生活污水人工湿地设计方案概要.doc

内容来自:水艺网 -生活污水人工湿地设计方案(初稿人工湿地的净化机理:对 SS :湿地系统成熟后,填料外表与植物根系将由于大量微生物的生长而 形成生物膜。废水流经生物膜时,大量的 SS 被填料与植物根系阻挡截留。 对有机物:有机污染物通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被除去。 对 N 、 P :湿地系统中因植物根系对氧的传递释放,使其周围的环境中依次 出现好氧、 缺氧、 厌氧状态, 保证了废水中的氮磷不仅能通过植物与微生物作为 营养吸收, 而且还可以通过硝化、 反硝化作用将其除去, 最后湿地系统更换填料 或收割栽种植物将污染物最终除去。一、污水水质(一、作为生活污水处理的主体工程。按照城镇生活污水水质一般范围,可认为东升镇生活污水水质状况如下: COD 250 350mg/l(工程取中间值 300 mg/l, 需监测核实 ; BOD 150-250 mg/l (取中间值 200 mg/l; SS 200-300 mg/l(工程取中间值 250 mg/l ; NH3 N 30-40 mg/l(取中间值 35 mg/l, P 8-10mg/l(取最大值 10 mg/l;水量按照 5000m 3/d设计。(二、作为生活污水处理厂的后续工程。一般镇区均需要建立二级污水处理厂, 按照城镇污水处理厂的出水标准, 如 东升镇二级污水处理厂达标排放, 那么污水处理厂出水应执行广东省 水污染排放 限值 (DB4426-2001中第二时段中的二级标准:COD 60mg/l; BOD 30 mg/l; SS 30 mg/l; NH3 N 15mg/l, P 1mg/l;水量按照 5000m 3/d设计;作为生活污水 处理厂的后续工程, 人工湿地的处理压力要小得多, 且水平潜流式人工湿地对氨 氮的处理效果不如垂直流人工湿地,本工程暂不深入分析此项。二、出水要求东升镇生活污水最终出水预计进入北部排灌渠, 按照 中山市水环境功能区 水质保护规定(中府1997115号的功能区划,该渠符合地表水环境质 量标准 (GB3838-2002中类水体要求,因此人工湿地出水应执行广东省水 污染排放限值 (DB4426-2001中第二时段中的二级标准;为:COD 100mg/l; BOD 30 mg/l; SS 30 mg/l; NH3 N 15 mg/l, P 1 mg/l。三、处理效率东升镇 (拟 采取以挺水植物系统为住的潜流湿地类型, 根据大量的实验数 据说明, 在正常情况下, 潜流型人工湿地污染去除率为:COD>80%; BOD 85-95%,可到达 10 mg/l; SS <20mg/l; NH3 N>60%, P>90%,农药及细菌 >90%。 因此 东升镇生活污水流经人工湿地后, 其水质为:COD<72mg/l; BOD <20 mg/l; SS <20mg/l; NH3 N <14 mg/l, P 1 mg/l,符合广东省水污染排放限值 (DB4426-2001中第二时段中的二级标准。四、处理工艺考虑到生活污水中的污染物浓度普遍不高, 预处理可不设稳定塘, 只设格栅 间、集水井;因 SS 浓度相对高,为防止发生堵塞,可置多孔管与三角堰,并定 期取出填料清洗,可有效防止堵塞;工艺流程如下:进水 -格栅间 -集水井 -三角堰 -多孔管 -提升泵 -水平式外表流湿地 -水 平潜流式湿地 -出水五、参数设计(一 、多孔管根本参数多孔管可采用管式五孔管(25×5/76,单孔孔径 25mm ,有效孔径 76mm , 可有效防止堵塞。(二、集水井根本参数集水井设计规模为 5000m 3/d,约折合 208.3m 3/h,按水力停留时间 HRT 为 1.5h 计,集水井容积应为 312.5 m3,考虑到集水井进水口应高于地面 20 50cm , 集水井初步设计为 L×B ×H=10m×8m ×5m。(三、泵参数型号 125-230C ,流量 237.6m 3/h,两台,一用一备。扬程 7.3m,转速 1480(r/min, 功率 11KW ,效率 74%,工作时间 24h/d。(四、人工湿地根本参数1、湿地外表积的预计计算公式:As=(Q×(lnCo -lnCe /(Kt×d×n其中 As 为湿地面积(m2Q为流量(m3/d,假定流量为 5000 m3/d。Co为进水 BOD (mg/l,假定进水 BOD 为 200mg/l。Ce为出水 BOD (mg/l,假定出水 BOD 为 20mg/l。Kt为与温度相关的速率常数, Kt =1.014×(1.06(T -20, T 假定为 25,那么 Kt=1.357。d为介质床的深度,一般从 60-200cm 不等,大都取 100-150cm ,工程取 120cm 。n为介质的孔隙度,一般从 10-40%不等。表 5 1 人工湿地面积计算表孔隙度 10% 20% 30% 40%湿地面积(m2 70701 35351 23567 17675可见,填料床孔隙度的大小对人工湿地面积的影响较大。一般工程预计介 质的孔隙度为 30%,那么人工湿地面积约为 23567 m2,其中,水平湿地面积为 20217m2,垂流式湿地面积为 3400 m2,2、水力停留时间计算计算公式:t=v×/Q其中 t:水力停留时间(d v:池子的容积(m3,容积为 V=23567 m2×1.2m=28202.4 m3,:湿地孔隙度,湿地中填料的空隙所占池子容积的比值,需实验测定;本工程 按 30%计,Q :平均流量(m3/d,假定流量为 5000 m3/d。那么:水力停留时间(d =1.697d=40.7h。3、水力负荷计算计算公式:HLR=Q/AsQ=5000 m3/d。As=23567 m2。那么 HLR=0.2122m3/ m2.d。4、水力管道计算计算公式 V =R2×S=Q/tV :流量R :管径Q :总流量, Q=5000 m3/d。t :停留时间, t=1.697d=40.7h。可以计算出 R=0.1474m,可用 D30的水利砼管管道,也可以用 D30的不锈钢 管。5、平面设计(1水平潜流湿地水平外表流湿地一般长宽比约为 10:1,而水平湿地面积约为 20217 m2, As1=L×B=10B×B=20217 m2, B=44.91m,取 45m ; L 约等于 449.1m ,取 450m , As1=L×B=450m×45m。(2潜流湿地潜流湿地面积约为 3400 m2,可用下式计算:AS2 = Q×(ln C0ln Ce / ( Kt×Dn但由于整个湿地系统是按照整体计算, 无法用 BOD 的初始浓度与出水浓度单 独进展计算,潜流湿地床长度过长 , 易造成湿地床中的死区 , 且使水位难于调节 , 不利于植物的栽培, L:B一般控制在 1 3之间 , 为便于管理,潜流湿地最好与水 平流湿地同宽,因此 B=45m;那么 L=75.6m,取 80m ,As2=L×B=80×45=3600 m2。6、构造设计(1进出水系统的布置:湿地床的进水系统应保证配水的均匀性, 一般采用多孔管与三角堰等配水装 置。进水管应比湿地床高出 0.5m 。湿地的出水系统一般根据对床中水位调节的 要求, 出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管, 并设置旋转弯头与控 制阀门以调节床内的水位。(2填料的使用:水平外表流湿地床由两层组成, 表层土层, 厚 0.4m , 砾石层铺设厚度 0.2m , 总厚度 0.6m ;潜流湿地床由三层组成表层土层、中层砾石、下层小豆石 (碎石 , 钙含量在 22.5kg/100kg为好;土层 0.4m ,砾石层铺设厚度 0.5m 。下层铺设厚 度 0.3m ,总厚度 1.2m ,人工湿地填料主要组成、厚度及粒径分布见表 5 2:人 工湿地填料分析表(3 潜流式湿地床的水位控制:床中水面浸没植物根系的深度应尽可能均匀。 表 5 2 人工湿地填料分析表填料层 水平外表流湿地 潜流湿地土壤层 石英砂,厚 0.4m ,粒径 2 6mm 石英砂,厚 0.4m ,粒径 2 6mm中间层 砾石,厚 0.2m ,粒径 5 8mm 砾石,厚 0.5m ,粒径 5 8mm底层 / 碎石,厚 0.3m ,粒径 8 10mm7、植被选择1.1 植物在具有良好的生态适应能力与生态营建功能;筛选净化能力强、 抗逆性相仿 , 而生长量较小的植物 , 减少管理上尤其是对植 物体后处理上的许多困难。一般应选用当地或本地区天然湿地中存在的植物。 1.2 植物具有很强的生命力与旺盛的生长势; 抗冻、抗热能力抗病虫害能力对周围环境的适应能力1.3 所引种的植物必须具有较强的耐污染能力;水生植物对污水中的 BOD5CODTNTP 主要是靠附着生长在根区外表及附近 的微生物去除的,因此应选择根系比拟兴旺,对污水承受能力强的水生植物。 1.4 植物的年生长期长人工湿地处理系统中常会出现因冬季植物枯萎死亡或生长休眠而导致功能 下降的现象,因此,应着重选用常绿冬季生长旺盛的水生植物类型。1.5 所选择的植物将不对当地的生态环境构成威胁,具有生态平安性; 1.6具有一定的经济效益、文化价值、景观效益与综合利用价值。由于所处理的污水不含有毒、有害成分 , 可以考虑其综合利用。漂浮植物中常用作人工湿地系统处理的有水葫芦、大薸、水芹菜、李氏禾、 浮萍、水蕹菜、豆瓣菜等。2.1.2根茎、球茎及种子植物沉水植物一般原生于水质清洁的环境, 其生长对水质要求比拟高, 因此沉水植物只能用作人工湿地系统中最后的强化稳定植物加以应用，以提高出水水质。 2.2 原生环境分析 根据植物的原生环境分析， 原生于实土环境的植物如美人蕉、 芦苇、 灯心草、 旱伞竹、皇竹草、芦竹、薏米等，其根系生长有向土性，可配置于外表流湿地系 统与潜流湿地土壤中；如水葱、野茭、山姜、藨草、香蒲、菖蒲等，由于其生长 已经适应了无土环境，因此更适宜配置于潜流式人工湿地。 2.3 养分需求分析 根据植物对养分的需求情况分析， 由于潜流式人工湿地系统填料之间的空隙 大， 植物根系与水体养分接触的面积要较表流式人工湿地广，因此对于营养需求 旺盛、植株生物量大、一年有数个萌发顶峰的植物如香蒲、菖蒲、水葱、水莎草 等植物适宜栽种于潜流湿地；而对于营养生长与生殖生长并存，生长缓慢，一年 只有一个萌发顶峰期的一些植物如芦苇、茭草等那么配置于外表流湿地系统。 2.4 适应力分析 一般高浓度污水主要集中在湿地工艺的前端局部。 因此前端工艺局部一般选 择耐污染能力强的植物，末端工艺由于污水浓度降低，可以考虑植物景观效果。 表 53 水平外表流潜流复合型湿地植物选择及搭配表 植物类型 水平外表流型 潜流型 备注 漂浮植物 水葫芦、浮萍 水葫芦 少量 根茎、球茎 睡莲、荷花 / / 挺水植物 芦苇、美人蕉、灯心草 芦苇、菖蒲、水葱、纸莎草 主要植被 沉水植物 / / / 3、植被选择投资分析 本工程采用水平外表流潜流复合型湿地系统， 植被包括漂浮植物、 根茎、 球茎、挺水植物等 ，其中以挺水植物为主；植物种类包括水葫芦、浮萍、芦苇、 睡莲、荷花、芦苇、美人蕉、灯心草、菖蒲、水葱、纸莎草等；其分配及投资分 析如表 54： 表 54 水平外表流潜流复合型湿地植物分配及投资分析表 植物 水葫芦 睡莲 荷花 芦苇 美人蕉 灯心草 纸莎草 菖蒲 水葱 数量苗 8 万 2 万 2 万 10 万 4 万 10 万 1 万 1 万 1 万 单位价格 0.05 5.0 3.0 0.35 0.9 0.25 0.6 0.3 0.3 合计万 0.4 10 6 3.5 3.6 2.5 0.6 0.3 0.3 由以上可以看出，湿地植被需投资 27.2 万左右浮萍可就地获得，未计入 总本钱。 六、管理及劳动定员 一、管理重点 1、配水问题，潜流方便； 2、潜流湿地考虑砌隔墙，使流态接近理想推流； 3、通风问题； 4、回流，各个构筑物最好能设回流管，以免检修时能排空池体中的水； 5、污水管没有 90 度弯头，用 45 度斜管接，污水里面杂质多，以让污水排 的更流畅； 6、及时清洗填料，严格防止潜流堵塞； 7、及时收割填料上的植被。 二、劳动定员 由于人工湿地相对污水处理厂管理方便，运营本钱大幅度下降，劳动定员可 初定为 3 人1000 元/月.人即可。 七、工程数量 挖方：Q11=L×B×H=450m×45m×0.9m+80m×45m×1.5m=23625 m3； 填方：Q12 =80m×45m×1.2m+450m×45m×0.6m=16470 m3； 道路 Q13=L×B×H=530×2+45×2m×6m×0.4m=2760 m3； 集水井 Q14=L×B×H=10m×8m×5m=400 m3； 出水井 Q15=L×B×H=10m×8m×4m=320m3； 基质混凝土：Q16 =L×B×H=530m×45m×0.3m=7155 m3； 工程量为 Q=Q11+ Q12+ Q13+ Q14+ Q15 =43575 m3；Q16 为底层基质防渗 层。 八、主要经济指标 工程总投资 448.6 万元，其组成如下： 植被： 27.2 万； 土方： 43575 m3×40 元/立方计机械=174.3 万； 基质混凝土: 7155 m3×200 元/ m3=143.1 万； 设备安装及人工： 174.3+143.1×25%=79.4 万； 运输费用： 174.3+143.1+27.2×1%=3.4 万； 工程管理费用： 174.3+143.1+27.2+3.4+79.4×2.5%=10.6 万； 不可预见费用： 174.3+143.1+27.2+3.4+79.4×2.5%=10.6 万. 由以上可以得知： 人工湿地单位水量投资 897.2 元/ m3 单位水用电量 0.0528 千瓦时/ m3 单位水量正常运营本钱 0.0628 元/立方=0.0428 元/ m3+0.02 元/ m3 第 11 页