人工湿地污水处理工艺与设计模板.doc
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1、人工湿地污水处理工艺和设计09月08日 星期二 16:04人工湿地污水处理工艺和设计王薇,俞燕,王世和(东南大学环境工程系,南京210096)摘要:人工湿地作为一个新型生态污水处理技术,在实际应用中取得了快速发展。为了适应中国对这一技术迫切需要,文章结合作者实践,较具体地介绍了现在人工湿地污水处理工艺结构、基础设计方法及经济技术比较,以供相关科研、设计单位参考。关键词:人工湿地;污水处理;工程设计多年来,多种水处理技术在实际应用中取得了不停发展,尤其是作为二级处理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主流工艺,但传统活性污泥不仅基建投资大,运行费用高,且关键以去除碳
2、源污染物为目标,对氮、磷等营养物质去除则微乎其微,经处理后出水排入水体后仍将引发“富营养化”等环境问题。三级处理虽可处理上述问题,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,单纯依靠传统人工处理方法在中国目前情况下尚难以从根本上处理水污染问题,只能延缓其发展趋势。70 年代以来,人工湿地处理技术提出和发展,为综合处理上述问题提供了一个新选择。1 人工湿地基础构型和步骤人工湿地系以人工建造和监督控制、和沼泽地相类似地面,经过自然生态系统中物理、化学和生物3 者协同作用以达成对污水净化。此种湿地系统是在一定长宽比及底面坡度洼地中,由土壤和填料混合组成填料床,废水在床体填料缝隙或在床体表
3、面流动,并在床体表面种植含有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及含有经济价值水生植物,形成一个独特动、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需预处理、后处理设施组成。人工湿地按污水在其中流动方法可分为两种类型: 水面式人工湿地(简称FWS) , 潜流型人工湿地(简称SFS) 。FWS 系统中,废水在湿地土壤表层流动,水深较浅(通常在0. 1 - 0. 6m) 。和SFS 系统相比,其优点是投资省,缺点是负荷低。北方地域冬季表面会结冰,夏季会滋生蚊蝇、散发臭味,现在已较少采取。而SFS 系统,污水在湿地床表面下流动,首先能够充足利用填料表面生长生
4、物膜、丰富植物根系及表层土和填料截留等作用,提升处理效果和处理能力;其次因为水流在地表下流动,保温性好,处理效果受气候影响较小,且卫生条件很好,是目前国际上较多研究和应用一个湿地处理系统,但此系统投资比FWS 系统略高。人工湿地工艺步骤有多个,现在采取主要有:推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4 种,人工湿地基础步骤阶梯进水可避免处理床前部堵塞,使植物长势均匀,有利于后部硝化脱氮作用;回流式可对进水进行一定稀释,增加水中溶解氧并降低出水中可能出现臭味。出水回流还可促进填料床中硝化和反硝化作用,采取低扬程水泵,经过水力喷射或跌水等方法进行充氧。综合式则一方面设置出水回流,其次还将进水分布至填料床
5、中部,以减轻填料床前端负荷。人工湿地运行可依据处理规模大小进行多个方法组合,通常有单一式、并联式、串联式和综合式等(图2 所表示) 。在日常使用中,人工湿地还常和氧化塘等进行串联组合。a. 单一式;b. 串联式;c. 并联式;d. 综合式人工湿地不一样组合方法2 人工湿地系统设计人工湿地系统设计包含如:水力负荷、有机负荷、湿地床构形、工艺步骤及部署、进出水系统和湿地栽种植物种类等很多原因。因为不一样国家及地域气候条件、植被类型及地理条件各有差异,所以大多依据现地条件,经小试或中试取得相关数据后进行。2. 1 FWS 系统设计因为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
6、态条件下可用以下反应动力学公式描述: Ce/ C0 = exp ( - KTt)基于人工湿地影响原因较为复杂, 各国研究者对湿地床尺寸提出了不一样计算方法。Reed 提议FWS 系统可用下列方程计算1 :CeC0= A -CKTAV1. 75LWQnQdTchobanoglour 提议,水湿为T 时,速率常数可由下式确定: KT = K20 (1 ,1) ( T - 20)当湿地床底坡或水力坡度大于1 %时,上述方程可调整为:CeC0= 0. 52exp -CKTAV1. 75LWQn4. 6 S1/ 3 Qd对床表面积AS , Kaklec 和Knight 提议用下式计算: AS = (0.
7、 0365Qd104 k) ln (C0 - C3Ce - C3 )初步设计时, k 值可取34 m/ y ,背景BOD5 值可由下式计算:C3= 3. 5 + 0. 05 C0FWS 系统有机负荷随废水性质和条件变化很大,其范围在18 - 110 kgBOD5 (had) 。通常只作为设计校核指标,它控制对维持系统好氧状态及预防蚊虫、恶臭等很关键。FWS 系统水力负荷可达150 - 500m3/ (had) 。在确定水力负荷同时应考虑气候、土壤情况、渗透系数和植被类型等场地条件,还应考虑接纳水体水质要求,尤其注意因为蒸发、蒸腾失水量对夏季处理影响及在干旱地域设计湿地可行性。在特殊情况下,要求
8、湿地设计达到零排放时,湿地中水关键经过蒸发、蒸腾、补充地下水或系统内回用等路径完成,这时水力负荷和水平衡计算是设计时需要关键考虑问题。2. 2 SFS 系统设计在SFS 系统中,水流有2 种基础流态,即层流和紊流。当湿地床中所用填料粒径不大、污水充满填料缝隙并处于饱和状态时水流为层流,此时可用达西公式计算1 - 3 ,即: Q = KsAcSv 。对其中渗透系数Ks , 到现在为止尚无准确测定, 对于以砾石为基质湿地, 欧洲人建议取10 - 3 m/ s , 而美国经验认为Ks 不宜大于10 - 4 m/ s。当Re 1 - 10 时,水流变为紊流,此时不宜用Darcy 公式,可用Ergum
9、公式计算1 - 3 。S = 150v (1 - n) / Dpn 2/g +1. 75 (1 - n) v2/ Dpng湿地表面积AS 可用下计算1 :AS = Q(ln C0 - ln Ce) / ( KTDn)式中:KT 和温度关系为KT = K20 (1. 1) T - 20 。据相关文件报道和实际试验,某一特定SFS 系统K20和床体填料孔隙率n 相关,关系式为K20 =K0 ( 37. 3 n4. 172 ) , 对经典城市污水取K0 = 1.839 d - 1 ,高浓度有机工业废水K0 = 0. 198 d - 1 。60 城市环境和城市生态14 卷1 期 年 1995- Tsi
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