人工濕地設計方案沼氣池建設沼氣工程建設打造人文環(huán)境

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人工濕地設計方案沼氣池建設沼氣工程建設打造人文環(huán)境

發(fā)布時間:2014-12-10 14:38來源: 作者:葉金鑫點擊: 次

人工濕地的凈化機理：

對SS：濕地系統(tǒng)成熟后，填料表面和植物根系將由于大量微生物的生長而形成生物膜。廢水流經(jīng)生物膜時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留。

人工濕地示意圖

對有機物：有機污染物通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被除去。

對N、P：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)，保證了廢水中的氮磷不僅能通過植物和微生物作為營養(yǎng)吸收，而且還可以通過硝化、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。

一、污水水質(zhì)

（一）、作為生活污水處理的主體工程。

按照城鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)一般范圍，可認為東升鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)狀況如下：COD 250—350mg/l（項目取中間值300 mg/l，需監(jiān)測核實）；BOD 150--250 mg/l（取中間值200 mg/l）；SS 200--300 mg/l（項目取中間值250 mg/l）; NH3—N 30--40 mg/l（取中間值35 mg/l），P 8--10mg/l（取最大值10 mg/l）；水量按照5000m³/d設計。

（二）、作為生活污水處理廠的后續(xù)工程。

一般鎮(zhèn)區(qū)均需要建設二級污水處理廠，按照城鎮(zhèn)污水處理廠的出水標準，如東升鎮(zhèn)二級污水處理廠達標排放，則污水處理廠出水應執(zhí)行廣東省《水污染排放限值》(DB4426--2001)中第二時段中的二級標準：COD 60mg/l；BOD 30 mg/l；SS 30 mg/l; NH3—N 15mg/l，P 1mg/l；水量按照5000m³/d設計；作為生活污水處理廠的后續(xù)工程，人工濕地的處理壓力要小得多，且水平潛流式人工濕地對氨氮的處理效果不如垂直流人工濕地，本項目暫不深入分析此項。

二、出水要求

人工濕地及其應用東升鎮(zhèn)生活污水最終出水預計進入北部排灌渠，按照《中山市水環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)保護規(guī)定》（中府［1997］115號）的功能區(qū)劃，該渠符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中Ⅳ類水體要求，因此人工濕地出水應執(zhí)行廣東省《水污染排放限值》(DB4426--2001)中第二時段中的二級標準；為：COD 100mg/l；BOD 30 mg/l；SS 30 mg/l; NH3—N 15 mg/l，P 1 mg/l。

三、處理效率

東升鎮(zhèn)（擬）采取以挺水植物系統(tǒng)為住的潛流濕地類型，根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù)表明，在正常情況下，潛流型人工濕地污染去除率為：COD>80%；BOD 85--95%,可達到10 mg/l;；SS <20mg/l; NH3—N>60%，P>90%，農(nóng)藥及細菌>90%。因此東升鎮(zhèn)生活污水流經(jīng)人工濕地后，其水質(zhì)為：COD<72mg/l；BOD <20 mg/l； SS <20mg/l;; NH3—N <14 mg/l，P 1 mg/l，符合廣東省《水污染排放限值》(DB4426--2001)中第二時段中的二級標準。

四、處理工藝

考慮到生活污水中的污染物濃度普遍不高，預處理可不設穩(wěn)定塘，只設格柵間、集水井；因SS濃度相對高，為避免發(fā)生堵塞，可置多孔管和三角堰，并定期取出填料清洗，可有效防止堵塞；工藝流程如下：

進水

多孔管

集水井

三角堰

水平式表面流濕地

提升泵

集水井

水平潛流式濕地

出水

格柵間

五、參數(shù)設計

(一)、多孔管基本參數(shù)

多孔管可采用管式五孔管（φ25×5/76），單孔孔徑25mm，有效孔徑76mm，可有效防止堵塞。

（二）、集水井基本參數(shù)

集水井設計規(guī)模為5000m³/d，約折合208.3m³/h，按水力停留時間HRT為1.5h計，集水井容積應為312.5 m³，考慮到集水井進水口應高于地面20—50cm，集水井初步設計為L×B×H=10m×8m×5m。

（三）、泵參數(shù)

型號 125-230C，

流量237.6m³/h，

兩臺，一用一備。

揚程 7.3m,

轉(zhuǎn)速 1480（r/min）

,功率 11KW，

效率 74%，工作時間 24h/d。

（四）、人工濕地基本參數(shù)

1、濕地表面積的預計

計算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)

  其中As為濕地面積（m²）
    Q為流量（m³/d），假定流量為5000 m³/d。
    Co為進水BOD（mg/l），假定進水BOD為200mg/l。
    Ce為出水BOD（mg/l），假定出水BOD為20mg/l。
    Kt為與溫度相關的速率常數(shù)，Kt＝1.014×（1.06）^（^T^－²⁰^），T假定為25，則Kt=1.357。
    d為介質(zhì)床的深度，一般從60－200cm不等，大都取100－150cm，項目取120cm。
    n為介質(zhì)的孔隙度，一般從10－40％不等。

表5—1 人工濕地面積計算表

孔隙度	10％	20％	30％	40％
濕地面積（m²）	70701	35351	23567	17675

可見，填料床孔隙度的大小對人工濕地面積的影響較大。一般項目預計介質(zhì)的孔隙度為30%，則人工濕地面積約為23567 m²，其中，水平濕地面積為20167m²，垂流式濕地面積為3400 m²，

2、水力停留時間計算

     計算公式：t=v×ε/Q
     其中 t：水力停留時間（d）
      v：池子的容積（m3），容積為V=23567 m²×1.2m=28202.4 m³，
      ε：濕地孔隙度，濕地中填料的空隙所占池子容積的比值，需實驗測定；本項目按30%計，
      Q：平均流量（m3/d），假定流量為5000 m³/d。

則：水力停留時間（d）=1.697d=40.7h。

3、水力負荷計算
計算公式：HLR=Q/As

Q=5000 m³/d。

As=23567 m²。

則HLR=0.2122m³/ m².d。

4、水力管道計算
計算公式V＝πR²×S＝Q/t
V：流量
R：管徑
S：流速， 0.5m/s
Q：總流量，Q=5000 m³/d。
t：停留時間，t=1.697d=40.7h。

可以計算出R=0.1474m，可用D30的水利砼管管道，也可以用D30的不銹鋼管。

5、平面設計

（1）水平潛流濕地

水平表面流濕地一般長寬比約為10：1，而水平濕地面積約為20167m²，As₁=L×B=10B×B=20167 m²，B=44.91m，取45m；L約等于449.1m，取450m，As₁=L×B=450m×45m。

（2）潛流濕地

潛流濕地面積約為3400 m²，可用下式計算：

AS₂ = Q×(ln C₀—ln Ce) / ( K_t×D_n)

但由于整個濕地系統(tǒng)是按照整體計算，無法用BOD的初始濃度和出水濃度單獨進行計算，潛流濕地床長度過長,易造成濕地床中的死區(qū),且使水位難于調(diào)節(jié),不利于植物的栽培，L:B一般控制在1—3之間,為便于管理，潛流濕地最好與水平流濕地同寬，因此B=45m；則L=75.6m，取80m，As₂=L×B=80×45=3600 m²。

6、結(jié)構設計

（1）進出水系統(tǒng)的布置：

濕地床的進水系統(tǒng)應保證配水的均勻性，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)對床中水位調(diào)節(jié)的要求，出水區(qū)的末端的礫石填料層的底部設置穿孔集水管，并設置旋轉(zhuǎn)彎頭和控制閥門以調(diào)節(jié)床內(nèi)的水位。
（2）填料的使用：

水平表面流濕地床由兩層組成，表層土層，厚0.4m，礫石層鋪設厚度0.2m，總厚度0.6m；潛流濕地床由三層組成表層土層、中層礫石、下層小豆石(碎石)，鈣含量在2~2.5kg/100kg為好；土層0.4m，礫石層鋪設厚度0.5m。下層鋪設厚度0.3m，總厚度1.2m，人工濕地填料主要組成、厚度及粒徑分布見表5—2：人工濕地填料分析表

（3）潛流式濕地床的水位控制：床中水面浸沒植物根系的深度應盡可能均勻。

表5—2 人工濕地填料分析表

填料層	水平表面流濕地	潛流濕地
土壤層	石英砂，厚0.4m，粒徑2—6mm	石英砂，厚0.4m，粒徑2—6mm
中間層	礫石，厚0.2m，粒徑5—8mm	礫石，厚0.5m，粒徑5—8mm
底層	/	碎石，厚0.3m，粒徑8—10mm

7、植被選擇

（1）．選用原則

1.1 植物在具有良好的生態(tài)適應能力和生態(tài)營建功能；

篩選凈化能力強、抗逆性相仿,而生長量較小的植物,減少管理上尤其是對植物體后處理上的許多困難。一般應選用當?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在的植物。

1.2 植物具有很強的生命力和旺盛的生長勢；人工濕地植物

① 抗凍、抗熱能力

②抗病蟲害能力

③對周圍環(huán)境的適應能力

1.3 所引種的植物必須具有較強的耐污染能力；

水生植物對污水中的BOD5､COD､TN､TP主要是靠附著生長在根區(qū)表面及附近的微生物去除的，因此應選擇根系比較發(fā)達，對污水承受能力強的水生植物。

1.4 植物的年生長期長

人工濕地處理系統(tǒng)中常會出現(xiàn)因冬季植物枯萎死亡或生長休眠而導致功能下降的現(xiàn)象，因此，應著重選用常綠冬季生長旺盛的水生植物類型。

1.5 所選擇的植物將不對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構成威脅，具有生態(tài)安全性；

1.6具有一定的經(jīng)濟效益、文化價值、景觀效益和綜合利用價值。

由于所處理的污水不含有毒、有害成分,可以考慮其綜合利用。

(2)．配置分析
    2.1根據(jù)植物類型分析
    2.1.1漂浮植物
    漂浮植物中常用作人工濕地系統(tǒng)處理的有水葫蘆、大薸、水芹菜、李氏禾、浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。
    2.1.2根莖、球莖及種子植物
    這類植物主要包括睡蓮、荷花、馬蹄蓮、慈姑、荸薺、芋、澤瀉、菱角等。
    2.1.3挺水草本植物類型
    這類植物包括蘆葦、茭草、香蒲、旱傘竹、皇竹草、藨草、水蔥、水莎草、紙莎草等，為人工濕地系統(tǒng)主要的植物選配品種。根據(jù)這類植物的生長特性，它們即可以搭配種植于潛流式人工濕地，也可以種植于表流式人工濕地系統(tǒng)中。
    2.1.4沉水植物類型
    沉水植物一般原生于水質(zhì)清潔的環(huán)境，其生長對水質(zhì)要求比較高，因此沉水植物只能用作

人工濕地系統(tǒng)中最后的強化穩(wěn)定植物加以應用，以提高出水水質(zhì)。
    2.2 原生環(huán)境分析
    根據(jù)植物的原生環(huán)境分析，原生于實土環(huán)境的植物如美人蕉、蘆葦、燈心草、旱傘竹、皇竹草、蘆竹、薏米等，其根系生長有向土性，可配置于表面流濕地系統(tǒng)和潛流濕地土壤中；如水蔥、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生長已經(jīng)適應了無土環(huán)境，因此更適宜配置于潛流式人工濕地。
    2.3 養(yǎng)分需求分析
    根據(jù)植物對養(yǎng)分的需求情況分析，由于潛流式人工濕地系統(tǒng)填料之間的空隙大，植物根系與水體養(yǎng)分接觸的面積要較表流式人工濕地廣，因此對于營養(yǎng)需求旺盛、植株生物量大、一年有數(shù)個萌發(fā)高峰的植物如香蒲、菖蒲、水蔥、水莎草等植物適宜栽種于潛流濕地；而對于營養(yǎng)生長與生殖生長并存，生長緩慢，一年只有一個萌發(fā)高峰期的一些植物如蘆葦、茭草等則配置于表面流濕地系統(tǒng)。
    2.4 適應力分析
    一般高濃度污水主要集中在濕地工藝的前端部分。因此前端工藝部分一般選擇耐污染能力強的植物，末端工藝由于污水濃度降低，可以考慮植物景觀效果。

表5—3 水平表面流——潛流復合型濕地植物選擇及搭配表

植物類型	水平表面流型	潛流型	備注
漂浮植物	水葫蘆、浮萍	水葫蘆	少量
根莖、球莖	睡蓮、荷花	/	/
挺水植物	蘆葦、美人蕉、燈心草	蘆葦、菖蒲、水蔥、紙莎草	主要植被
沉水植物	/	/	/

（3）、植被選擇投資分析

本項目采用水平表面流——潛流復合型濕地系統(tǒng)，植被包括漂浮植物、根莖、球莖、挺水植物等，其中以挺水植物為主；植物種類包括水葫蘆、浮萍、蘆葦、睡蓮、荷花、蘆葦、美人蕉、燈心草、菖蒲、水蔥、紙莎草等；其分配及投資分析如表5—4：

表5—4 水平表面流——潛流復合型濕地植物分配及投資分析表

植物	水葫蘆	睡蓮	荷花	蘆葦	美人蕉	燈心草	紙莎草	菖蒲	水蔥
數(shù)量（苗）	8萬	2萬	2萬	10萬	4萬	10萬	1萬	1萬	1萬
單位價格	0.05	5.0	3.0	0.35	0.9	0.25	0.6	0.3	0.3
合計（萬）	0.4	10	6	3.5	3.6	2.5	0.6	0.3	0.3