1、人工湿地 工程 技术 指南 胡广龙 电话： 15001183769 QQ:342816225 目录 第一章 人工湿地概述 1.1 适用范围 1.2 术语和定义 1.3 人工湿地的特点 1.4 人工湿地污水处理的工艺流程 1.5 人工湿地的工程选址及总体布置 第二章 人工湿地的设计 2.1 表流人工湿地设计 2.2 水平潜流人工湿地的设计 2.3 垂直潜流人工湿地的设计 第三章 人工湿地的构造 3.1 预处理设施 3.2 布水与集水设施 3.3 潜流湿地床体 3.4 人工湿地中的管路 3.5 后处理措施 3.6 湿地植物 第四章 人工湿地的施工、验收及运行维护 4.1 施工 4.2 调试启动 4
2、.3 竣工验收 4.4 运行维护 第五章 工程案例简介 5.1 章丘白云湖秀江河入湖口人工湿地工程 5.2 夏津县污水处理厂排水人工湿地工程 第六章 现行规范中需要实际完善的数据 第一章 人工湿地概述 一、人工湿地概述 1.1 适用范围 本指南适用于河湖水质提升、城镇生活污水、城镇污水处理厂出水及与生活污水性质相近的其它污水处理工程，可作为人工湿地污水处理工程设计、施工、竣工验收及建成后运行与维护提供技术参照。 1.2 术语和定义 （ 1）人工湿地 指用人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，充填一定深度的基质层，种植水生植物，利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净
3、化。按照污水流动方式，分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。 （ 2）表面流人工湿地 : 污水以水平流方式从首端流至末端，且内部不设置填料的人工湿地。 （ 3）水平潜流人工湿地 : 污水以水平流方式从首端流至末端，且内部设置填料的人工湿地。 （ 4）垂直流人工湿地： 污水以垂直流方式从顶部 (或底部 )流至底部 (或顶部 )，且内部设置填料的人工湿地。 （ 5）预处理 指为满足工程总体要求、人工湿地进水水质要求及减轻湿地污染负荷，在人工湿地前设置的处理工艺，如格栅、沉砂、初沉、均质、水解酸化 等。 一、人工湿地概述 （ 6）后处理 指为满足出水达标排放或回用要求，在人工湿地后
4、设置的处理工艺，如：活性炭吸附、混凝沉淀、过滤、消毒、稳定塘等。 （ 7）填料（基质） 指提供人工湿地植物与微生物生长并对污染物起过滤、吸收作用的填充材料，包括土壤、砂、砾石、沸石、石灰石、页岩、塑料、陶瓷等。 （ 8）水力停留时间 指污水在人工湿地内的平均驻留时间。潜流人工湿地的水力停留时间按公式以下计算： 式中： t水力停留时间， d； V 人工湿地基质在自然状态下的体积，包括基质实体及其开口、闭口孔隙， m3； 孔隙率， %； Q 人工湿地设计水量， m3/d。 （ 9）表面有机负荷 指每平方米人工湿地在单位时间去除的五日生化需氧量。按以下公式计算： QVt ACCQ 310os10)(
5、q 一、人工湿地概述 式中： qos表面有机负荷， kg/（ m2d）； Q 人工湿地设计水量， m3/d； C0 人工湿地进水 BOD5浓度， mg/L； C1 人工湿地出水 BOD5浓度， mg/L； A 人工湿地面积， m2。 （ 10）表面水力负荷 指每平方米人工湿地在单位时间所能接纳的污水量，按以下公式计算： 式中： hsq表面水力负荷， m3/（ m2d）； Q人工湿地设计水量， m3/d； A人工湿地面积， m2。 AQhsq1.3.1 人工湿地的特点 人工湿地作为一种新型的生态污水处理技术，具有投资少、运行费用低、处理效果稳定、耐冲击负荷能力强等优点。该技术利用基质、植物、微生
6、物的协同净化能力处理污水， 同时还可提高生物多样性， 美化生态景观， 具有一定的经济效益和生态环境效益， 受到了世界各国的普遍关注。在北京地区已建成并正常运行的大规模人工湿地 有奥体公园和园博园。 图 1.1 园博园的人工湿地 图 1.2 奥体公园的人工湿地 1.3 人工湿地的特点及类型： 一、人工湿地概述 1.3.2 人工湿地的类型 按照工程设计和水体流态的差异， 人工湿地污水处理系统分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地三种主要类型，水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地可统称为潜流人工湿地。 一、人工湿地概述 图 1.3 表面流人工湿地 图 1.4 水平潜流人工湿地剖面示意图
7、一、人工湿地概述 布水渠 集水区 进水区 处理区 集水渠 一、人工湿地概述 布水渠 处理区 集水渠 图 1.5 上行垂直潜流人工湿地剖面示意图 布水渠 处理区 集水渠 图 1.6 下行垂直潜流人工湿地剖面示意图 一、人工湿地概述 参数 表面流人工湿地 水平潜流人工湿地 上行垂直流人工湿地 下行垂直流人工湿地 水流方式 表面漫流 水平潜流 上行垂直流 下行垂直流 负荷 较低 高 高 高 占地面积 大 一般 较小 较小 构造管理 简单 一般 复杂 复杂 工程建设费用 低较 高 高 高 季节气候影响 大 一般 一般 一般 卫生状况 差 好 一般 一般 景观效果 好 好 较好 较好 有机物去除能力 一
8、般 强 强 强 硝化能力 较强 较强 一般 强 反硝化能力 弱 强 较强 一般 除磷能力 弱 较强 较强 较强 由上表可知： 表流湿地相对于潜流湿地其负荷低、占地面积大、建设费用低，适用于河滩湿地、湖滨带湿地等类型的项目，处理污染物浓度较低的水。 潜流湿地具有负荷高、处理效果好、占地面积较小等特点，适用于污水处理厂尾水提标、村镇污水处理等项目，处理污染物浓度较高的水。 每种类型的人工湿地各具特色，在工程设计中根据实际情况选择两种或几种工艺组合，充分利用各自优点实现工程效益最优。 1.3.3 不同类型人工湿地的差异 1.4 人工湿地污水处理的工艺流程 一、人工湿地概述 人工湿地处理工艺流程应根据
9、进水水质条件和出水水质要求，综合考虑各类型人工湿地的特点和工程用地等环境条件，通过技术经济比较后确定。当来水污水为生活污水或类似污水时，应先经过预处理设施后再进湿地单元；当人工湿地用于深度净化污水处理厂排水或污染河道水等低污染水时则无需做预处理。 工艺流程简图如下 ： 预处理 生活污水 人工湿地单元 达标排放或回用 后处理 低污染水 人工湿地单元 达标排放或回用 后处理 去除氨氮时，宜采用下行垂直流人工湿地工艺。 去除总氮时 ,宜采用下列工艺流程： 污水 预处理 上行垂直潜流湿地 排放 下行垂直潜流湿地 污水 预处理 水平潜流湿地 排放 下行垂直潜流湿地 一、人工湿地概述 污水 预处理 下行垂
10、直潜流湿地 排放 回流液 水平潜流湿地 1.5 人工湿地的工程选址及总体布置 1.5.1 人工湿地污水处理设施位置的选择，应符合 区域 总体规划及环境影响评价的要求，并应结 合下列 因素综合确定： （ 1）本着污水就近处理的原则，湿地的选址应靠近污水源头； （ 2）湿地选址 应充分利用建设 用 地地形落差进行污水自然充氧，减少或不用曝气设施 及 提升设备而达到排水通畅、降低能耗的要求 ； （ 3）避免占用耕地，充分利用荒地或绿地； （ 4） 处理设施地点应便于施工、维护和管理等； （ 5）合理处理好与周边环境的关系，避免臭气、蝇虫等影响居民生活。 人工湿地的选址择，还应考虑当地地质、气象、水文
11、特征等因素，并进行工程地质、水文地质等方面勘察，避免人工湿地的裂损、淹没、倒灌、排水不畅等情况发生。 一、人工湿地概述 1.5.2 人工湿地总体布局应在满足功能的前提下，还要满足其景观、科教、宣传等功能。 人工湿地处理构筑物的间距应紧凑、合理，满足各构筑物的工程施工、设备安装、及日常管理的要求。各部位的管道应根据运行维护的需要，合理设置水位控制措施。 人工湿地须设置合理的交通，尤其湿地公园，交通的设计根据其能容纳的人流量及使用性质而定。 设计过程中宜因地制宜的设置人流集散地、休息设施及各种宣传解说设施。 根据实际要求综合考虑不同类型人工湿地单元的搭配、水生植物的配置、景观设施营建等因素，使工程
12、达到相应的效果。 第二章、人工湿地的设计 二、 人工湿地的设计 2.1 表流人工湿地设计 2.1.1.表流人工湿地的构造 表面流人工湿地一般由进水区、处理区和出水区组成。 2.1.2设计参数 设计水深 BOD5负荷（去除负荷） CODCr负荷（去除负荷） 水力负荷 水力停留时间 坡度 长宽比 0.3m0.6m 1.55g/ .d 812g/ .d 0.1 m3/m2.d 48天 00.5% 3:15:1 表流湿地设计水深为 0.30.5米。在实际工程中根据需要可适当设置深水区 (水深 12米 ) 及滞留塘（水深22.5米）。深水区域具有较大的滞留能力，适当设置深水区可为表流湿地提供厌氧及兼氧反
13、应区，深水区内宜种植沉水植物，也可通过设置人工水草等措施，改善微生物生长环境，增大生化反应面积。深水区及滞留塘宜设置在实地进水口处。 表 2-1表流湿地设计参数 表流 人工湿地的面积设计应考虑最大污染负荷和水力负荷，可按 BOD5表面负荷、水力负荷 ， 取设计计算结果中的最大值，并校核水力停留时间是否满足设计要求。 2.1.3 表流湿地面积计算 A = Q qhs 式中： A人工湿地面积， m2； Q人工湿地设计水量， m3/d； qhs表面水力负荷， m3/（ m2d）。 2.1.4 表流湿地的布水及出水 1.湿地布水 布 水管渠是向人工湿地中输送污水的装置，布水时应尽量均匀。 布 水装置可
14、用于调控 污水 流量 。 若采用 布水管，需要在一端设清洗法兰，以便周期去除积存的固体。同时在可能出现气体积累的地方设排气阀。 湿地的 进水方式可采用单点布水、多点布水和溢流堰布水。 如果湿地进水区较窄或湿地呈狭长形（长宽比很大），可采用单点进水。如果进水区较宽，宜采用多点进水。 二、 人工湿地的设计 os310q10)( CCQA式中： A 湿地处理面积， m2； Q 湿地进水流量， m3 d； C0 进水 BOD5的质量浓度， g m3； C1 出水 BOD5的质量浓度， g m3； qos表面负荷率， g/m2.d。 图 2.1 湿地进水 方式示意图 单点进水 多点进水 溢流进水 2.湿
15、地出水 湿地出水口设计对均匀布水、控制水位和监控水量水质都是非常重要的。但为降低投资、运行和维护费用，出水口设计应尽可能简单。图 2.2所示为几种常见的出水口形式。第一种为存在死区的单一出口，由于存在死区，水力停留时间缩短。第二种为多出口形式，可有效增加水力停留时间。第三种是出水堰 溢流出水 。后两种出口形式效果较好。出水口大小应考虑传输最大日均流量， 再 加上湿地面积上的降雨量。 出水口的重要功能之一是控制湿地水位。水位的确定需要考虑植物生长的需要、水力停留时间和湿地单元的维护等因素。 单一出水口 多出水口 溢流出水 二、 人工湿地的设计 图 2.2 湿地 出 水 方式示意图 二、 人工湿地
16、的设计 2.2 水平潜流人工湿地设计 2.2.1水平潜流湿地的构造 1.水平潜流人工湿地结构 ,应符合下列要求 : 水平潜流人工湿地包括进水区、处理区和出水区，其中处理区自上而下为覆盖层、填料层和防渗层。 进水区和出水区宜放置粒径为 40mm80mm 的卵石和砾石 ,长度宜为 11.5m， 分布于整个湿地床宽。 处理区填料粒径宜为 4mm30mm。 覆盖层厚度应大于 20cm,材料宜选用种植土。 填料层厚度宜为 50cm100cm ，分层铺设，每层厚度宜为 30m左右。 湿地床体 水力坡度宜为 0.5%1.0%。 2.水平潜流人工湿地的长宽比宜为 2： 14： 1,长度宜小于 50m，湿地单元
17、的面积宜小于 800m2。 3.水平潜流人工湿地的填料空隙率宜为 30%50%。 4.水平潜流湿地布水： 水平潜流人工湿地采用多点配水方式，可采用穿孔管或穿孔墙 ,并应符合下列规定 : 穿孔管可设置于床面以下 ,长度宜略小于人工湿地宽度。穿孔管相邻孔距一般按人工湿地宽度的 10%计 ,不宜大于 1m,孔径宜为 2cm3cm。 穿孔墙设于进水区之前，长度宜与人工湿地宽度相同。穿孔墙的开孔率可为 30%,孔径为 55mm115mm。 二、 人工湿地的设计 1.进水区 2.净化区 3.进水管 4.穿孔管 图 2.3 水平潜流人工湿地穿孔管配水图 1.进水区 2.净化区 3.进水管 4.配水渠 5.穿
18、孔墙 图 2.4 水平潜流人工湿地穿孔墙配水图 二、 人工湿地的设计 1.处理区 2.出水区 3.出水渠 4.出水管 5.阀门 (可不设 ) 6.可旋转弯头 7.穿孔管 图 2.5 水平潜流人工湿地穿孔管集水方式 6.水平潜流湿地集水： 水平潜流人工湿地应集水均匀 ,集水方式宜采用穿孔管或穿孔墙 ,出水渠宜设置可旋转弯头或其他水位调节装置。 1.处理区 2.出水区 3.出水渠 4.出水管 5.阀门 (可不设 ) 6.可旋转弯头 7.穿孔墙 图 2.6水平潜流人工湿地穿孔墙集水方式 二、 人工湿地的设计 2.2.2 水平潜流湿地的面积计算 水平潜流 人工湿地的面积设计应考虑最大污染负荷和水力负荷
19、，可按 BOD5表面负荷、水力负荷 ， 应取设计计算结果中的最大值，并校核水力停留时间是否满足设计要求。 参数 取值 备注 CODCr负荷 g/(m2d) 40 投加负荷 BODCr负荷 g/(m2d) 812 去除负荷 水力负荷 m3/（ m2d） 0.2（上海标准） 0.5（环保部） 水力停留时间 （天） 2.55（上海标准） 13（环保部） A = Q qhs 式中： A人工湿地面积， m2； Q人工湿地设计水量， m3/d； qhs表面水力负荷， m3/（ m2d）。 os310q10)( CCQA式中： A 湿地处理面积， m2； Q 湿地进水流量， m3 d； C0 进水 BOD5
20、的质量浓度， g m3； C1 出水 BOD5的质量浓度， g m3； qos表面负荷率， g/m2.d。 表 2-2水平潜流湿地设计参数 2.3 垂直潜流湿地的设计 2.3.1 垂直流人工湿地结构 ,应符合下列要求 : 垂直流人工湿地自上而下宜为覆盖层、填料层、过渡层、排水层和防渗层； 垂直流人工湿地最大深度不宜大于 2m； 2.3.2 垂直流人工湿地各层厚度和材料粒径可按下表的规定取值。 分区 /层 厚度（ cm） 粒径（ mm） 材料 覆盖层 1020 816 砾石 填料层 6090 26 粗砂、砾石 过渡层 1020 510 砾石 排水层 2030 1632 砾石 二、 人工湿地的设计
21、 2.3.3 垂直流人工湿地配水和集水系统均宜采用穿孔管 ,并应符合下列规定 : 配水支管长不宜大于 6m、间距不宜大于 2m,孔口间距宜按人工湿地宽度的 10%计 ,不宜大于 1m。 集水支管和配水支管宜间隔、交错布置 ,集水支管进水孔径宜为 2cm3cm,且不应大于排水层材料的最大粒径。 2.3.4 垂直流人工湿地应设通气管 ,通气管应与集水管相连 ,其管口至少应高出覆盖层顶面 300mm。 2.3.5 垂直流人工湿地设计参数： 表 2-3水平潜流湿地设计参数 二、 人工湿地的设计 参数 取值 备注 CODCr负荷 g/(m2d) 60 投加负荷 BODCr负荷 g/(m2d) 812 去
22、除负荷 水力负荷 m3/（ m2d） 0.3（上海标准） 1.0 北方： 0.2 0.5； 南方： 0.4 0.8 （环保部） 水力停留时间 (天 ) 35（上海标准） 13（环保部） 溢流出水 上层布水管 下层集水管 图 2.7 下行式 垂直流 人工湿地示意图 图 2.8上行式 垂直流 人工湿地示意图 2.3.6 垂直流人工湿地布水方式： 表 2-4 水平潜流湿地设计参数 溢流出水 下行池 上行池 图 2.9上行池与下行池串联示意图 二、 人工湿地的设计 深度处理 二级处理 设计参数 单位 垂直流 水平潜流 垂直流 水平潜流 COD 表面 负荷 g/m2d 25 18 25 18 TN 表面
23、 负荷 g/m2d 5-15 5-15 5-15 5-15 NH4+-N 表面 负荷 g/m2d 2.5-8 2-5 2.5-8 2-5 水力负荷 m3/m2d 1 1 2 3 表 2-5 人工湿地作为深度处理及二级处理时各污染物表面负荷建议值 (去除负荷 ) 2.4 湿地的缺点及解决方法 2.4.2 潜流湿地的缺点及解决方法 潜流湿地的缺点有：易堵、易出现死水区、冬季结冰、除磷效果不稳定 1.防堵措施： 通过增加前置厌氧沉淀池， 降解部分污染物，减小来水污染负荷。保证湿地进水均匀，使湿地单元宽向的负荷尽量一致。 二、 人工湿地的设计 2.4.1 表流湿地的缺点及解决方法 表面流人工湿地处理系
24、统在运行过程中可能出现的最大问题是“沟流”，这会降低湿地的有效处理面积。通过控制底面平整性及植物密度可以防治布水不均，因此对原有的沟渠、道路围堰进行平整可以减少短流。同时，也可以采用类似折板的围堰或横向的深水沟进行重新布水，以达到均匀布水的目的。表面流湿地中的横 横向深水 沟可以使水流横向通畅流动，并保持恒定水头，增加停留时间，提高面积效率 。 在北方，表流湿地冬季的处理效果不明显。可以考虑改善表流湿地的基质，如在表流湿地中增设纤维类填料、增加沉水植物的种植面积、适当设置深水区等措施，在水生植物休眠时期改善湿地内微生物生长环境，发挥微生物的净化作用。 另，在各方面条件已定的情况下尽量增加水路的
25、长度也有利于水质净化。 三、潜流人工湿地 配水区 集水区 4.提高除磷效果措施： 增加后置除磷池（需加药）。 增加含铁、钙等游离离子的填料，增强填料的固磷效果。 控制湿地中水体 PH值偏碱性。 提高湿地进水的溶解氧浓度。 实验表明各条件相同时，垂直潜流比水平潜流的除磷效果高约 50%。 2.避免死水区措施： 控制湿地单元的长宽比，保证湿地进水均匀，使湿地单元宽向的负荷一致。 在湿地单元中部与水流方向垂直方向设置导流板或导流墙，实现重 新布水。 3.北方地区湿地防冻措施： 如果条件允许，将床体建在冰冻线以下。 在湿地床体上面架设温室或铺盖保温设施。 控制湿地床体水深。（如下图） 图 2.10湿地
26、冬季运行示意图 第三章 人工湿地的构造 3.1 预处理设施 预处理设施由污水集水池、格栅和沉淀池等组成。在人工湿地前 ,削减进水污染负荷 ,去除污水中漂浮物、部分悬浮物或有机物及平衡水质水量的过程。 图 3.1 自然式集水池 图 3.2 一体化预处理池 图 3.3 水解酸化池 三、 人工湿地的构造 预处理设施 设计要求及参数 （ 1）格栅池 格栅池中宜设置粗、细两道，以拦截较大体积的悬浮物，防止堵塞布水口。 （ 2）沉砂 池 污水的 SS 含量大于 100mg/L时，宜设沉淀池。沉砂池主要用于去除污水中的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞，一般采用平流式沉砂池。为保证沉沙效果，沉砂池中
27、水平流速宜 0.1m/s。 （ 3）水解酸化 池 污水的 BOD5/CODCr小于 0.3时，宜采用水解酸化预处理工艺，水解酸化池可将大分子物质转化为小分子物质，将环状结构转化为链状结构，进一步提高了废水的 BOD/COD比，增加了废水的可生化性，为后续的好氧生化处理创造了良好的环境。处理生活污水的水力停留时间为 3小时左右。 （ 4） 化粪池 化粪池 作为一级处理时， BOD 去除率按 20%计算，水力停留时间一般按 24小时计算。 （ 5）调节 池 当来水水质及水量不稳定时宜建调节池， 起到调节水量、均恒水质作用 ，其停留时间一般按 46小时计算。 （ 6） 接触厌氧池 接触厌氧池内宜用固着型弹性填料，填料间宜保持 1030cm间距以防堵塞，水力停留时间宜 18小时。 （ 7） 曝气 生物 虑 池 生物滤池滤料应具有强度大、不易磨损、空隙率高、比表面积大、化学物理稳定性好、易挂膜、生物附着性强、比重小和不易堵塞的性质。曝气生物滤池的 BOD5容积负荷宜为 3-6kg/（ m3d） 。水力停留时间宜 6小时。 3.2 布水与集水设施 布水设施是用于人工湿地均匀进水的设施 ,主要包括配水井、配水槽、穿孔管、穿孔墙等组成。集水设施是用于人工湿地均匀出水的设施 ,包括穿孔管、穿孔墙、集水池等组成 。 三、 人工湿地的构造
