人工湿地系统水力学优化设计研究

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1、人工湿地系统水力学优化设计研究湖北世海建筑工程有限公司湖北441200【摘要】构建湿地是应用于生活污水和工业废水净化处理的新型技术。它通过人工建立的半自然湿地生态系统中基质、湿地植物和基质内微生物三者的井同作用达到净化污水的目的，显示出了较好的净化效果。其水力学因素对于系统处理效果的影响较大。国内对于构建湿地系统的内部机理，特别是对水力学方面的研宄较少，成为限制污水浄化效果显著提高的主要原因。相对于构建湿地污水处理技术较成熟的国家，我国目前构建湿地的设计主要借助于传统的经验公式和实际工程经验，只有少数工作

2、对湿地运行中和建造设计时的水力学问题有所关注，＞1.尚未得到规律性结论。【关键词】人工湿地；水力学；设计人工湿地技术是一项建造和运行费用低、水质净化效果较好的污水资源化生态工程技术，其水力学因素对于系统处理效果的影响较大，而国内对于人工湿地系统内部机理，特别是对水力学方面的研究较少。目前湿地的构建设计往往主要借助传统经验公式和实际工程经验，影响了人工湿地浄化功能的有效发挥。为此木文对人工湿地系统的重要水力学问题和优化设计进行了较全面地研究，并提出了新型的优化设计方法。1我国污水处理的现状目前我国污水处理和

3、回收利用主要问题有：1）污水处理技术水平较低，工程投资较大，处理成木较高许多污水不经处理或经简单处理即用于农业灌溉或直接排放，造成了一系列的水环境污染和土壤、农作物污染问题。2）随着城市和企业的发展，现有水处理设施的处理效率低下，处理能力严重不足，许多污水处理厂急需技术改造。3）水体污染tl趋严重，水体富营养化严重威胁着中国各大城市的供水安全。4）乡镇企、Ik污水任意排放和污水长期灌溉造成农村水环境和土壤生态环境恶化，影响中国农业的可持续发展。一方面水资源匾乏，另一方面大部分污水未经处理或有效处理就直接排

4、放掉，水污染又促使水资源短缺进一步加剧，形成了恶性循环，水污染和水资源匾乏己经成为制约社会经济发展的重要因素之一，水问题己引起世人瞩0。2污染水体修复的生态工程技术概述生态工程技术是当前水环境修复技术的研究开发热点。因为人自然在发展变化的长期过程中，本身己经具备了自我净化、自我完善的强大能力，使得自然界得以持续而有序地运行。其中水体的自然生物浄化能力，在人类出现之前的远古时期，就保证了自然界江河湖泊的水体洁浄。所以，0前开发的水体生物一生态工程修复技术，实质上是按照仿生学的理论对于自然界恢复能力与自净能力

5、的强化。可以说，按照自然界自身规律去恢复自然界的本来面貌强化自然界自身的自浄能力去治理被污染水体，这是人与自然和谐相处的合乎逻辑的治污思路,也是一条创新的技术路线。生物-生态工程修复技术也具有以下优点首先是处理效果好苏次是工程造价相对较低，不需耗能或低耗能，运行成本低廉。所需的微生物具有来源广、繁殖快的特点，如能在一定条件下，对其进行筛选、定向驯化、富集培养，可以对大多数有机物质实现生物降解处理另外，这种处理技术不向水体投放药剂，不会形成二次污染。所以，这种廉价实用技术不仅适用于我国江河湖库人范围的污水治

6、理工作，也同样可用于诸如居民生活区等小范围的污水冋收和治理工作，甚至用这种生态工程的技术可以与绿化环境及景观改善相结合，在治理区建设休闲和体育设施，从而创造人与自然相融合的优美环境，促进人于自然的协调发展。3人工湿地系统水力学的优化设计3.1水力学参数的设计对于设计一个湿地污水处理系统，首先要根据当地的污水排放标准来确定此湿地系统的处理效率，也就是污染物浓度的去除率。所以，可以将艽转变为污染物浓度去除率f的表达式：为了方便讨论，以COD污染指标为例，去除效果也反应了污染物的COD去除率。但根据上述水力学特

7、性的研究可以看出，试验的污水是可生化降解的，因此，本试验中COD的去除效果也可以反应系统有机物的去除效果。根据工程经验，一般湿地床一级反应COD去除速率常数kv为1.27d-l。对于以砾石为基质的湿地滲透系数K，欧洲人建议取10-3m/s,而美国的经验认为K不宜大于10-4m/s。我国构建湿地•-般采用砂石为基质，根据工程经验取K=9.26*10-5m/s=8m/d。水头损失设为0.05m。这样，就可以设计垂直流构建湿地的深度。如设计污水COD去除f为0.8吋，将上述参数取值就可算出，系统的深度为0.71

8、m。将不冋设计深度下湿地的处理效率绘成关系曲线。图1系统深度与去除效率的关系由图可见，当系统深度比较小的时候，湿地污染物的COD去除效率随系统深度增加的比较快。说明较深的湿地系统对于污水的浄化效果是比较好的，但是，当系统深度达到一定值后，去除效率随系统深度增加的很慢，说明过深的湿地系统并不能显著增加系统COD的去除率。这提醒我们在设计系统深度时，不要一味地认为系统越深，污水浄化效果越好，而要考虑多方面的因素和影响。一般要求湿地