某鄉(xiāng)鎮(zhèn)人工濕地的設(shè)計

某鄉(xiāng)鎮(zhèn)人工濕地的設(shè)計摘要：經(jīng)濟的迅猛發(fā)展不僅使得人們的生活水平提高了，也加快了城鎮(zhèn)化，產(chǎn)生的生活污水也日益影響人們的生活，建立環(huán)境友好型社會也漸漸深入人心，人工濕地污水處理技術(shù)在環(huán)保工作者的努力探索中不斷成熟，這項技術(shù)符合人們建立環(huán)境友好型社會的要求。人工濕地污水處理技術(shù)是一種綠色的污水處理方法，它不僅可以極大地展示物料的生產(chǎn)潛能、避免環(huán)境問題的加重，而且建設(shè)和維持成本不高，適宜全國各地推行。本文設(shè)計的是某鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水每日最大流量200m3/d的人工濕地。根據(jù)污水的每日最大流量以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法計算出人工濕地面積為619m2，而且通過參考各類資料選擇了沸石、石灰石和碎石這三類基質(zhì)以及香蒲和美人蕉這兩種植物構(gòu)筑了完整的人工濕地體系。關(guān)鍵詞：人工濕地；污水處理；生態(tài)環(huán)境DesignofconstructedWetlandinaTownAbstract:Therapiddevelopmentofeconomynotonlymakespeople'slivingstandardimprove,butalsospeedsuptheurbanization,thedomesticsewageproducedbypeopleandincreasinglyaffectstheirlife.Theestablishmentofanenvironment-friendlysocietyhasgraduallytakenrootinpeople'sheartsandminds.Artificialwetlandsewagetreatmenttechnologyisbecomingmatureintheexplorationofenvironmentalprotection,thistechnologymeetstherequirementsofpeopletoestablishanenvironment-friendlysociety.Theartificialwetlandsewagetreatmenttechnologyisagreensewagetreatmentmethod.Itcannotonlygreatlydisplaytheproductionpotentialofthematerial,avoidtheaggravationoftheenvironmentalproblems,butalsothecostofconstructionandmaintenanceisnothigh,itissuitableforalloverthecountrytocarryout.Inthispaper,aconstructedwetlandwithmaximumdailydischargeof200m3/dofdomesticsewageinatownshipisdesigned.Theauthorcalculatestheconstructedwetlandareaof619m2accordingtothemaximumdailydischargeofsewageandrigorousscientificmethod.Threekindsofsubstrates,zeolite,limestoneandbreakstone,aswellascattailsandplantletswereselectedtoconstructacompleteconstructedwetlandsystem.Keywords:Constructedwetland；Sewagedisposal；Ecologicalenvironment目錄TOC\o"1-3"\h\u1前言 11.1研究的背景 11.2人工濕地的概況 11.2.1人工濕地的概念 11.2.2人工濕地的分類 11.2.3人工濕地植物分類 21.2.4人工濕地的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀 41.2.5人工濕地去污機理 42設(shè)計概況 52.1設(shè)計的任務(wù)及目的 52.2設(shè)計條件 52.2.1氣候條件 52.2.2農(nóng)村生活污水水質(zhì) 52.2.3生活污水的出水水質(zhì)要求 62.2.4人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求 62.2.5人工濕地系統(tǒng)污染物去除效率 63工藝設(shè)計 73.1工藝流程 73.2設(shè)計參數(shù) 73.2.1設(shè)計所需參數(shù) 73.2.2幾何尺寸的設(shè)計 73.3設(shè)計概述 83.3.1人工濕地面積計算 83.3.2濕地基質(zhì)的篩選 93.3.3濕地植物的選擇 104項目成本估算 114.1成本估算 114.2經(jīng)濟效益 124.3環(huán)境效益和社會效益 125結(jié)論 12致謝 14參考文獻(xiàn) 15附錄 171前言1.1研究的背景自古以來技術(shù)總會伴隨著需求而逐步向前發(fā)展。20世紀(jì)末的中國是一個正處于經(jīng)濟騰飛時代的發(fā)展中國家，經(jīng)濟較改革開放前有了很大的進(jìn)步，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，水環(huán)境也面臨著污染。我國是一個水資源嚴(yán)重短缺的國家，人均水資源量約2100立方米，僅為世界平均水平的四分之一，被聯(lián)合國列入全球13個貧水國家之一；干旱半干旱地區(qū)的土地面積約占全國的39%；缺水情況處于不一樣水平的城市全國有一大半，其中水極度的匱乏的城市有100座。水環(huán)境的污染更加突出了我國水資源缺乏的狀況，怎么降低廢水引起的污染是解決水資源短缺的方法之一。我國目前絕大部分地區(qū)的污水處理廠使用的是投資高、耗能大、運行費用高，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除率較差，經(jīng)處理后排入水體仍有可能造成二次污染；而且我國經(jīng)濟發(fā)展水平不是很高，貧富差距較大，中小城市和鄉(xiāng)村由于資金問題而難以施行。人口眾多和水資源嚴(yán)重缺乏的矛盾，使得處理城鄉(xiāng)生活污水的問題亟待解決，如何盡快找出一條符合國情的處理城鄉(xiāng)污水的方法成為廣大環(huán)保人面臨的一大任務(wù)。20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的人工濕地污水處理技術(shù)就在這時得到了環(huán)保人的關(guān)注，其建設(shè)價格和運行價錢低、維修和護(hù)理技術(shù)低、處理效率高等優(yōu)點，適宜大范圍推行，是比較生態(tài)化的廢水處理技術(shù)，也是中國需要的一種技術(shù)，它能較好的緩解中國水資源短缺的情況。1.2人工濕地的概況1.2.1人工濕地的概念人工濕地廣義上的概念是因人工的擾亂而產(chǎn)生的濕地。人工濕地狹義上的概念是仿照天然環(huán)境系統(tǒng)條件，以人力建造池子，在底部設(shè)置防止水下滲到地底下的阻隔面，利用具有吸附污染物性質(zhì)的植物和依照特別定制的比例組合的土壤、沙、石等材料構(gòu)建的基質(zhì)作為填充原料，組成類似于自然濕地的污水凈化系統(tǒng)，這也是目前被廣泛使用的定義。1.2.2人工濕地的分類目前，各界學(xué)者因?qū)θ斯竦氐姆诸愐罁?jù)各不相同，所以分類的結(jié)果也不同。人工濕地中植物占據(jù)著重要的組成成分，按照植物形式可以將人工濕地的植物系統(tǒng)可分為挺水植物系統(tǒng)、浮水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)這3種類型[1]。根據(jù)污水的流動方式，可將人工濕地系統(tǒng)分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地[1-3]。（1）表面流人工濕地（Surfaceflowconstructedwetland）表面流人工濕地是一種污水在基質(zhì)表面以上，污水從入口處水平的流向出口處的人工濕地。其水利路徑以地表推流為主，水利負(fù)荷較低，污水在濕地基質(zhì)表層緩慢流動，氧氣通過水面擴散補給，水位一般在0.1~0.6米，污染物主要通過土壤的吸附、污染物的自然沉降、植物的根莖攔截以及根莖部位上生物膜的降解作用實現(xiàn)污水凈化。表面流人工濕地系統(tǒng)易管理、建造成本和運行費用低，但是污水處理效果一般，容易受溫度的影響，炎熱的時節(jié)會散發(fā)難聞的氣體和促使蚊蟲的生長。該類型人工濕地系統(tǒng)在美國、新西蘭、加拿大，瑞典等國分布較多[1-5]。（2）水平潛流人工濕地（Horizontalsubsurfaceflowconstructedwetland）水平潛流人工濕地是一種污水在基質(zhì)表面以下，污水從入口處水平的流向出口處的人工濕地。其污水在濕地基質(zhì)內(nèi)部流動，水面低于基質(zhì)表面，呈潛流狀，受氣候影響小，炎熱時節(jié)也不易散發(fā)難聞的氣味及促使蚊蟲生長，微生物種類豐富，耐沖擊力強，其水力負(fù)荷和污染負(fù)荷較大，COD、BOD、SS等有機物和重金屬處理效果好，但因其建造費用、運行費用和管理費用高難以廣泛應(yīng)用，目前在歐洲和日本應(yīng)用較多[1,4,6,7]。（3）垂直潛流人工濕地（Verticalsubsurfaceflowconstructedwetland）垂直潛流人工濕地指污水與池底形成90°經(jīng)過池體中基質(zhì)的人工濕地。垂直流人工濕地綜合了前兩者的性質(zhì)，利用相應(yīng)的基質(zhì)以及種植各種恰當(dāng)?shù)闹参飦硖畛涑伢w，污水在基質(zhì)床中由上到下垂直流動，該系統(tǒng)采用間歇進(jìn)水的運行方式，以大氣擴散和植物根部傳輸為系統(tǒng)內(nèi)部提供充足的氧氣，非常適宜硝化細(xì)菌進(jìn)行硝化反應(yīng)，硝化效果較強，能夠用于具有高濃度氮的污染水質(zhì)中，對土地的占有小，可是該系統(tǒng)對COD、BOD等有機物的去除成效沒有水平潛流人工濕地好，炎熱時節(jié)會促使蚊蟲產(chǎn)生，需要較高建造費用以及配水系統(tǒng)[1,4,8,9]。1.2.3人工濕地植物分類人工濕地在應(yīng)用中多是水生管束植物，按照其形態(tài)和生活習(xí)性，可分為四種類：漂浮植物、浮葉植物、挺水植物和沉水植物。（1）漂浮植物漂浮植物又稱完全漂浮植物，根不著生在底泥中，整個植物體漂浮在水面上的一類浮水植物。每年的3-10月是其生長的時候，而且喜歡含氮量高的水域環(huán)境；這類植物的根通常不發(fā)達(dá)[10]，擁有強大的生長能力，體內(nèi)擁有著很多能夠與氣體交換大量細(xì)胞間隙的薄壁組織，或著具有能夠換取氣體的氣囊。漂浮植物是一類觀葉植物較多的、可以遮陽和美化的植物。因為它們既能吸收水里的礦物質(zhì)，同時又能遮蔽射入水中的陽光，所以能夠抑制水體中藻類的生長[11]。鳳眼蓮屬于漂浮植物，但其生長里過旺，會極快的遮擋整個水面，致使水中生物滅亡，因而引用這種植物凈化水體需經(jīng)常處理水面。熟知的漂浮植物有水葫蘆、鳳眼蓮、浮萍、槐葉萍等。（2）浮葉植物浮葉植物是一種根部固著于底下污泥中，葉片漂在水域表層的水生植物。該類植物常常具有繁茂的根狀莖，有很多能夠與氣體交換大量細(xì)胞間隙的薄壁組織；莖因其柔軟的性質(zhì)，所以植株可以在水位經(jīng)常發(fā)生動蕩的水域中生存；植株所需空氣和陽光通?？梢越?jīng)過莖干向外伸長、擴張獲得；圓形或橢圓型是其葉子的故有形態(tài)，葉子的這種形態(tài)可以避免被大風(fēng)大浪扯破[12]；僅在葉外表面有氣孔，葉的蒸騰非常大，葉子表面有角質(zhì)層，可防止水分過快蒸發(fā)。在污水中浮葉植物可以爭奪水中的可供自身生長的物質(zhì)來成長的同時也減少水中污染物濃度，達(dá)到凈化污水的目的，而且浮葉植物的葉子可以通過遮擋陽光射入水面使水中的溫度降低，從而也阻抑了藻類生物在水中的成長，益于水體凈化。熟知的這一類型植物有睡蓮、莼菜、荇菜等。（3）挺水植物挺水植物一般分布于0~1.5米的淺水處的，植株高大，根、莖、葉分明；根固定在底泥中，莖的下半部浸在水中，上半部莖和葉挺出水面[13]；莖一般為中空，內(nèi)有復(fù)雜的空氣管道；其葉的下表皮有著豐富的可以避免水分大量消散的氣孔；有很多能夠與氣體交換大量細(xì)胞間隙的薄壁組織；根系比較茂盛，能夠固定于水中污泥生長以及吸附水中大量的氨、磷等污染物質(zhì)。熟知的這一類型植物有香蒲、水蔥、水莎草、水生美人蕉、蘆葦?shù)?。?）沉水植物類型沉水植物是一種植株整個部位都沉在水中根莖固定于水下底泥生長的水生植物。該種類基本上都存在于水面下2~3米地方，在水質(zhì)非常清澈的地方可生長在水下10米處。其全身都是凈水的器官，凈水的同時能夠獲取水中可以致使自身；根在其生長中會慢慢退化或者消失得無影無蹤了，體內(nèi)有很多能夠與氣體交換大量細(xì)胞間隙的薄壁組織；葉綠體位于沒有氣孔的葉子表面，植株的細(xì)胞都能為提供氧氣。這類植物能夠大量地汲取水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，包括氮、磷等，對緩解水體富營養(yǎng)化起到積極作用；一直生活于很清澈水中的的沉水植物，移栽到別的水體中也需要類似的水質(zhì)，因而，可以當(dāng)做污水處理中最后的強化穩(wěn)定植物[14]，用來加強水體質(zhì)量。熟知的這一類植物有貍藻、輪葉黑藻、小眼葉子菜等。1.2.4人工濕地的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀人工濕地處理污水工藝在世界各地受到重視并被運用，20世紀(jì)70年代德國學(xué)者Seidel與Kickuth合作并由Kickuth提出（TheRootZoneMethod）理論之后打開了世界各個國家對人工濕地污水處理的技術(shù)探索和實踐的大門。1974年是一個特別年份，第一座人工濕地在德國開始了建造的進(jìn)程，從此人工濕地在歐洲大陸，在美國和加拿大等國家也在得到廣泛的推廣。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國在1988年至1993年間就建了幾百座人工濕地；1987年由天津市環(huán)保研究所建成處理規(guī)模為1400m3/d的蘆葦人工濕地是中國首例人工濕地污水處理工程[15]；2007年，中國最大的污水處理濕地在四川成都的鳳凰河建成了，處理量達(dá)2萬t/d[16]。目前，人工濕地工程得到廣泛推廣，不論是在哪個國家人工濕地工程都可以數(shù)以萬計了。人工濕地最初主要用于處理生活污水，隨著時間的流逝，人工濕地技術(shù)不斷發(fā)展。目前人工濕地廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)非點源污染工業(yè)暴雨徑流污染、垃圾滲濾液和富營養(yǎng)化水等領(lǐng)域。人工濕地污水處理技術(shù)是較具有發(fā)展前景的、目前世界濕地領(lǐng)域一個火熱的、可探索的課題，在工藝的建造價格、去污成效和維護(hù)費用等方面，該技術(shù)比傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)具有更大的優(yōu)勢，但容易受到氣候條件和土地面積的制約。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各類環(huán)境問題層出不窮，人工濕地技術(shù)也會不斷創(chuàng)新，會不斷克服缺陷，邁向成熟，應(yīng)用更加廣泛。1.2.5人工濕地去污機理人工濕地去除水中污染物的機制和原理非常地繁瑣，到目前為止仍然沒有探究明白。物理、化學(xué)和生化[17]是許多學(xué)者通過探索歸納出來的人工濕地去除水中污染物的關(guān)鍵方法。物理方法中濾過、沉淀和堆積是關(guān)鍵的作用，污水在通過濕地的基質(zhì)層和密度較大的植物根系中能夠篩選、過濾水中的SS，使得SS駐留于基質(zhì)層里；化學(xué)方法中離子交換、化學(xué)沉淀和氧化還原等是關(guān)鍵的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)生受到基質(zhì)種類的影響；生化方法中微生物的開環(huán)和斷裂分解是實現(xiàn)凈化污水的重要作用，需要微生物在厭氧、好氧厭氧及兼性厭氧的環(huán)境完成[18]。人工濕地的去污大概過程：植物體內(nèi)可以分泌出能夠溶解的有機和無機物質(zhì)，這些物質(zhì)可以提供微生物成長過程所需要的基質(zhì)，加強植物根系和微生物之前間的反應(yīng)，使存在它們所形成范圍中微生物的數(shù)量和成活效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于范圍外的。濕地系統(tǒng)成熟后，許多的微生物成長時依附在基質(zhì)表層和植物繁茂的根系中因此產(chǎn)生生物膜。污水接觸到生物膜時，能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的基質(zhì)和植物繁茂的根系能夠?qū)⒑芏嗟腟S阻攔下來，植物繁茂的根系滲出的可溶解的物質(zhì)能夠致使大腸桿菌和病原體失去活性走向死亡，植物繁茂的根系形成的生物膜以吸附、吸收和生物正常的生理代謝除去水中不容易溶解的有機物。根系附近容易產(chǎn)生缺氧、厭氧和好氧的區(qū)域這是因為植物中繁茂的根系和運輸組織能夠連續(xù)的傳送放出氧導(dǎo)致的，類似很多串聯(lián)或并聯(lián)的A2/O處理單元[19]，能夠極大的處理干凈大分子有機物，可以讓植物和微生物吸取污水中的氮、磷作為生長所需的養(yǎng)分；在這同一時間里，還能夠?qū)⒅参锖臀⑸镏蟹e聚的磷以硝化、反硝化反應(yīng)的形式去除；最后，污染物可以通過按照期限更新濕地床基質(zhì)或者將種植的植物割取后從系統(tǒng)里除去。2設(shè)計概況2.1設(shè)計的任務(wù)及目的任務(wù)：本次設(shè)計的任務(wù)是依據(jù)相關(guān)資料建造一個最大污水量為200m3/d的水平潛流人工濕地工程，用該工程處理生活某鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活污水，使污水達(dá)標(biāo)排放。目的：運用維護(hù)簡單、建造和運行費用低、生態(tài)的處理技術(shù)處理污水，減少水環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境。2.2設(shè)計條件2.2.1氣候條件此鄉(xiāng)鎮(zhèn)擁有著不分明的四季，春天和冬天少雨，夏天沒有炙熱，冬天沒有寒冷，夏天和秋天降水多，每年平均溫度在22.5-25.60℃的范圍內(nèi)。2.2.2農(nóng)村生活污水水質(zhì)根據(jù)給排水設(shè)計規(guī)范及相關(guān)工程實踐經(jīng)驗，可知一般農(nóng)村生活污水水質(zhì)如下表：表1農(nóng)村生活污水水質(zhì)Table1Ruraldomesticsewagequality項目CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）氨氮（mg/L）SS（mg/L）pH濃度≤300≤120≤25≤1007-82.2.3生活污水的出水水質(zhì)要求此項目出水質(zhì)量施行2002年國標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》里的一級B標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的出水質(zhì)量如表2。表2出水水質(zhì)指標(biāo)Table2Effluentqualityindex項目CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）氨氮（mg/L）SS（mg/L）pH濃度≤60≤20≤8（15）*≤206-9注：*解釋：括號外數(shù)值為水溫＞12℃時的控制指標(biāo)，括號內(nèi)數(shù)值為水溫≤12℃時的控制指標(biāo)。2.2.4人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求依照《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》，人工濕地類別不一樣，進(jìn)水的水質(zhì)也不同，其進(jìn)水要求如下：表3人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求（單位：mg/L）Table3Waterqualityrequirementsforartificialwetlandsystem人工濕地類型CODCrBOD5氨氮SSTP表面流人工濕地≤125≤50≤10≤100≤3水平潛流人工濕地≤200≤80≤25≤60≤5垂直潛流人工濕地≤200≤80≤25≤80≤52.2.5人工濕地系統(tǒng)污染物去除效率根據(jù)所參考的實驗材料，可知人工濕地系統(tǒng)污染物去除效率，數(shù)據(jù)如下：表4人工濕地系統(tǒng)污染物去除效率（單位：%）Table4RemovalefficiencyofpollutantsinconstructedWetlandsystem人工濕地類型CODCrBOD5氨氮SSTP表面流人工濕地50~6040~7020~5050~6035~70水平潛流人工濕地55~7545~8540~7050~7070~80垂直潛流人工濕地60~8060~8050~7550~8060~803工藝設(shè)計3.1工藝流程依照鄉(xiāng)鎮(zhèn)周圍環(huán)境情況，在工藝中設(shè)計格柵池、沉淀池和人工濕地。格柵池用于處理漂浮物和懸浮物，沉淀池用于去除水中懸浮物及污泥，人工濕地作為工藝中主要的污水處理措施可去除COD、BOD和氨氮等污染物。設(shè)計的工藝流程如圖1：格珊池生活污水排出人工濕地沉淀池格珊池生活污水排出人工濕地沉淀池污泥處理垃圾處理污泥處理垃圾處理圖1工程接納鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水或自然雨水的工藝流程圖Fjgure1ProcessflowchartforprojectacceptanceoftownshipdomesticsewageornaturalRainWater3.2設(shè)計參數(shù)3.2.1設(shè)計所需參數(shù)人工濕地面積需按照五日生化需氧量和表面有機負(fù)荷確定，同時需要滿足水力負(fù)荷要求[20]。由于沒有實驗的數(shù)據(jù)，因而選擇了經(jīng)驗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)如下：表5人工濕地主要設(shè)計參數(shù)Table5Maindesignparametersofartificialwetland人工濕地類型BOD5負(fù)荷(kg/hm2.d)水力負(fù)荷(m3/m2.d)水力停留時間(d)表面流人工濕地15~50＜0.14~8水平潛流人工濕地80~120＜0.51~3垂直潛流人工濕地80~120＜1.0（建議值：北方：0.2~0.5；南方：0.4~0.8）1~33.2.2規(guī)格大小的設(shè)計水平潛流人工濕地的規(guī)格大小，依照《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》所給的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如下：（1）水平潛流人工濕地單元的面積宜小于800m2；（2）潛流人工濕地單元長寬比宜控制在3：1以下；（3）規(guī)則的潛流人工濕地單元長度宜為20m~50m；（4）潛流人工濕地水深宜為0.4m~1.6m；（5）潛流人工濕地的水力坡度宜為0.5%~1%。3.3設(shè)計概述3.3.1人工濕地的計算（1）濕地面積As濕地面積是通過最大的污水流量、進(jìn)出水濃度、溫度的速率常數(shù)等來計算的，其計算公式如下：式(3-1)式中：As為濕地面積（㎡）；Q為污水流量（m3/d），設(shè)定最大污水流量為200m3/d；C0為進(jìn)水BOD濃度（mg/L），根據(jù)表1取其濃度為80mg/L；Ce為出水BOD濃度（mg/L），根據(jù)表2取其濃度為20mg/L；Kt為溫度的速率常數(shù)，Kt=1.014×（1.06）（T-20），根據(jù)相關(guān)情況取T=24，則Kt=1.28；d是介質(zhì)床的深度，其范圍在60~200cm，通常選擇100~150cm，這里選擇100cm；n為介質(zhì)的孔隙度，其范圍在0.35~0.4，在這選擇0.35。經(jīng)過計算得到：濕地面積（As）為619m2濕地的長（L）和寬（W）人工潛流濕地床過長會造成死區(qū)，難以調(diào)節(jié)水位，影響植物的生長，因此濕地長和寬需要控制在合適的范圍內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)濕地長寬控制在3:1內(nèi)，本設(shè)計取2：1。根據(jù)公式:式（3-2）根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，本設(shè)計采用長寬比為2：1，即L/W=2。濕地面積可根據(jù)濕地的長和寬相乘得到，如下公式所示：式（3-3）由公式（3-3）計算可知：L=619/W由上可知長寬比為2，將公式（3-2）代入到公式（3-3），經(jīng)計算可知L=35m，W=17m。（3）濕地系統(tǒng)深度（D）人工濕地系統(tǒng)深度可影響水處理的效果，確定系統(tǒng)深度尤為重要?！度斯竦匚鬯幚砉こ碳夹g(shù)規(guī)范》中給出潛流人工濕地水深宜為0.4~1.6m，美國蘆葦濕地池深采用60cm~76cm，德國采用60cm[21]，KimEastlick推薦潛流濕地水深以30~90cm為宜[20]。整體分析，本設(shè)計深度取0.8m。（4）水力停留時間Tn水力停留時間被定義為污水在人工濕地處理系統(tǒng)中駐留所用花費的平均時長，其計算的式子如下： 式（3-4） 式（3-5）式中：V為濕地的體積（m3）；As為濕地面積（m2），619m2；D為濕地系統(tǒng)深度（m），取0.8m；Tn為水力停留時間（d）；θ為孔隙率（填料安裝后濕地孔隙率不宜低于0.3，在這取0.35）；Q為污水的最大流量（m3/d），設(shè)定最大污水流量為200m3/d。根據(jù)式（3-4）可計算濕地的體積為495.2m3，將其代入式（3-5）算得水力停留時間為0.87d，本設(shè)計采用水平潛流人工濕地處理污水，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)水力停留時間取1~3d，結(jié)合所計算數(shù)據(jù)，取2d。（5）水力負(fù)荷（HLR）水力負(fù)荷的概念是單位平米的人工濕地處理系統(tǒng)在單位時間內(nèi)能夠處理的污水量，是度量人工濕地系統(tǒng)凈水成效的關(guān)鍵一步，其計算公式如下： 式（3-6）式中：HLR為水力負(fù)荷（m/d）；Q為最大污水流量（m3/d），設(shè)定最大污水流量為200m3/d；As為濕地面積（m2），619m2。根據(jù)式（3-6）計算知水力負(fù)荷為0.32m/d，0.32m/d＜0.5，符合《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》中對水平潛流人工濕地水力負(fù)荷的要求。3.3.2濕地基質(zhì)的篩選經(jīng)過諸多研究者的探索，基質(zhì)可分為天然材料、工業(yè)副產(chǎn)品和人造產(chǎn)品?；|(zhì)能夠作為載體供植物固著，微生物也可以寄托在基質(zhì)表面生長，與此同時基質(zhì)能夠吸收和減少污染物質(zhì)。基質(zhì)不一樣凈化廢水中的物質(zhì)也不一樣，挑取恰當(dāng)?shù)幕|(zhì)對污水處理成效可以起到極其關(guān)鍵的作用。趙占軍[22]等對五種填料的研究中得出沸石對氨氮較高的吸附率，礫石對總磷有較高的吸附率；盧少勇[23]等研究發(fā)現(xiàn)花山巖、生物炭、瓷砂陶粒和沸石適合做人工濕地的吸附氨氮的基質(zhì)；張凌翔[24]等實驗得出陶瓷濾料和沸石組合可以使氮的消除效果超過70%；李懷正[25]等實驗知道SS處理成效越好，基質(zhì)的粒徑越??；郭本華[26]等研究表明碎石對污水中磷的處理效果很好，超過90%；水中懸浮物和BOD5濃度較高可采用泥炭做基質(zhì)；研究發(fā)現(xiàn)沸石通透性較強、具有較強的再生能力，而且可以有效的處理污染物COD。表6五種填料對氨氮和磷素的吸附率Table6Adsorptionefficiencyoffivefillersforammonianitrogenandphosphorus填料溫度氨氮吸附率磷素吸附率沸石25℃91.9%10.8%圓陶粒25℃34.7%32.1%頁巖25℃20.0%34.0%礫石25℃16.0%72.8%粗砂25℃14.4%59.1%人工濕地建設(shè)中基質(zhì)不同鋪設(shè)的位置也不同表層。濕地表層一般選擇滲透性為慢或中的黏土或壤土，粒徑為40~50mm的礫石用于進(jìn)出水口的位置，而粒徑在5~10mm的基質(zhì)可以鋪設(shè)于表層水以下。在人工濕地的建設(shè)中選擇合適的基質(zhì)配置不僅可以增加濕地壽命也可以污水的處理能力。因此，在安全無毒、廉價、易得以及高效的原則下污染物不同的濕地應(yīng)該選擇合適的基質(zhì)。在本次設(shè)計中濕地表層選擇壤土，進(jìn)出水口會選擇沸石、石灰石以及碎石。3.3.3濕地植物的選擇人工濕地系統(tǒng)中的植物不但能夠降解和接收有毒有害的物質(zhì)，其豐富的根系還能接收污水中的營養(yǎng)物質(zhì)為自身的成長提供原料，而且可以運送氧氣、提供棲身的場所給水中生物，有的還能抑制水中藻類提高系統(tǒng)的凈污效果。植物在人工濕地中具有重要的作用。因此，選擇合適的植物在人工濕地系統(tǒng)中是尤為重要的。植物在選擇時不僅需要滿足當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和氣候條件，而且所選的植物需要有較強的耐污性，有發(fā)達(dá)的根系，生長期長的冬季半枯萎或常綠，不能威脅周圍生態(tài)環(huán)境和擁有一定的經(jīng)濟、文化和景觀價值。人工濕地中的植物多選用水生維管束植物,如蘆葦、寬葉香蒲、燈心草、鳳眼蓮、水蔥、茭白、小葉浮萍、水仙和美人蕉等。孫光[27]等的探究中對水中COD、TN和TP香蒲比蘆葦和菖蒲處理效果好；魏成[28]等研究中知美人蕉對TP和BOD去除率高于蘆葦；肖廣敏等學(xué)者對四種植物進(jìn)行比較香蒲等對氨氮和總磷有較強的凈化能力[24]。香蒲不僅是凈化污水的廉價、有效的生物填料，收割后還可以用來造紙和編織草席；美人蕉不僅對含TP和BOD的污水有較好的處理效果，它的的莖、葉和根都具有經(jīng)濟價值，可以造紙、可以用來造麻袋、可以當(dāng)藥材等。本項目通過多方面考慮，選用香蒲和美人蕉這兩種植物種植。香蒲的種植密度為20-25株/m2；美人蕉的種植密度為20~30株/m2。香蒲 美人蕉圖2香蒲和美人蕉Figure2CattailandCanna4項目成本估算4.1成本效益估算此項設(shè)計主要成本用于土方工程建設(shè)，植物的種植、防滲膜和機械格柵也占用一定的成本。（1）土方工程量及成本本設(shè)計中設(shè)有的格柵池、初沉池、潛流濕地涉及到土方工程的建設(shè)。以相對海拔為基準(zhǔn)，挖方長度35m，深度因設(shè)計治理措施的不同而不同，挖方主要集中在格柵池、初沉池和潛流濕地，挖方體積為495.2m3，其挖方與建造池子的成本約為22萬元。（2）機械格柵成本此項目中選用的格柵是回轉(zhuǎn)式的，它是一種日常維修和護(hù)理方便、機械化水平高、分離固體物質(zhì)效果好、不易被腐蝕的器械。沒有人操作的情形下也能平穩(wěn)的工作，機器出現(xiàn)毛病時聲光報警并自行停止運行。此項目選購一臺約2萬元的回轉(zhuǎn)式機械格柵。（3）植物成本人工濕地工程中用于凈化水體的植物可采用種子種植和幼苗種植這兩種方式，購買種子種植所需費用較低，但其成長緩慢，前期還需要花較多的時間來培養(yǎng)，而幼苗種植前期不需花費大量時間培養(yǎng)且更快見到成效，因此采用幼苗植物種植。植物采購于苗圃，在計算成本時，只計算植物幼苗的成本。本工程種植香蒲和美人蕉，香蒲和美人蕉的種植密度均采用為25株/㎡，面積619㎡，每株0.4元，所需費用約6200元。（4）防滲層及成本本工程用于生活污水的處理，污水中重金屬沒有超標(biāo)，主要污染物是COD、BOD、SS、TP和氨氮。由于其污水滲入地下水后可污染地下水質(zhì)因此在整個工程的池子里都鋪上一層滲透膜，該滲透膜采用防滲性能好、抗腐蝕能力強、不易老化的高密度聚乙烯膜。本項目中需要用到高密度聚乙烯膜的面積約2107m2,該膜的單價是6元/m2，因此高密度聚乙烯膜所需的費用約為1.3萬元。4.2經(jīng)濟效益污水處理廠處理污水的成本與其規(guī)模和工藝有關(guān)，以生物活性污泥法為主要處理工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠來說，其處理1m3污水的成本約在0.61-1.20元之間，而人工濕地處理1m3污水的成本只需約0.1元。本項目工程對污水日均處理量為200m3，一次性投入成本約35萬元，經(jīng)處理后的污水可達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，總體上污染物去除效果較好。4.3生態(tài)效益和社會效益本項目中生活污水對周邊環(huán)境造成的環(huán)境問題，不僅是對河流水質(zhì)的污染、出水不能達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)，更重要的是散發(fā)惡臭、破壞的周圍的景觀、易產(chǎn)生疾病，影響人們的生活。本生態(tài)工程的設(shè)計具有污泥產(chǎn)生量少、噪聲影響小等優(yōu)勢，且有助于周圍環(huán)境景觀的改善，增強人水之間的交流，為人們提供更美好的環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)和諧。5結(jié)論人工濕地是一種生態(tài)的污水處理技術(shù)，可以防止環(huán)境的再污染，運用化學(xué)、物理和生化這三種方法使污水達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)，適合推廣于資金和維護(hù)費用不高的農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)。本文在設(shè)計人工濕地的過程中先查閱相關(guān)資料確定人工濕地研究的背景、分類、應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀和去污的原理；然后設(shè)計污水處理工藝流程以及人工濕地污水每日最大流量為200m3/d；之后根據(jù)污水最大流量、BOD的進(jìn)出水濃度、溫度速率常數(shù)等計算出人工濕地的面積為619m2、濕地的長和寬分別為35m和17m、水力停留時間為0.87d和水力負(fù)荷為0.32m/d；最后通過參考文獻(xiàn)選擇對污水中污染物有較高吸收率的沸石、石灰石與碎石作為濕地基質(zhì)以及選擇根系發(fā)達(dá)、有較強吸附能力的香蒲和美人蕉作為濕地植物，完善了人工濕地的設(shè)計，使工程達(dá)到了凈化污水的能力。該設(shè)計采用水平潛流人工濕地凈化鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活污水，使污水達(dá)標(biāo)排放。既能避免了惡臭影響人們的生活、污染環(huán)境，也能美化鄉(xiāng)鎮(zhèn)、為鄉(xiāng)親們提供休閑娛樂的場所、豐富人們的精神生活。參考文獻(xiàn)[1]何秋婷.人工濕地處理農(nóng)村生活污水的參數(shù)優(yōu)化與工藝設(shè)計[D].福建師范大學(xué)碩士論文.2014.[2]劉濤,張晗.淺談人工濕地在污水處理中的設(shè)計[J].綠色科技,2014,11:153-154.[3]唐抒圓.人工濕地處理低溫地區(qū)農(nóng)村污水的工程設(shè)計與運行效果分析[D].吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文,2014.[4]霍貞.淺談人工濕地污水處理技術(shù)及工藝設(shè)計[M].天津市政設(shè)計研究院:天津,2007.[5]王健.表面流人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用探討[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,18(4):51-55.[6]張迎穎.潛流人工濕地處理農(nóng)村生活污水的工藝研究[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文,2009.[7]范旭紅.人工濕地污水處理系統(tǒng)及其應(yīng)用[D].東南大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.[8]蘆秀青.垂直流人工濕地水力學(xué)規(guī)律與數(shù)學(xué)模型研究[D].華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文,2010.[9]CHENGXQ,GANGH.NutrientRemovalfromPollutedRiverWaterbyCombiningVerticalandHorizontalSubsurfaceFlowConstructedWetlands[J].AdvancedMaterialsResearch,2013,663:1029-1032.[10]秦巧燕,朱建強.磷的環(huán)境效應(yīng)及水生植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)報）,2009,6(4):53-57.[11]施澤權(quán).廣州市水生園林植物資源調(diào)查及