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生活污水人工湿地设计方案

发布人:绿漾环境     发布日期:2009-12-11 15:02:54     浏览:524次
人工湿地的净化机理:
对SS:湿地系统成熟后,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。废水流经生物膜时,大量的SS被填料和植物根系阻挡截留。
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和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(项目取中间值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(项目取中间值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5000m3/d设计。
(二)、作为生活污水处理厂的后续工程。
一般镇区均需要建设二级污水处理厂,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,则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5000m3/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,本项目暂不深入分析此项。
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[1997]115号)的功能区划,该渠符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ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表明,在正常情况下,潜流型人工湿地污染去除率为:COD>80%;BOD 85--95%,可达到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,为避免发生堵塞,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----水平式表面流湿地---水平潜流式湿地---出水
五、参数设计
()、多孔管基本参数
多孔管可采用管式五孔管(φ25×5/76),单孔孔径25mm,有效孔径76mm,可有效防止堵塞。
(二)、集水井基本参数
集水井设计规模为5000m3/d,约折合208.3m3/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237.6m3/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)、人工湿地基本参数
  1、湿地表面积的预计
  计算公式:As=(Q×(lnCo-lnCe))/(Kt×d×n)
  其中As为湿地面积(m2)
    Q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,则Kt=1.357。
    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。一般项目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20167m2,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×ε/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,
? ?? ?? ε: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;本项目按30%计,
? ?? ?? ?Q:平均流量(m3/d),假定流量为5000 m3/d。
      则:水力停留时间(d)=1.697d=40.7h。
3、水力负荷计算
计算公式:HLR=Q/As
   Q=5000 m3/d。
 As=23567 m2。
 则HLR=0.2122m3/ m2.d。
4、水力管道计算
计算公式V=πR2×S=Q/t
V:流量
R:管径
S:流速, 0.5m/s
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
  水平表面流湿地一般长宽比约为10:1,而水平湿地面积约为20167 m2,As1=L×B=10B×B=20167 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 C0—ln Ce) / ( Kt×Dn)
  但由于整个湿地系统是按照整体计算,无法用BOD的初始浓度和出水浓度单独进行计算,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;则L=75.6m,取80m,As2=L×B=80×45=3600 m2。
  6、结构设计
  (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,一般采用多孔管和三角堰等配水装置。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,并设置旋转弯头和控制阀门以调节床内的水位。
    (2)填料的使用:
  水平表面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2~2.5kg/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 水平表面流湿地 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—10mm
  7、植被选择
  (1).选用原则
  1.1 植物在具有良好的生态适应能力和生态营建功能;
  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和旺盛的生长势;
  ① 抗冻、抗热能力
  ②抗病虫害能力
  ③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BOD5?COD?TN?TP主要是靠附着生长在根区表面及附近的微生物去除的,因此应选择根系比较发达,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,具有生态安全性;
  1.6具有一定的经济效益、文化价值、景观效益和综合利用价值。
  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。
(2).配置分析
    2.1根据植物类型分析
    2.1.1漂浮植物
    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
    这类植物主要包括睡莲、荷花、马蹄莲、慈姑、荸荠、芋、泽泻、菱角等。
    2.1.3挺水草本植物类型
    这类植物包括芦苇、茭草、香蒲、旱伞竹、皇竹草、藨草、水葱、水莎草、纸莎草等,为人工湿地系统主要的植物选配品种。根据这类植物的生长特性,它们即可以搭配种植于潜流式人工湿地,也可以种植于表流式人工湿地系统中。
    2.1.4沉水植物类型
    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较高,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,可配置于表面流湿地系统和潜流湿地土壤中;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、一年有数个萌发高峰的植物如香蒲、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,一年只有一个萌发高峰期的一些植物如芦苇、茭草等则配置于表面流湿地系统。
    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部分。因此前端工艺部分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5—3 水平表面流——潜流复合型湿地植物选择及搭配表
植物类型 水平表面流型 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
  本项目采用水平表面流——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5—4:
表5—4 水平表面流——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,未计入总成本)。
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,运营成本大幅度下降,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+45×2)m×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
  单位水量正常运营成本 0.0628元/立方=0.0428元/ m3+0.02元/ m3
 

 








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