人工湿地设计手册(美国EPA)精编版
人工湿地设计
布水与集水方式
垂直流人工湿地结构简图
2019/8/5
3.人工湿地结构设计步骤
布水与集水方式
垂直流人工湿地结构布水
2019/8/5
3.人工湿地结构设计步骤
布水与集水方式
垂直流人工湿地结构布水
2019/8/5
3.人工湿地结构设计步骤
通气孔
作用：
向系统内部充氧，并保证 池内气体排出，防止产生臭味。 常设置在填料层底部，与排水 管，穿水管连接。
2019/8/5
定期的进行人工湿地的维护， 包括清洗基质，换基质，收割植 物，给系统富氧等等
国内人工湿地应用实例
• 以处理污水量60000m3/d计，在建造污水处理厂前对各种处理流程进 行了经济技术比较。
工程名称
特点
工程投 运行费用 处理成本 耗电量 占地面 资(亿元) (万元/a) (元/m3 ) (kw.h)/m 3 积(hm2 )
AB法
有效去除有机物，对N,P去 除率高
0.73
876
0.4
0.36
14
氧化沟
有效去除有机物，N,P去除 率高Fra bibliotek0.58
700
0.32
0.33
22
传统活性污 有效去除有机物，N,P去除
泥法
率低
0.66
788
0.36
0.40
14
芦苇湿地法
有效去除有机物，对N,P去 除效果较好，占地面积大
0.21
164
0.08
2019/8/5
5.人工湿地运行过程中进水的预处理过程
生物接触氧化组合工艺介绍 预处理措施中核心技术多为生物接触氧化组合工艺，大幅度降低来水中 有机物含量，减少了人工湿地系统处理负荷，避免了湿地易堵塞的现象， 延长了湿地运行时间，可以使污水达到相关排放标准。
人工湿地设计规范
人工湿地设计规范1总则33≤2000m/日处理水量。
日处理水量，城市污水处理厂尾水处理时规模≤10000m /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;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1．2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。
人工湿地设计技术参数
人工湿地设计主要技术参数一、主要参数1、设计水量：Q总：40000m³/d，Q时=40000÷24=1667m³/h（取近似均匀流入人工湿地）2、进出水质：二、设计说明1、工艺流程：原水→沉砂池→1级生物塘→1级水平潜流人工湿地→2级水平潜流人工湿地→2级生物塘→3级水平潜流人工湿地→垂直流人工湿地→排水2、技术参数：（一）沉砂池：S=550㎡；H=2.2m1.池体容量：1210m³2.停留时间：0.33h3.表面负荷：3.031m³/（㎡/h）4.池体结构：钢筋混凝土结构（二）1级生物塘：S=2400㎡；H=2.2m1.池体容量：5280m³2.停留时间：3.17h3.有机负荷：1.671kg/（m³·d）4.池体结构：钢筋混凝土结构（三）1级水平潜流人工湿地：S=4200㎡；H=2.0m1.池体容量：8400m³2.停留时间：5.04h3.有机负荷：1.671kg/（m³·d）4.池体结构：钢筋混凝土结构（四）2级水平潜流人工湿地：S=3800㎡；H=1.8m1.池体容量：6840m³2.停留时间：4.10h3.有机负荷：1.671kg/（m³·d）4.池体结构：钢筋混凝土结构（五）2级生物塘：S=3200㎡；H=1.7m1.池体容量：5440m³2.停留时间：3.26h3.有机负荷：1.671kg/（m³·d）4.池体结构：钢筋混凝土结构（六）3级水平潜流人工湿地：S=3000㎡；H=1.6m1.池体容量：4800m³2.停留时间：2.88h3.有机负荷：1.671kg/（m³·d）4.池体结构：钢筋混凝土结构（七）垂直流人工湿地：S=3600㎡；H=1.4m1.池体容量：5040m³2.停留时间：3.02h3.有机负荷：1.671kg/（m³·d）4.池体结构：钢筋混凝土结构三、设计要求1、取水方式：在xx新建引水渠约1条（暂定L=15.0m），设计流速V=5.43m/s,则断面面积S=5.12㎡；尺寸为L×W×H=15.0×2.29×2.24m（液面标高：34.24m,渠底标高32.00m）；i=0.3%。
人工湿地设计标书
• 睡莲： 睡莲：
• 多年生水生花卉。因其花 色艳丽，花姿楚楚动人， 在一池碧水中宛如冰肌 脱 俗的少女,而被人们赞誉为 “水中女神”。 • 水体净化价值：睡莲根能 吸收水中的汞、铅、苯酚 等有毒物质，还能过滤水 中的微生物，是难得的水 体净化的植物材料，所以 在城市水体净化、绿化、 美化建设中倍受重视。 • 观赏价值：睡莲是花、叶 俱美的观赏植物。
• •
人工湿地的景观设计
• 人工湿地所选的植物为芦苇 宽叶香蒲 深色马 芦苇，宽叶香蒲 芦苇 宽叶香蒲，深色马
蹄莲，彩斑光滑鸢尾，黄鸢尾。 蹄莲 彩斑光滑鸢尾，黄鸢尾。将人工湿地共划 彩斑光滑鸢尾 分为6大块，现取其中一块为例， 分为6大块，现取其中一块为例，说明景观植物 的布置情况： 的布置情况：
人工湿地出水系统设计简介
• • 管子埋在地下0.8米， 2. 在湿地的最末端设置管径DN50mm的两端封闭的管道，长10m，6根（2侧 各3根） 出水管每圈16空，孔径2mm。每圈间隔80mm。然后与出水管连接，用泵抽 出。并在湿地的1-1、2-2及对应的对面的出水干管上加调压阀 加调压阀。以达到管道中压力平 加调压阀 衡，使每根管道的流速相等。设置所有的管道直径均为50mm。 3. 干线管内流速控制1.77m/s,支线管流速0.6m/s.压损为10.86m 4. 选用IS80-50-200系列的流量为15m3/h,扬程13.2m，转速1450r/min,泵效 IS80-50-200 15m3/h, 13.2m 1450r/min, 率51%，轴功率1.06KW配带功率2.2KW 51% 1.06KW 2.2KW 1.
鉴湖水质改善与生态修复工程
半亩方塘工作室
人工湿地工程设计方案
人工湿地工程设计方案目录人工湿地工程设计方案 (1)1.1.1.1治理目标 (1)1.1.1.2人工湿地工艺比选 (1)1.1.1.3人工湿地设计 (3)1.1.1.4植物选择 (4)1、配置原则 (4)2、配置分析 (4)3、配置选择 (5)4、种植要求 (5)1.1.1.5工程量统计表 (6)1.1.1.1治理目标本项目人工湿地主要用于处理漷县区域污水处理厂（站）尾水，深度净化水中有机物和氮磷等污染物，使出水达到地表口类标准，本次共建设人工湿地21 座。
选择投资省，工艺简单、运行费用低、管理简便的湿地工艺。
通过工程的实施，改善工程区周边河道水环境质量，同时充分考虑该流域生态恢复及湿地景观效果，利用湿地内不同种类植物的搭配，形成缤纷沼泽、芦苇溪岸、栈桥水畔等湿地小品景观。
1.1.1.2人工湿地工艺比选人工湿地类型按照水流方式不同分为表面流湿地和潜流湿地。
表面流湿地：污水在湿地土壤表面漫流，可在自然湿地基础上构造而成，同自然湿地净化原理最为接近，绝大部分污染物的去除是由长在植物地下茎、杆上的生物膜来完成。
表面流湿地充氧效果好，投资少。
不足之处是这种湿地不能充分利用湿地床及丰富的植物根系，净化负荷相对较低，占地面积较大。
潜流湿地：通过铺设炉渣、沸石、陶粒、砖块、碎石、细砂、土壤等填料层，使污水在湿地地表下渗流，充分利用湿地填料表面及植物根系上生物膜及其他各种作用处理污水，具有较高的处理效果和处理能力，同时由于水在地表下流动，保温性好，处理效果受气候影响较小。
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-1水平潜流湿地示意图垂直潜流湿地示意图不同类型人工湿地工艺与组合对特征污染物的去除效果不同，具有各自的特点，如下表。
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-1 人工湿地污染物去除效率%!-2本项目湿地形式选择，主要从污染物去除效率，占地面积、建设投资、运行原理等多方面考虑，建议采用水平潜流湿地作为本方案的湿地建设工艺。
人工湿地设计规范
人工湿地设计规范1总则1.0.1为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国水污染环境防治法》，规范人工湿地污水处理技术，保护和改善环境，提高人民健康水平，建设环境友好型社会，特制定本规程。
1.0.2本规程适用于江苏省内人工湿地污水处理系统的设计、施工、验收和运行管理。
1.0.3人工湿地污水处理对象为生活污水、生活废水，或具有类似性质的污废水。
包括城市生活污水、农村生活污水、学校生活污水、住宅小区生活污水、宾馆污水、机关事业单位污水、疗养院污水、景区污水、污水处理厂尾水等。
1.0.4本规程适用的处理规模:生活污水处理规模≤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。
1.0.5人工湿地污水处理系统的设计、施工、验收和运行管理除应符合本规程外，还应符合国家、省现行有关标准的规定。
2术语2.1.1人工湿地constructedwetlands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。
2.1.2表面流人工湿地freewatersurfaceconstructedwetlands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。
2.1.3水平潜流人工湿地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。
2.1.4垂直流人工湿地verticalflowconstructedwetlands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。
人工湿地
（6）处理单元长宽及其比例
经验表明，人工湿地污水处理单元长度通常定为20～50 m。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。潜流 湿地处理单元由于绝大部分的BOD和悬浮物的去除发生在进水区几米 的区域，因此也有一些学者建议，潜流湿地处理单元长度应控制在 12～30 m之间，以防止短路情况的发生。Kollaard 和Tousignant建 议，潜流湿地处理单元长度最小取15 m 为宜。
设计要点
厂址选择
2.2.1
（1）地形 （2）土壤渗透性 （3）水文学因素 地基准备 护堤
2.2.2 2.2.3
2.2.4
2.2.5 2.2.6
隔水层
基质选择 进出水及流量分布调节设施
2.2.7
湿地植物的选择
3 人工湿地的研究现状及趋势
3.1
人工湿地机理的研究
人工湿地污水处理单元长宽比R 从1∶1 到90∶1 不等。早期的湿地 研究者如Geartheart等认为，较高的长宽比有利于减少水流短路，使 得湿地水流更趋近于推流。 不过实际经验表明，一些表面流湿地的 推流状况与长宽比无关。Bounds等研究表明，在3 个长宽比分别为 4∶1 、10∶1 和30∶1 的平行潜流系统中，总悬浮物和BOD 的去除 率没有太大的区别。
湿地分为表面径流人工湿地和人工潜流湿地。（选自
《室外排水设计规范（GB50014-2006）》）
Constructed wetlands are artificial wastewater treatment systems consisting
of shallow (usually less than 1 m deep) ponds or channels which have been planted with aquatic plants, and which rely upon natural microbial, biological, physical and chemical processes to treat wastewater. They typically have impervious clay or synthetic liners, and engineered structures to control the flow direction, liquid detention time and water level. Depending on the type of system, they may or may not contain an inert porous media such as rock, gravel or sand. （from EPA 《manual constructed wetlands treatment of municipal wastewaters》1999）
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中国湿地概况
中国湿地面积约6594 万公顷（其中还不包 括江河、池塘等）， 占世界湿地的10％， 位居亚洲第一位，世 界第四位。
6
湿地的生态、经济及社会效益
维持生物多样性 调蓄水量和调节气候 降解有毒物质 保护堤岸，防止盐水入侵 提供丰富的动植物产品 在输、储和供水等方面发挥巨大作用 提供矿物资源 可为人们提供旅游、娱乐的场所 为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地
NH4+
面积 倾斜度 NO3-
0.8 ha < 0.005% Org N1
53.2 49.1
16.8
47.5 20.8
14.3
10.8 57.6
1246.8
人工湿地实例介绍
27
Nativitas 人工湿地的建设
28
地点分析：
位于墨西哥市附近 北部：农场和园艺 场 南部：大城市 水资源缺乏 亟需污水处理系统
根系发达，茎叶茂密 抗病虫害能力强 有一定的经济价值
北美人工湿地常用的 植物有芦苇、香蒲、灯 心草、水葱、竹等
23
在湿地植物根系表面生长的生物膜
24
单户家庭的湿地系统设计
设计流量
表面流湿地k-C*（模型） 0.785 m3/d
长度 7.5 m
产生污水量
157 L/人/天
宽度 3 m
等价污染量
5人
深度 0.55m
水力停留时间
3.3天
建议各建一个100m x 40m的湿地系统
流入浓度估算 COD BOD1 TSS FColi1 TN1 (mg/L)
流入浓度预计 643.1 400.0 64.4 105 70.0 (mg/L)
预测量降解比 173.9 24.8 16.5 1092 61.8
率%
73.0 93.8 74.4 98.9 11.7
——1公顷湿地生态系统每年创造的价值高达1万多美元，是热带雨林的 7倍，是农田生态系统的160倍!
7
人工湿地简介
8
人工湿地的定义
人工湿地(Constructed Wetlands)，是一种为了达 到环保处理效果，模仿自 然湿地而人工设计的复杂 的具有渗透性能的地层生 态结构，包括有浮现性、 浸没式植物、动物和水体 等不同的组成部分。
人工湿地技术介绍
吴旭琲 博士
1
湿地概况
2
湿地的定义
“湿地”一词源自英文 wetland，是包括天然或人 工、长久或暂时的沼泽地、 泥炭地或水域地带，包括 或静止或流动、或为淡水、 半咸水或咸水水体的水域， 一般指低潮时水深不超过 6米的水域。——摘自1971
年湿地公约
3
湿地的类型
从人类干扰的角 度
29
Nativitas湿地系统的设计方案
30
预处理——稳定塘
31
二级处理——潜流湿地
32
三级处理——垂直流湿地
33
污染物在各级处理中的 净化效果
化学需氧量（COD) 总悬浮颗粒（TSS） 总氮(TN)
34
35
36
37
废水中的有机污染物的种类
杀虫剂 PAHs 和PCBs 激素 医药品 人体保健品 表面活性剂（NPEOs属 于雌激素）
19
处理目标
达到受纳水体要求的水质 标准
满足循环用水或深度处理 要求
预处理要求 观光用湿地
20
土地场所的要求
宽度和深度 水力负荷的比率 滞留时间 填料的选用
21
植被
植物的类型
水上植物、水底植物、浮游植物 大型挺水植物(如芦苇)
22
选择标准
耐污能力和抗寒能力强， 又宜于本乡土生长，最好 以本乡土植物为主
12
三种湿地的示意图
13
利用人工湿地处理 生活污水的工艺流程
14
潜流人工湿地设计示意图(一)
15
潜流人工湿地设计示意图(二)
16
设计人工湿地的 技术参数
17
地点的选择
气候 土壤 生物环境 相似牺息地的替代 位置和地形 对地下水的污染
污水的性质
污水的处理量 污水的可降解性
18
设计目标
污水的处理 洪水的控制 暴雨的截留 提高附近水体的质量 为各种水陆生生物提供生长 和繁衍地
9
人工湿地净化废水的原理
物理作用
过滤和沉淀
－能除去含有C、N、P的有 机及无机颗粒物和悬浮固体
化学作用
吸附和絮凝
－可溶性的有机化合物 －阴离子（ PO43- ）和阳离子 （重金属阳离子）
挥发作用
－挥发性有机物(VOC)
微生物作用
氧化－还原反应 吸收降解
植物作用
气体运输作用 植物吸收 根系有利于微生物繁殖
自然湿地 人工湿地
从水分含盐量的 角度
淡水湿地 半咸水湿地 咸水湿地
从系统的分类角 度
沼泽湿地 湖泊湿地 河流湿地 浅海滩涂湿地 人工湿地
4
全球湿地概况
占地球陆地面积的6％，其中
湖泊占2％ 藓类沼泽占30％ 草本沼泽占26％ 森林沼泽占20％ 洪泛平原占15％ 世界红树林的面积约24 万km2，珊瑚礁约60万km2
废水=1MGD/3786(m3/D)
11
人工湿地的分类
人工湿地（Constructed Wetlands) ，它分为
表面流湿地(Surface Flow Wetlands缩写为 SFW) 潜流湿地(Subsurface Flow Wetlands缩写为 SSFW) 垂直流湿地(Vertica1 Flow Wetlands缩写为 VFW)
深度 0.55m
水力停留时间
5.5天
建议建一个7.5m x 3m的湿地系统
流入浓度估算 COD BOD1 TSS FColi1 TN1 (mg/L)
流入浓度预计 1569.2 400.0 406. 105 162.9
(mg/L)
1
预测量降解比 173.9 24.7 40.2 68 132.3
率%
73.0 93.8 90.1 99.9 18.8
NH4+ 80.5
66.7 17.1
面积 倾斜度 NO3-
125.8
30.6 75.7
22.5m2 < 0.73% Org N1
82.4
61.8 2255.0
大型湿地系统的设计
设计流量
表面流湿地k-C*（模型） 460 m3/d
长度 100 m
产生污水量
157 L/人/天
宽度 80 m
等价污染量
2930 人
38
NPEO 表面活性剂及其衍生物
39
40
湿地面积的计算公式
10
人工湿地与传统系统的比较
特 点 比 较
建造费用
使用和维修费用备注人工湿地来自传统系统占地面积大
使用植物 土壤
输入能量少
能耗高 使用微生物
使用化学药品 钢筋混凝土结构
$3,664,00
$4,112,000
$45,000/年
$152,000/年
兼性氧化塘和人工湿地
带硝化功能的传统活性污泥 法的二级水处理厂