人工湿地设计参数

.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NO

2-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 ×（C

0– 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；C

0为人工湿地进水BOD

5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]Ce/ C

o= e-K

Tt，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

cK

xS，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= k

20θ

20（T-20），计算速率常数。其中，k

20θ

20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：