人工湿地设计知识分享.ppt

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n为介质的孔隙度,（,2,）,水力停留时间计算,计算公式：t=v/Q,t：水力停留时间（d）,V,：流量,R,：管径,S,：流速,Q,：总流量,v：池子的容积（m3）：湿地孔隙度,（,3）,水力负荷计算,HLR=Q/As,（4）,水力管道计算,V,R2S,Q/t,3/21/2025,2.,人工湿地基本参数,水平潜流人工湿地的单元长宽比宜控制在,3:1,-10:1之间，垂直流人工湿地长宽比宜控制在,1:1-3:1,之间。对于长宽比小于,1,或不规则的潜流人工湿地，应考虑人工湿地均匀布水和集水的问题。,根据水生植物根系可能达到的最大深度确定，根据设计经验其深度一般为80120 cm。湿地床长度通常为2050 m。过短，则有效处理面积过小，不能保证净化效果；湿地过长，易造成死区，使水位难于调节，不利于植物生长。,（5）床体结构参数,3/21/2025,2.,人工湿地基本参数,设计参数,二级处理,深度处理,COD表面负荷,N,A,20g/m,2,d,20g/m,2,d,水力负荷,N,q,80L/m,2,d,100L-300L/m,2,d,TN表面负荷,N,TN,3-10g/m,2,d,3-10g/m,2,d,NH,4,+,-N表面负荷,N,NH,2.5-8g/m,2,d,2.5-8g/m,2,d,TP表面负荷,N,TP,0.3-0.5 g/m,2,d,0.3-0.5 g/m,2,d,停留时间,T,2d,1d,池底坡度,i,0.5%,0.5%,填料深度,h,8001400mm,8001400mm,垂直流人工湿地主要设计参数,3/21/2025,2.,人工湿地基本参数,设计参数,二级处理,深度处理,COD表面负荷,N,COD,16g/m,2,d,16g/m,2,d,TN表面负荷,N,TN,2.5-8g/m,2,d,2.5-8g/m,2,d,NH,4,+,-N表面负荷,N,NH,2-5g/m,2,d,2-5g/m,2,d,TP表面负荷,N,TP,0.3-0.5 g/m,2,d,0.3-0.5 g/m,2,d,水力负荷,N,q,40L/m,2,d,200L-500L/m,2,d,停留时间,T,3d,0.5d,池底坡度,i,0.5%,0.5%,填料深度,h,700-1000mm,700-1000mm,水平潜流人工湿地主要设计参数,3/21/2025,3.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，按相应的建筑工程施工要求进行建造。,2 塑料薄膜防渗：,薄膜厚度宜大于,1.0mm,，两边衬垫土工布，以降低植物根系和紫外线对薄膜的影响。,3 黏土防渗：,采用黏土防渗时，黏土厚度应不小于,60cm,，并进行分层压实。亦可采取将黏土与膨润土相混合制成混合材料，敷设不小于,60cm,的防渗层，以改善原有土层的防渗能力。,保护地下水,3/21/2025,布水与集水方式,3.人工湿地结构设计步骤,V形槽配水构筑物结构简图,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,布水与集水方式,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,3/21/2025,布水与集水方式,水平潜流人工湿地结构简图,3.人工湿地结构设计步骤,3/21/2025,水平潜流人工湿地进水,3.人工湿地结构设计步骤,3/21/2025,布水与集水方式,水平潜流人工湿地结构简图,3.人工湿地结构设计步骤,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,垂直流人工湿地结构简图,布水与集水方式,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,垂直流人工湿地结构布水,布水与集水方式,3/21/2025,布水与集水方式,3.人工湿地结构设计步骤,垂直流人工湿地结构布水,3/21/2025,通气孔,3.人工湿地结构设计步骤,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。,3/21/2025,单元模块有多种灵活的组合方式，这样可以很好地适应选址条件的变化,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,基质的填充,提供植物和微生物生长并对污染物起到过滤，吸附的作用，包括土壤、砾石、陶砾、碎石、沙土矿渣、粉煤灰等。,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,基质的填充,分层,厚度,排水层,过渡层,滤料层,覆盖层,200350mm,100mm,600mm,50mm,材料,粒径816mm,粒径48mm,粒径0.26mm,粒径816mm,功能,汇集排出已处理的污水,防止上层砂砾堵塞下 面排水层,核心处理区,防表面冲蚀，迅速进水,常用垂直流填料从下到上结构,常用垂直流填料从下到上结构,3.人工湿地结构设计步骤,基质的填充,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,基质的填充,水平潜流填料从左到右结构,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,植被的选择,菖蒲,芦苇,香蒲,鸢尾,美人蕉,富贵竹,3/21/2025,3.人工湿地结构设计步骤,植被的选择要求,1）适应当地环境，优先选择本土物种,2）根系发达，输氧能力,3）强耐污能力强，去除效果好,4）具有抗冻，抗病虫的能力,5）生长周期短，生物量大的,6）有经济价值或者景观效果好,3/21/2025,3.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。,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,3/21/2025,3/21/2025,4.结合实例讲解人工湿地,脱氮除磷、重金属等去除机理,人工湿地去污机理图示,机理,SS,BOD,COD,DOC,N,P,金属离子,病原微生物,物理沉降,基质过滤,介质吸附,共沉淀,化学吸附,化学分解,微生物代谢,植物代谢,植物吸收,自然死亡,自然挥发,注：最主要作用主要作用次要作用作用很小或无作用,N的去除,磷的去除,设计时要考虑,温度：脱氮，硝化反应的适应温度为20-30，反硝化作用适应的温度为25-65。而磷的去除主要是通过与温度无关的化学沉淀和物化吸附作用完成的。,PH值:,脱氮中，硝化反应适宜的pH值为7-8，反硝化反应适宜的pH值6.5-7.5。除磷过程中，pH值也起着十分重要的作用。磷被Ca吸附仅发生在中性或碱性状态下,溶解氧：,一方面植物和微生物的生长需要氧气，另一方面脱氮过程中需要严格控制硝化与反硝化过程，磷的去除也和溶解氧有着密切的联系。,有机物的去除,人工湿地对悬浮物的吸附去除主要由填料的截流吸附作用和生长在根系和填料表面的生物膜的吸附作用共同完成。,吸附后通过生物膜中的各种微生物的分解、代谢吸收作用或自身的沉降被去除。,去除重金属,基质的作用,吸附与解吸,络合与解络,沉淀与溶解,的平衡反应等过程,植物的作用,植物吸附,植物挥发,植物吸收,微生物的作用,土壤中微生物可吸收重金属，也可通过胞外络合作用、胞外沉淀作用固定重金属，也可把重金属转化,当污水通过基质层时，寄生虫卵被沉降、截留。细菌和病原体在湿地中的去除主要通过紫外线照射等实现，另外植物根系和某些细菌的分泌物对病毒也有灭活作用，但也有研究表明：当病菌在水体中和悬浮固体颗粒结合在一起，由液相转向固相时，其在水中的存活期更长些，使病毒和细菌的灭活率不高。因此在污水处理过程中不能忽视这个问题。,除去病原体,3/21/2025,5.人工湿地运行过程中进水的预处理过程,预处理的作用：,：降低进水污染物负荷，提高湿地系统处理效率,：基质材料、湿地植物、进水污染物负荷和有机,物积累 等造成湿地堵塞,：弥补湿地冬季运行效率低,3/21/2025,预处理工艺选择：预处理的程度和方式应综合考虑污水水质、人工湿地类型及出水水质要求等因素，可选择格栅、沉砂、初沉、均质等一级处理工艺，物化强化法、AB法前段、水解酸化、浮动生物床等一级强化处理工艺，以及SBR、氧化沟、A/O、生物接触氧化等二级处理工艺。：污水的BOD5/CODCr小于0.3时，宜采用水解酸化处理工艺。：污水的SS含量大于100mg/L时，宜设沉淀池。：污水中含油量大于50mg/L，宜设除油设备。：污水的DO小于1.0mg/L时，宜设曝气装置。,5.人工湿地运行过程中进水的预处理过程,3/21/2025,生物接触氧化组合工艺介绍,目前湿地进水常用的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。,工艺设计边界条件,技术路线,5.人工湿地运行过程中进水的预处理过程,3/21/2025,5.人工湿地运行过程中进水的预处理过程,3/21/2025,6.人工湿地常见故障及解决措施,一是采用科学的人工湿地冬季保温方法，如植物覆盖法，就是将植物的地上部分分割去就地覆盖；,二是冰层覆盖法，即在冬季湿地结冻前放水，使湿地表面结一层冰层对湿地自然覆盖等,气候温度条件变化,在春夏季节，温度较高，植物生长较快，生物量增加，湿地净化功能较强，二秋冬植物枯萎后，吸收速度较慢，是污染物去除效率降低。,3/21/2025,6.人工湿地常见故障及解决措施,基质容易产生堵塞现象,随着时间的推移，部分营养物质会逐渐积累，湿地中的微生物大量繁殖，所产生的代谢产物、腐烂根系等会不断阻塞填料空隙，发生堵塞现象，从而是废水的有效停留时间减少，原来的流动路径短路，废水在湿地表面径流，水力传导性、湿地处理效果和运行寿命降低。,a：加强预处理,b：设定合理的间歇期，实现间接进水方式,c：适度密度种植，及时维护收割,3/21/2025,出水污染物浓度回升问题,水生植物生长周期较短和补给水源水质等环境的变化会引起植株的衰竭和腐烂，腐烂的茎、叶容易消耗水体中的溶解氧使河床上升、底泥增多，其中释放出的有机物、氨氮等导致水体污染物回升，容易造成水体的二次污染。,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,6.人工湿地常见故障及解决措施,3/21/2025,针对前述一些现有人工湿地存在的问题，需要强化的环节。,我们。,下面介绍一些学术前沿的人工湿地设计方案,46,1、人工增氧复合垂直流人工湿地,1,-,空气压缩机,2-复合垂直流,3-,下行流地,4-上行流地,5-,导气管,6-穿孔曝气管,7-,排空管,8-通孔,1,-,湿地植物,2-床体填料,3-,支撑墙,4-集配水干管,5-,进水箱,6-间歇进水控制装置,7-,增氧机,8-出水箱,9-配水箱,10-,进水口,11-,放空管,12-出水口,13-配水孔,14-配水箱,2,、水力增氧人工湿地,2,、,新型人工湿地设计-水力增氧人工湿地,湿地俯视示意图,（箭头表示水流流径）,构造剖面,A-A,示意图,3、利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地,1,-,进水口,2-导流板,3-,挺水植物,4-下过流通道,5-,多层平面竹网,6-填料,7-,集水区,8-跌水挡板,9-床体,10-,进水挡墙,11-,出水挡墙,一种复合人工湿地系统的应用实例,复合人工湿地工艺流程示意图,湿地系统采样点布置示意图,湿地系统采样点布置示意图,脱N曲线,脱P曲线,一种复合人工湿地系统的应用实例,采,样,点,布,置,示,意,图,COD,去,除,曲,线,DO 曲线,SS去除曲线,一种复合人工湿地系统的应用实例,3/21/2025,谢谢大家,人工湿地小组,