人工湿地污水处理工艺与设计

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1、人工湿地污水处理工艺与设计王　薇,俞　燕,王世和(东南大学环境工程系,南京　210096)　　摘要:人工湿地作为一种新型生态污水处理技术,在实际应用中取得了快速发展。为了适应我国对这一技术的迫切需要,文章结合作者的实践,较详细地介绍了目前人工湿地污水处理的工艺结构、基本设计方法及经济技术比较,以供有关科研、设计单位参考。关键词:人工湿地;污水处理;工程设计　　近年来,各种水处理技术在实际应用中取得了不断的发展,特别是作为二级处理的活性污泥法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成为城市污水处理的主流

2、工艺,但传统的活性污泥不仅基建投资大,运行费用高,且主要以去除碳源污染物为目的,对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微,经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营养化”等环境问题。三级处理虽可解决上述问题,但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广。同时事实也说明,单纯依靠传统的人工处理方法在我国当前的情况下尚难以从根本上解决水污染问题,只能延缓其发展趋势。70年代以来,人工湿地处理技术的提出和发展,为综合解决上述问题提供了一种新的选择。1　人工湿地的基本构型与流程人工湿地系以人工建造和监督控制的、与沼泽地相类似

3、的地面,通过自然生态系统中的物理、化学和生物3者协同作用以达到对污水的净化。此种湿地系统是在一定长宽比及底面坡度的洼地中,由土壤和填料混合组成填料床,废水在床体的填料缝隙或在床体表面流动,并在床体表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物,形成一个独特的动、植物生态系统,对废水进行处理。实际设计中,往往是将湿地进行多级串联或附加必要的预处理、后处理设施构成。人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型:①水面式人工湿地(简称FWS),②潜流型人工湿地(简称SF

4、S)。FWS系统中,废水在湿地的土壤表层流动,水深较浅(一般在0.1-0.6m)。与SFS系统相比,其优点是投资省,缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰,夏季会滋生蚊蝇、散发臭味,目前已较少采用。而SFS系统,污水在湿地床的表面下流动,一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用,提高处理效果和处理能力;另一方面由于水流在地表下流动,保温性好,处理效果受气候影响较小,且卫生条件较好,是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统,但此系统的投资比FWS系统略高。人工湿地

5、的工艺流程有多种,目前采用的主要有:推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4种,人工湿地的基本流程阶梯进水可避免处理床前部堵塞,使植物长势均匀,有利于后部的硝化脱氮作用;回流式可对进水进行一定的稀释,增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味。出水回流还可促进填料床中的硝化和反硝化作用,采用低扬程水泵,通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。综合式则一方面设置出水回流,另一方面还将进水分布至填料床的中部,以减轻填料床前端的负荷。人工湿地的运行可根据处理规模的大小进行多种方式的组合,一般有单一式、并联式、串联式和

6、综合式等(如图2所示)。在日常使用中,人工湿地还常与氧化塘等进行串联组合。a.单一式;b.串联式;c.并联式;d.综合式人工湿地的不同组合方式2　人工湿地系统的设计人工湿地系统的设计涉及如:水力负荷、有机负荷、湿地床构形、工艺流程及布置、进出水系统和湿地栽种植物种类等诸多因素。由于不同国家及地区的气候条件、植被类型及地理条件各有差异,因而大多根据现地条件,经小试或中试取得相关数据后进行。2.1　FWS系统的设计由于废水在人工湿地中流动缓慢,故人工湿地通常可视作一级推流式反应器,稳态条件下可用以下反应动

7、力学公式描述:Ce/C0=exp(-KTt)基于人工湿地的影响因素较为复杂,各国研究者对湿地床的尺寸提出了不同的计算方法。Reed建议FWS系统可用下列方程计算[1]:CeC0=A[-CKTAV1.75LWQnQd]Tchobanoglour建议,水湿为T时,速率常数可由下式确定:KT=K20(1,1)(T-20)当湿地床的底坡或水力坡度不小于1%时,上述方程可调整为:CeC0=0.52exp[-CKTAV1.75LWQn4.6S1/3Qd]对床表面积AS,Kaklec和Knight建议用下式计算:A

8、S=(0.0365Qd104k)ln(C0-C3Ce-C3)初步设计时,k值可取34m/y,背景BOD5值可由下式计算:C3=3.5+0.05C0FWS系统的有机负荷随废水性质和条件变化很大,其范围在18-110kgBOD5(ha·d)。一般只作为设计校核的指标,它的控制对维持系统好氧状态及防止蚊虫、恶臭等非常重要。FWS系统的水力负荷可达150-500m3/(ha·d)。在确定水力负荷的同时应考虑气候、土壤状况、渗透系数和植被类型等场地条件,还应考虑接