人工濕地設(shè)計

1、水資源保護人工濕地設(shè)計,講授：劉少敏 2010.12,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(shè)計的復(fù)雜的具有滲透性能的地層生態(tài)結(jié)構(gòu)，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)。,絕大多數(shù)人工濕地由五部分構(gòu)成： 基質(zhì)，具有透水性，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

2、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(gòu) 成,人工濕地系統(tǒng) 人工濕地污水處理系統(tǒng)由預(yù)處理單元和人工濕地單元組成。通過合理設(shè)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(yù)處理主要去除粗顆粒和降低有機負荷。構(gòu)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

3、人工濕地去除復(fù)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,通俗地說，人工濕地對廢水的處理綜合了物理、化學(xué)、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。,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

4、設(shè)計時應(yīng)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(yù)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(shè)計,工程設(shè)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(guān)法律及公眾意見。應(yīng)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

5、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(shè)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。,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

6、積；Ks潛流滲透系數(shù)。 7 結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （1）進水系統(tǒng)的布置：濕地床的進水系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(shè)置穿孔集水管，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)彎頭和控制閥門以調(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(shè)厚度為0.40.7m。 （3）潛流式濕地床水位控制：接納最大設(shè)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。,人工濕地是利用與自然生態(tài)系統(tǒng)

7、相似的物理、化學(xué)、生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化技術(shù)。,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,微生物作用 氧化還原反應(yīng) 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,人工濕地工藝流程設(shè)計,人工濕地組合形式設(shè)計,在設(shè)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(shè)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

8、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。COD和BOD 的去除率分別達7188和8089。設(shè)計時應(yīng)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(dǎo)性好，適宜植物生長，處理效果好。,設(shè)計要點及技術(shù)參數(shù),潛流濕地的基質(zhì)厚度約60 cm左右。,人工濕地的構(gòu)造與工程參數(shù)是人工濕地工藝設(shè)計的核心， 包括水力學(xué)特性、濕地床構(gòu)型和配套設(shè)施的構(gòu)筑三方面。水力學(xué)特性包括水力停留時間、水力負荷；濕地床構(gòu)型設(shè)計包括水力坡度、濕地床的長寬比和水位控制；配套設(shè)施的構(gòu)筑包括進出水裝置、隔板裝置和防滲設(shè)施

9、。,設(shè)計中實際水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。,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(shè)計BOD負荷率為80120 kg(hm d)。,As面積，m,1/2,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60cm 沉水植物區(qū)域水深12

10、0cm左右。,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(shè)施,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(shè)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，模擬天然濕地的水流。它的建造費用較低。,潛流濕地 設(shè)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

11、結(jié)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(shè)置沉淀池，去除懸浮固體。設(shè)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(shè)成平流或垂直流。,垂直流人工濕地,平流人工濕地,設(shè)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(yīng)了平流系統(tǒng)缺氧條件的細菌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

12、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(shè)計,土地的選場,寬度和深度 水力負荷的比率 滯留時間 填料的選用,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）,人工濕地,北戴河濕地,1,2,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(zhuǎn), 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。,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，