人工湿地设计参数
人工湿地设计 ppt课件
5.人工湿地运行过程中进水的预处理过程
2020/9/2
6.人工湿地常见故障及解决措施
气候温度条件变化
夏季，温度较高，植物生长较快， 生物量增加，湿地净化功能较强， 秋冬季：植物枯萎后，吸收速度较 慢，是污染物去除效率降低。
一是湿地冬季保温方法，如植物 覆盖法，就是将植物的地上部分分 割去就地覆盖；
植被的选择
芦苇
菖蒲
香蒲
鸢尾
美人蕉
富贵竹
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凤眼莲
浮萍/浮莲
槐叶萍
水鳖
灯心草
香蒲
菖蒲
矮化美人蕉
茭白
黄花鸢尾
3.人工湿地结构设计步骤
微生物接种
人工湿地系统中的微生物主 要去除污水中的有机质和N，某 些难降解的有机物质和有毒物 质需要运用微生物的诱发变异 特性，培育驯化适宜吸收和消 化这些有机物质和有毒物质的 优势细菌，进行降解。
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2.人工湿地基本参数
（5）床体结构参数
2020/9/2
3.人工湿地结构设计步骤
防渗设计
1 水泥砂浆或混凝土防渗：
砖砌或毛石砌后底面和侧壁用防水水泥砂浆防渗处理， 或采用混凝土底面和侧壁
保 护
2 塑料薄膜防渗： 薄膜厚度宜大于1.0mm，两边衬垫土工布，以降低植物
地
根系和紫外线对薄膜的影响。
驯化接种优势菌种有假单 胞杆菌属Pseudomonas、产碱 杆菌属Alcaligens 和黄杆菌属 Flavobacterium以及硝化细菌和 反硝化细菌。一般接种活性污泥，
配置一定浓度的营养物质，使得 微生物在人工湿地中迅速生长， 繁殖
2020/9/2
2020/9/2
5.人工湿地运行过程中进水的预处理过程
人工湿地出水指标
人工湿地出水指标
人工湿地出水指标包括：
1. BOD5、COD 、氨氮等基本指标应达到一级A类标准。
这对于流量不大的水体或者整治后的河段通常会采用这一标准，但对于流量较大的河流可能会出现治理效果不理想的情况。
2. 透明度。
一般来说，水质好的时候，透明度就高。
但是同时也要注意藻类的生长和水草的生长情况。
在人工湿地中一般要求不大于3cm,而且要能观察到水流经过的水层不能有浮泥和漂浮的杂物。
3. pH值：根据不同植物喜酸程度来调节，喜酸的植物如杜鹃花等适宜的PH值为6—7左右。
酸性重的区域则可以根据实际需求再添加一些生石灰之类的物质调整。
ph值控制最适范围是7左右，偏碱性条件下人工湿地的净水效果较好且稳定。
综上所述，设计人工湿地时需要根据具体情况设定合理的排放标准及处理工艺流程，确保污水能够得到有效净化并达标排放。
人工湿地设计方案
人工湿地设计方案1 处理工艺1.1 处理工艺流程框图1.2 本方案水处理工艺流程说明本方案预设污水氨氮含量较高，脱氮处理中反硝化作用阶段前充分的硝化作用是非常必要的，因此在人工湿地前端设置好氧生物塘，增强氮素的转化率。
为提高组合工艺整体的脱氮效率，考虑将垂直流人工湿地放在组合工艺前端，有利于提高湿地系统的输氧能力，从而提高硝化作用的脱氮效率。
好氧生物塘的出水先后进入垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地组合成的复合潜流人工湿地系统，这样利用植物吸收、微生物降解、填料过滤吸附等作用去除污水中的污染物，最后达标排放。
相对于其他处理技术，人工湿地具有投资省、效率高、维护简单等优点，对于农村生活污水、农业面源污染，是一种较好的处理技术。
1.3 方案各处理单元功能描述（1）好氧生物塘用于去除原污水中悬浮物及大颗粒杂物，可以防止垂直流人工湿地的堵塞，保护后续人工湿地的运行稳定。
利用太阳能曝气增氧，提高水中的溶解氧，促进氨氮的氧化作用，进而充分的硝化作用，使脱氮处理中反硝化作用阶段可以充分反应，提高了脱氮效率，减轻后续人工湿地的治理负荷。
（2）人工湿地人工湿地综合了物理、化学和生物的三种作用对污水进行进一步的处理。
系统成熟后，特种填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。
污水流经生物膜时，残余的SS被填料和植物根系有机截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。
同时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呈现出好氧、厌氧和缺氧状态，保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除。
老化的微生物作为肥料被植物吸收。
人工湿地可按污水在湿地床中流动的方式不同而分为两种类型：表面流人工湿地（SFW）和潜流型人工湿地（SSFW）。
潜流型人工湿地又包括水平潜流人工湿地（SFS）和垂直潜流人工湿地（VCW）。
人工湿地设计基本参数
人工湿地基本参数1、湿地表面积的预汁计算公式:As=(QX (lnCo-lnCe))/(KtXdXn)其中As为湿地面积(m2)Q为流量(m3/d),假定流量为5000 m3/doCo为进水B0D(mg./l),假定进水B0D为200mg/loCe为出水B0D(mg/l),假定出水B0D为20mg/l。
Kt为与温度相关的速率常数,Kt=l. 014X (1. 06) (T-20), T假定为25,则Kt=l. 357。
d为介质床的深度,一般从60-200cm不等,大都取100-150cm,项目取120cm。
n为介质的孔隙度,一般从10-40%不等。
表3—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。
一般项H预计介质的孔隙度为30%,则人工湿地面积约为23567 m2,其中，水平湿地面积为2016 7m2,垂流式湿地面积为3400 m2,2、水力停留时间计算计算公式：t=vX e /Q其中t：水力停留时间(d)v:池子的容积(m3),容积为V二23367 m2X 1. 2m二28202. 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;本项U 按30%计,Q:平均流量(m3/d),假定流量为3000 m3/d。
则:水力停留时间(d)=l. 697d二40. 7ho3、水力负荷计算计算公式:HLR二Q/AsQ二5000 m3/doAs二23567 m2o则HLR二0. 2122m3/ m2, do4、水力管道计算计算公式V二JIR2XS二Q/tV漩量R:管径S：流速,0. 5m/sQ:总流量,Q=5000 m3/dot:停留时间,t=l. 697d=40. 7ho可以计算出R二0. 1474m,可用D30的水利栓管管道，也可以用D30的不锈钢管。
人工湿地设计规范
人工湿地设计规范1总则≤2000m3/日处理水量，城市污水处理厂尾水处理时规模≤10000m3/日处理水量。
2术语人工湿地是人们模拟天然湿地系统结构和功能而建造的、可控制运行的湿地系统，用以对受污染水进行处理的一种工艺，由围护结构、人工介质、水生植物等部分构成。
当水进入人工湿地时，其污染物被床体吸附、过滤、分解而达到水质净化作用。
人工湿地分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。
指水在人工湿地介质层表面流动，依靠表层介质、植物根茎的拦截及其上的生物膜降解作用，使水净化的人工湿地。
subsurfacehorizontalflowconstructedwetlands指水从人工湿地池体一端进入，水平流经人工湿地介质，通过介质的拦截、植物根部及生物膜的降解作用，使水净化的人工湿地。
指水从人工湿地表面垂直流过人工湿地介质床而从底部排出，或从人工湿地底部进入垂直流向介质表层并排出，使水得以净化的人工湿地。
垂直流人工湿地分单向垂直流人工湿地和复合垂直流人工湿地两种。
指人工湿地充填介质中，存在于介质间的孔隙体积占全部体积的百分比。
指水在人工湿地内的平均停留时间。
指一定人工湿地表面积中，单位时间内去除的污染物数量。
指一定人工湿地表面中，单位时间内通过的水体积。
指水在人工湿地内，沿水流方向单位渗流路程长度上的水位下降值。
3人工湿地处理工艺设计3.1处理设施选址与总体布置1宜靠近自然水体、市政排污管道的排放点或便于处理后回用的地点;2在城市、居住区处理站内宜在夏季主导风向的下风侧，应与建筑保持一定距离，并用绿化带与建筑物隔开;3居住区内处理站宜设置在绿地、停车坪及室外空地;农村地区宜设置在地势相对较低的荒地处;4处理设施与生活供水泵站及其清水池水平距离应不得小于10m;5处理设施地点应便于施工、维护和管理等。
1主要车行道的宽度:单车道为3.5~4.0m，双车道为6.0~7.0m，并应有回车道;2车行道的转弯半径宜为6.0~10.0m;3人行道的宽度宜为1.5~2.0m。
人工湿地系统设计
人工湿地系统设计人工湿地（Constructed Wetland, CW）是指通过人工手段模拟湿地自然环境和生物过程，利用湿地植物和微生物群落等生物活动，处理城市污水、农村污水和工业废水等水体的一种水处理方法。
相比传统的化学方法和机械法，人工湿地系统具有效果好、工艺简单、经济性好、环保性强的优点，在城市污水处理和水资源管理中有广泛应用。
1.选择适当的湿地类型：湿地类型包括自由水面流式湿地、水平流湿地和垂直流湿地等。
选择适当的湿地类型要考虑到处理水体的性质、水质目标和项目财力等因素。
2.设计适当的湿地尺寸：湿地面积和深度是湿地系统设计中的关键参数。
湿地面积要根据处理水体的流量和负荷来确定，一般采用最大日流量的1.2倍作为设计流量。
湿地深度一般为0.3-1.0米，需要根据不同湿地类型和处理水体的不同污染物浓度来确定。
3.选择适宜的湿地植物：湿地植物是人工湿地系统中的关键组成部分，可以吸收、转化和降解水中的有机物和无机物质，同时为微生物提供生境。
选择适宜的湿地植物要考虑到其耐短暂淹没、耐盐碱和抗病虫害等特性，一般选择芦苇、蒲草和菖蒲等湿地植物。
4.设计适当的湿地流态：湿地流态是指水体在湿地中的流动方式，包括自由水面流动、水平流动和垂直流动。
自由水面流动适用于水质较好的情况下，水平流动适用于水质中等的情况下，垂直流动适用于水质较差的情况下。
根据处理水体的水质要求和能源消耗等方面的考虑，选择适当的湿地流态。
5.设计适当的湿地进水与出水方式：湿地的进水和出水方式对于处理效果和工艺运行都有很大影响。
进水方式可以选择表面进水或底部进水，根据处理水体的水质目标和湿地自洁能力来确定。
出水方式可以选择自由出水或收集出水，根据处理水体的营养盐排放标准和后续处理工艺考虑。
6.设计适当的湿地监测与维护：湿地系统设计完成后，需要进行监测和维护，确保系统能够持续有效地运行。
湿地监测包括水质监测和植物监测，水质监测通过监测处理水体的污染物浓度和水质指标来评估系统的处理效果；植物监测通过观察植物生长情况和植物对污染物的吸收转化能力来评估系统的生物群落健康状况。
人工湿地工程设计参数及工作流程
低扬程水泵，通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。
3、阶梯进水可减轻单元前端的负荷，使前端填料的负荷均匀，避免处理床前部堵塞；
4、复合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至填料床的中部，以减轻填料床前端的负荷。
一、人工湿地概述
1.5.2 人工湿地工艺流程
人工湿地工艺流程应根据污水特征、出水水质要求等因素进行确定。当来水污水为生活污水或类似污 水时，应先经过预处理设施后再进湿地单元；当人工湿地用于深度微污染水时则无需做预处理。工艺流程 简图如下 ：
1.4 人工湿地的基本类型
布水渠 阀门井
布水区填料
水生植物 生态填料 防渗膜保护层（粗砂）
防渗膜 基础夯实
集水区填料 可调出水口 集水渠
水平流潜流湿地
一、人工湿地概述
1.4 人工湿地的基本类型
布水渠 阀门井
水生植物 生态填料 布水管 防渗膜保护层（粗砂） 防渗层 基础夯实
集水渠
上行潜流湿地
一、人工湿地概述
一、人工湿地概述
1.1 湿地的定义
《湿地公约》对湿地的定义为“湿地指不问其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或 水域地带，带有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6米的水域。潮湿 或浅积水地带发育成水生生物群和水成土壤的地理综合体。是陆地、流水、静水、河口、和海洋系统中各 种沼生、湿生区域的总称。”
生活污水
预处理
人工湿地单元
后处理
达标排放或回用
微污染水
人工湿地单元
后处理
达标排放或回用
预处理设施
（1）格栅池 格栅池中宜设置粗、细两道，以拦截较大体积的杂质，防止堵塞布水口。
（2）沉砂池 来水SS 含量较大时，宜设沉淀池（也可采用表流湿地的形式）以保护管道、阀门等设施免受阻塞， 为保证沉沙效果，沉砂池中水平流速宜≤0.1m/s。
人工湿地计算书
人工湿地计算书1、尾水提升泵房集水池基本参数集水池设计规模为30000m3/d，约折合1250m3/h，按水力停留时间HRT为0.25 h计，集水井有效容积应为312.5 m3，考虑到与污水厂原有排污管道相契合，集水设计尺寸为：L×B×H=15m×9m×5.7m，有效容积L×B×H=15m×9m×2.5m=337.5m3。
2、尾水提升泵泵参数流量420m3/h；五台，四用一备；扬程15m；功率30KW；效率74%，工作时间24h/d。
3、跌水复氧区跌水复氧区分为跌水坝，受水池两部分。
跌水坝设计跌水高度为1.6m，采用二级跌水；采用堰式出水，布水槽单宽流量取48m3/(h·m)，则布水槽长度为35m，整个跌水坝占地面积约100m2。
设置受水池1座，池深1.5米，占地面积约890m2。
另外在受水池出水端设置拦水坝1座，受水池出水从拦水坝顶部漫流分别进入潜流人工湿地和人工溪流。
为防止冬季来水中热量大量损失，该工程如进入冬季运行，拟设置超越管路，将跌水坝超越，尾水提升泵房来水直接进入受水池内。
4、人工湿地基本参数本项目主体处理单元分为潜流湿地区、人工溪流及人工湖、表流湿地、氧化塘四个区域，为便于设计计算，所有处理单元均按处理效率折算为表流湿地进行计算，折算系数k如下。
表8、折算系数取值表4.1、理论人工湿地面积计算计算公式：A L=[Q×（C0－C1）×10-3]/q os×10-4其中A L为理论人工湿地面积（m2）Q为流量（m3/d），设流量为30000 m3/d。
C o为进水BOD（mg/l），设定进水BOD为20mg/l。
C1为出水BOD（mg/l），设出水BOD为10mg/l。
q os为表面有机负荷（kg/hm2·d），本项目取30kg/hm2·d（设计范围为15 kg/hm2·d-50 kg/hm2）经计算，理论人工湿地面积A L=100000m24.2、各单元有效面积计算潜流湿地：本项目潜流湿地面积为固定值A1=4500m2（受公园内地形限制），折合成理论湿地面积为：A L1=4A1=18000m2人工溪流及人工湖：本项目人工溪流及人工湖面积为固定值A2=33770m2（满足公园水体面积要求），折合成理论湿地面积为：A L2=0.5A2=16885m2表流湿地：由于表流湿地和氧化塘的折算系数相同，故无需计算各自占地面积，根据现有场地地形条件，可令表流湿地与氧化塘占地面积相同。
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.2 人工湿地污水处理技术设计原理
5.2.1 人工湿地设计内容[46]
（1）确定详细的废水流速，污染物负荷及期望的处理效果。
（2）优化区域结构，进出水区域结构要利于水控制、水循环和分配等。
（3）处理单元的接连水渠构造根据情况选择串联或者并联。
（4）改变处理单元内部及不同处理单元之间的深度，以利于更好的分配水流、形成多样性环境及有利于污染物的去除。
（5）制定湿地植物的选择方案、种植密度、种植方式等。
（6）制定良好的运行维护计划，以便后续的维护管理。
5.2.2 人工湿地设计参数
人工湿地的设计因素会影响到其运行效果，主要的设计参数包括湿地尺寸参数、水力参数和构造参数三类。
其中，湿地尺寸参数主要包括湿地长宽比、面积、深度等；水力参数主要包括水力停留时间、表面负荷率、水力坡度、水动力弥散系数等；构造参数主要包括填料种类、渗透性、植物选种等。
5.2.2.1 水力停留时间（Hydraulic Retention Time ,HRT）
人工湿地水力停留时间是指污水在湿地内部平均驻留时间，是人工湿地处理系统最重要的参数之一，它影响系统的除氮除磷效果，水利停留时间越长，对氮磷的去除效果越好。
理论上的HRT可按照下列公式计算：t = V ×ε / Q ，其中，V是人工湿地基质在自然状态下的体积，m³；ε是孔隙率，%；Q是人工湿地设计水量，m³/d。
但是在实际运行中，随着孔隙率的变化，水力停留时间通常为理论值的40%~80%。
通常情况下，表面流人工湿地2天左右即可在沉降区去除大约80%的总悬浮物。
英国环境署对表面流人工湿地的好氧反应区研究表明，水力停留达到2d以上后，各类藻类开始生长，引起pH变化，促进植物生长，促进氨氮的挥发，磷的沉降，不过为了防止水华，HRT限制在3~4天左右。
Kadlec 则认为，在人工湿地的植物净化区域，1~2天即可去除90%的NO2-N，也就是说2~3天的时间可保证反硝化的进行[47]。
Dierverg则在潜流系统中证实了潜流人工湿地的厌氧区域适合系统的反硝化作用，在HRT为2~4天时候，发生强烈的反硝化脱氮[48]。
我国环保部的人工湿地处理工程技术规范也指出表面流人工湿地的停留时间4~8天为宜，潜流人工湿地1~3天为佳。
5.2.2.2 表面负荷率
表面负荷率（ALR）指单位面积人工湿地对污染物所能承受的最大负荷。
根据美国国家环保局资料[49]，在设计过程中，利用表面负荷率可以计算湿地面积，公式如下：
As = (Q) (Co) / ALR ，其中，As为人工湿地面积，Q为进水量，Co为污染物浓度。
5.2.2.3 水力坡度
水力坡度是指污水在人工湿地内沿水流方向单位渗流路程长度上的水位下降值。
可按照如下计算，i =ΔH / L ×100% 。
其中，i为水力坡度，ΔH为污水在人工湿地内渗流路程长度上的水位下降值，L污水在人工湿地内渗流路程的水平距离。
水力坡度也是人工湿地重要的影响因素之一，可以防止湿地内部发生回水，进水产生滞留阻塞等问题。
有研究者建议，表面流人工湿地的水力坡度取0.5%以内，潜流人工湿地取1%[50]。
根据经验表明，水力坡度这一参数，往往还需要根据基质性质及湿地的尺寸设计进行调整，例如，砾石为基质的人工湿地的水力坡度一般取2%为宜。
5.2.2.4 表面有机负荷
表面有机负荷值每平方米人工湿地在单位时间内去除的五日生化需氧量。
可按照如下公式计算，q os = Q ×（C0– C 1）×10-3/ A ，其中，q os表面有机负荷，kg/(㎡/d)；Q为人工湿地设计水量，m³/d；C0为人工湿地进水BOD5浓度，mg/L；A为人工湿地面积，㎡。
5.2.2.5 湿地尺寸
人工湿地的面积应该按照五日生化需氧量表面有机负荷来确定，长度可按照L = As / W 来计算，宽度可根据达西定律和一些相关数据来算，W=Q·As / K·dh·Dw 。
经验表面，人工湿地处理单元长度一般为20-50米。
过长，容易形成死区，水位也不容易调节，影响植物生长和处理效果。
潜流人工湿地的大部分BOD及悬浮物都在进水区前几米的区域内去除，因此也有研究者建议潜流湿地长度控制在12~30米之间[51]。
我国国家环保部人工湿地处理工程技术规范中，将潜流人工湿地单元的长宽比宜控制在3:1以下；表面流人工湿地控制在3:1~5:1，当区域受限，长宽比＞10:1时候，需要计算死水曲线。
5.2.2.6 湿地系统反应动力学
人工湿地中有机物的降解，硝化作用，吸附作用等通常遵循一阶动力学方程
[52]
C e / C o = e-K T t，
其中，Co为进水BOD平均浓度，mg/L；Ce为出水BOD平均浓度，mg/L,K T 为T温度下的一阶反应速率常数，day-1；t为水力停留时间，day。
5.2.3 人工湿地设计步骤（6—71）
（1）选择植物种类，确定床体及水的深度。
（2）确定水力坡度，一般不超过1%。
（3）选择基质，对于潜流人工湿地，还应确定水利传导率和孔隙率。
（4）根据Q=A c K x S，确定人工湿地断面面积。
其中，A c为断面面积，㎡；K x为基质的水力传导率，m/day；S为水力坡度。
（5）根据公式W=Ac / D= Q / KsSD，确定湿地的宽度。
（6）根据k T = k20θ20（T-20），计算速率常数。
其中，k20θ20分别是20℃时的速率常数和其温度系数。
（7）根据水力负荷，确定湿地系统的表面积公式：
其中，η为基质的孔隙率，%。
（8）根据表面积确定湿地的长度L。
对于简单的水平潜流系统，也可以用下面公式（6—50）
其中，Q d为废水的平均流量，m³/d，k BOD为反应速率常数，m/d，在二级废水处理中为0.06；在三级废水处理中，为0.31。