傳感器-在入口處安裝一個(gè)壓力傳感器（6.8m處）-在中央水河道出水口安裝一個(gè)壓力傳感器（6.9m處）所有的傳感器為了長居路數(shù)據(jù)運(yùn)輸，都應(yīng)使用數(shù)字傳輸。使用兩個(gè)多維傳感器來對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。一個(gè)用來檢測(cè)入水水質(zhì)（入口前），還有一個(gè)用來檢測(cè)出水水質(zhì)（在進(jìn)入湖泊前）。主要的簡單檢測(cè)包括：溫度、導(dǎo)電率和渾濁度。其他一些指標(biāo)，比如COD、BOD、pH、含氧量、硝酸鹽、氨氮含量會(huì)在實(shí)驗(yàn)室取樣分析。調(diào)試階段在調(diào)試階段，所有的過濾區(qū)域都要種植茂密的植被。一個(gè)高密度的枝葉和根系可以幫助避免懸浮雜質(zhì)聚集堵塞。一個(gè)高密度的植物枝葉可以減少光照從而限制濾層表面藻類的生長在調(diào)式階段，濕地單元需要達(dá)到最高水位（表層15cm以上）。在第一階段的植物生長（運(yùn)行第一年），沒有水會(huì)被過濾。水的作用只是澆灌植物，提供養(yǎng)分代替水分蒸發(fā)的損失。在運(yùn)行第二年，不是最高荷載就可以用了。最大的流量應(yīng)該