河道人工湿地设计方案.docx

1、河道人工湿地设计方案河道人工湿地设计方案河道人工湿地设计方案一、项目基本概况1.1河道现状先导区内河流主要有运粮河和丁村沟。a）运粮河 运粮河属于淮河流域， 涡河水系，起源于中牟县万滩乡万庄村南， 东南方向途径东漳南、秫米店北、大胖西、老饭店西、朱仙镇东、大 李庄西，在开封县大李庄乡，四合庄西汇入涡河，全长 53.27km，总 流域面积 214km2。其中中牟县境内长 15.6km，流域面积 112.9km2， 规划区内河道长度 3.9km，是先导区， 乃至中牟县的一条主要防洪排 涝河道。运粮河属于季节性河流，在平面上基本保持了其自然河形， 岸线有一定的蜿蜒， 河道两侧滩地及堤防顶部有速生杨林

2、， 枯水期基 本无基流，河流水质较差。2005 年按三年一遇除涝， 十年一遇防洪标准进行了治理， 治理长 度 15.6km ，出境处设计排水流量 40.84m3/s。它是狼城岗干渠和丁村 支渠区域的主要排水河道，主要支流有丁村沟（沟长 14.61km）和运 粮河支沟（沟长 5km）。设计排水能力 16.9 m3/s 48.7 m3/s，目前排 水能力为设计能力的 70% 。b） 丁村沟丁村沟属运粮河水系， 位于丁村支渠与赵口总干渠 1 号沉砂池第 条渠之间，发源于万滩镇关家村，流向东南，流经万滩镇、雁鸣湖 两乡镇，经小朱村、岳庄、丁村南，再向东南，穿中东公路，至朱固 村南入运粮河，全长 14.

3、4km，流域面积 24.9km2。其中中牟县先导 区内河道长度为 4.3km。现状来水主要为上游村庄的生活污水， 以及 雁鸣湖的侧渗水，现状水质较差，河道内局部有生活垃圾。1998 年丁村沟进行了清淤， 至今未再次治理过， 它是示范区内的 一条主要排水沟道。 设计排水能力 3 m3/s 15 m3/s，目前排水能力仅 为设计能力的 80。河渠均为季节性河流，现状河渠水系受周边工业污染相对较轻， 主要受沿河村镇生活污水、 农田排水和降雨径流污染影响， 部分河渠 河床内及两侧垃圾较多， 旱季时基本成为排污沟， 污染严重， 水质均 为劣 V 类，无法达到水功能区划和河流生态所需要的水质标准，严 重影

4、响先导区环境质量。1.2项目意义项目的建设对改善运粮河与丁村沟的河滩生态环境， 提高运粮河 与丁村沟的河道水质， 创造良好的滨水环境， 实现水资源和水生态系 统的良性循环，提高政府形象，改善投资环境和人民群众的生活质量， 具有十分重要的意义。1.3设计规模根据中牟先导区提供的数据并结合具体实际情况进行推算及依 据国家相关政策，本方案确定该人工湿地的处理规模为 300m3/d，采 用潜流与自由表面流组合工艺方式处理方案。1.4经济技术指标1、总投资： 537503.00 元2、吨水投资为： F1537503.00 3001791.677 元。二、前言人工湿地的净化机理：对 SS：湿地系统成熟后，

5、填料表面和植物根系将由于大量微生 物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量的 SS 被填料和植 物根系阻挡截留。对有机物：有机污染物通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被 除去。对 N、 P：湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的 环境中依次出现好氧、 缺氧、厌氧状态， 保证了废水中的氮磷不仅能 通过植物和微生物作为营养吸收， 而且还可以通过硝化、 反硝化作用 将其除去，最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除 去。三、设计依据及原则3.1设计依据(1)中华人民共和国环境保护法(2)中华人民共和国水污染防治法 (修正 )1996.5.15(3)污水综合排放标准 GB8978-

6、1996(4)地表水环境质量标准 (GB3838-2002)(5)城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918-2002(6)人工湿地污水处理工程技术规范 HJ 2005-2010(7)室外排水设计规范 GB50014-2006(8)砌体结构设计规范 GB50003-2001(9)混凝土结构设计规范 GB50010-2002(10)建筑地基基础设计规范 GB50007-2002(11)给水排水工程构筑物设计规范 GB50069-2002(12)水处理工程师手册(13)污水综合排放标准 GB8978-1996(14)城市污水处理及污染防治技术政策 (建城2000124 号)(15)城市污水处理工

7、程项目建设标准 (建标200177 号)3.2设计原则(1) 对河水中污染物进行分析比较，结合要求达到的处理后排放 水水质标准，提出技术先进、工艺可靠、经济合理的工艺方案。(2)处理工艺力求达到节能、低耗，且技术先进、操作简便，占 地面积少，施工方便，投资省。(3)以环保法规和有关规范、标准为依据，确保污染河水处理后 达标排放。(4)作为环保工程，设计中应尽量减少对环境产生的负面影响，如噪音、臭气、固体废弃物等；(5)工程设计注重本工程实际运行的灵活性和抗冲击性，提高其对水质水量变化的适应性； 工程建设坚持环保、 生态化， 处理后的出水补充运粮河及丁村沟景观用水，做到水资源化循环利用四、项目设

8、计的针对性本方案设计保证出水达到处理要求的前提下，尽量做到节省投 资，充分发挥该河水水净化工程的社会效益、经济效益和环境效益。所采用的工艺设施既具有合理性又具有先进性以保证运行管理 简便灵活。 采用“太阳能曝气生化处理加人工湿地” 工艺，方便运行、 降低景观水处理造价、减少运行成本、保证出水稳定达标。该景观水的处理设施总图布置要求紧凑合理， 尽可能优化工艺设 计，根据项目所在地地形地貌，进行合理布局，减少占地面积。五、合理选址的原则及处理水量、水质5.1合理选址的原则本方案景观水处理设施选址原则是水处理设施应结合地形， 尽可 能选用荒地、洼地和河塘边，就近集中或分设，少占良田，缩短排水 管道，

9、降低管道埋深和减少土方工程量。因此本景观水处理设施的选址应遵循以下几点原则：1）选址应选择地势稍低处，便于河水通过自流流入本景观水处 理设施，同时还要满足处理达标水能自流排出本设施。2）选择在非耕地地带建设本设施，尽量不占用耕地和农田。3）尽量利用当地现有地形，减少工程投资。4）项目建成后，便于管理，减少运行费用5.2处理水量本项目日设计处理量为 300m3/d5.3设计进水水质 根据参考有关资料，设计原水水质见表 5-1。表 5-1 进水水质表 （单位： mg/l）名称CODCrBOD5TNNH4+TPSSpH设计原水水质 60 20 30 25 2 606-95.4 出水水质 处理后出水达

10、到地表水环境质量标准 （GB3838-2002） 5 类水 处理后的出水水质见表 5-2。表 5-2 出水水质表 （单位： mg/l）名称CODCrBOD5TNNH4+TPSSpH设计出水水质 40 10 2 2 0.4 106-9GB18918-2002 5 类水4010220.4106-9六、处理工艺6.1处理工艺流程框图河水 好养 复合 表流人 出水6.2本方案水处理工艺流程说明由于河道河水氨氮含量较高， 脱氮处理中反硝化作用阶段前充分 的硝化作用是非常必要的， 因此在人工湿地前端设置好养生物塘， 河 水经过拱水井自流入到好养生物塘。为提高组合工艺整体的脱氮效 率，考虑将垂直流人工湿地放

11、在组合工艺前端， 有利于提高湿地系统 的输氧能力， 从而提高硝化作用提高脱氮效率。 好养生物塘的出水自 流先后进入水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地组合成的复合潜流 人工湿地系统， 最后经过表流人工湿地， 这样利用植物吸收、 微生物 降解、填料过滤吸附等作用去除污水中的污染物。 相对于其他处理技 术，人工湿地具有投资省、效率高、维护简单等优点，对于污染物浓 度相对较低的农村生活污水， 是一种较好的处理技术。 人工湿地出水 达标排入河道。6.3本方案水各处理单元功能描述(1) 好养生物塘用于去除原污水中悬浮物及大颗粒杂物， 可以防止垂直流人工湿 地的堵塞， 保护后续人工湿地的运行稳定。 利用太阳能

12、曝气增氧， 提 高水中的溶解氧， 促进氨氮的氧化作用， 进而充分的硝化作用， 使脱 氮处理中反硝化作用阶段可以充分反应， 提高了脱氮效率。 减轻后续 人工湿地的治理负荷。(2) 人工湿地本单元综合了物理、 化学和生物的三种作用对污水进行进一步的 处理。系统成熟后， 特种填料表面和植物根系将由于大量微生物的生 长而形成生物膜。污水流经生物膜时，残余的 SS 被填料和植物根系 有机截留， 有机污染物则通过生物膜的吸收、 同化及异化作用而被去 除。同时系统中因植物根系对氧的传递释放， 使其周围的环境中依次 呈现出好氧、 厌氧和缺氧状态， 保证了废水中氮、 磷不仅能被植物和 微生物作为营养成分而直接吸

13、收， 而且还可以通过硝化、 反硝化作用 及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除。 老化的微生物作为 肥料被植物吸收。人工湿地可按污水在湿地床中流动的方式不同而分为三种类型： 地表流人工湿地（ SFW ）、潜流型人工湿地（ SSFW）。潜流型人工湿 地又包括水平流人工湿地和垂直流人工湿地。表面流人工湿地植物根系发达，可通过根系向基质送氧，使基质中形成多个好氧、兼性厌氧和厌氧小区，利于多种微生物的繁殖。潜流湿地污水在湿地床内的部流动， 一方面可以充分利用填料表 面的生长的生物膜、 丰富的根系及表层土和填料截流等作用， 以提高 其处理效果和处理能力； 另一方面由于水流在地表以下流动， 故具有 保

14、温性好、处理效果受气候影响小、卫生条件好等特点。三种类型人工湿地比较类型表面流人工湿地水平潜流人工湿地垂直潜流人工湿地特点污水在湿地的表面 流动，水位较浅，多 在 0.10.6 m ，与自 然湿地最为接近污水在湿地床的内部流 动，从一端水平流过填料 床污水在湿地床的内部 流动，从湿地表面纵向 流向填料床的底部优点工程投资低，运行成 本最低水力负荷较高， 对污染物 去除效果好； 很少有臭味 和蚊蝇现象； 运行成本较 低硝化能力高， 可用于处 理氨氮含量较高的废 水。运行成本较低缺点系统的处理效果受 温差变化影响大控制相对复杂；脱氮、除 磷的效果不如垂直流人 工湿地控制相对复杂根据以上的比较并结合

15、水质情况，选用复合垂直潜流人工湿地 +表面流人工湿地组合工艺(3) 出水池主要是蓄水的功能。6.4工艺特点除污效率高：在进水负荷较低的条件下，系统对 BOD5 的去除率 可达 85%95%，CODcr 的去除率可达 80%以上。同时，系统对 N 和 P 去除率也很高，可分别达到 60% 及 90% 以上；运行成本低廉：一般为是传统的二级污水处理技术的 1/10 1/2， 大幅度降低了污水处理成本；易于维护：本工艺需较少的机电设备，系统维护以清理渠道及管 理作物为主，对人员技能要求不高；低能耗、无二次污染：由于工程中的设备少，本工艺耗能低，这 是其它处理方法无法相比的；臭味少，美化环境，可作景观

16、作用。总的来说，人工湿地具有较高的环境效益、 经济效益及社会效益， 非常适合处理水量、 水质变化不大、 对管理要求不高的河道微污染治 理。人工湿地可与当地绿化有机结合， 栽种观赏植物， 成为一个景观， 可谓一举多得。七、工艺的设计计算7.1 好养生物塘实际尺寸： LBH=1062.3m有效水深： H=2.0m有效容积： V=120m3,有效面积 60m2水力停留时间： HRT=5 h 结构：砖混结构7.2人工湿地(a) 复合潜流人工湿地 综合考虑水平潜流负荷高，水力条件好能营造良好的厌氧环境， 以及垂直潜流充氧能力和硝化能力强的特点，我们选择水平 +垂直的 复合潜流人工湿地，水流经进水布水，先

17、后缓慢流经粒径 20mm 的 粗砾石和 5mm10mm的细砾石， 在砾石表面形成生物膜， 附着的微 生物对污水中的有机物进行降解， 出水进入垂直流湿地， 水流在填料 床中呈由上向下的垂直流， 床体处于不饱和状态， 氧可通过大气扩散 和植物传输进入人工湿地系统。 垂直流湿地的硝化能力高于水平潜流 湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。在设计时充分考虑了检修， 将垂直潜流湿地分为 2 格，保证在检修的情况下也不会间断对污水的 处理。(b) 表面流人工湿地系统 地表流湿地系统也称水面湿地系统，与自然湿地最为接近，但它 是受人工设计和监督管理的影响，其去污效果又要优于自然湿地系 统。污染水体在湿地的表面

18、流动， 水位较浅。 通过生长在植物水下部 分的茎、竿上的生物膜来去除污水中的大部分有机污染物。 氧的来源 主要靠水体表面扩散， 植物根系的传输和植物的光合作用， 表面流负 荷小，占地面积相对较大。7.2.1设计参数水平潜流人工湿地设计参数设计水量 Q(m3/d )300水力负荷 (m 3/m 2?d)0.6计算表面积 A(m 2)300设计面积 (m2)300设计单元数目3单元设计格数2单元长：宽4计算单元面积100计算单元长度 (m)20计算单元宽度 (m)5单元中单格长度 (m)10单元中单格宽度 (m)5水平潜流总长度 (m)20水平潜流总宽度 (m)15覆土厚度 (m)0.3粗砂厚度

19、(m)0.1填料层高度 (m)0.6细砂厚度 (m)0.02总高度 (m)1单元容积( m3 )100填料层体积 (m3)277.2总体积 (m3)300实际占地面积 (m2)300垂直潜流人工湿地设计参数设计水量 Q (m3/d )300水力负荷 (m3/m2 ?d)0.4计算表面积 A(m2)300设计面积 (m2)300填料层高度 (m)1覆土厚度 (m)0.3总高度(m)1.3长：宽2计算长度 (m)24.494897计算宽度 (m)12.247449设计长度 (m)25设计宽度 (m)12.5设计格数2单格长度 (m)12.5单格宽度 (m)12.5单格容积 (m3)203.125填

20、料层体积 (m3)312.5总体积 (m3)406.25实际占地面积 (m2)312.5表面流人工湿地设计参数设计水量 Q(m3/d)300水力负荷 (m3/m 2?d)0.5计算表面积 A(m2)250设计面积 (m2)250设计格数2单格长：宽3计算单格面积125计算单格长度 (m)19.5计算单格宽度 (m)6. 5设计单格长度 (m)20设计单格宽度 (m)6.5总长度 (m)20总宽度 (m)12有效水深 (m)0.5砾石厚度 (m)0.1土壤厚度 (m)0.2超高 (m)0.3总高度 (m)1.35单格体积 (m3)171.1总体积 (m3)378实际占地面积 (m2)2507.2

21、.2构筑物设计水平潜流人工湿地构筑物尺寸设计长度 (m)20设计总宽度 (m)15设计深度 (m)1设计总容积( m3 )300构筑物分格3垂直潜流人工湿地构筑物尺寸设计长度 (m)25设计总宽度 (m)12.5设计深度 (m)1.3设计总容积( m3 )406.25构筑物分格2表面流人工湿地构筑物尺寸结构砖砌设计长度 (m)20设计单格宽度 (m)6.5设计深度 (m)1.35设计总容积（ m3）342.225构筑物分格27.2.3水平潜流人工湿地系统基质配选方案水平潜流湿地从表层到底层依次为覆土土壤，粗砂，填料层，细 砂，防渗层，我们将湿地分为 3 个单元，每个单元分为 2 格，第一格 选

22、择粒径为 20mm 的粗砾石作为填料层，一方面利用粗砾石粒径大， 水力条件好的特点， 增大系统的抗负荷能力， 另一方面靠近进水端的 填料层也起到很好的布水作用， 使水流均匀， 提高容积利用率； 第二 格选择 5mm10mm 的细砾石， 增大填料比表面积， 使附着在填料表 面的微生物与污水更容易接触， 同时由于粒径小， 水流速度较慢， 给 微生物提供充足的时间硝化降解河水中的有机物， 提高出水水质， 降 低对后续工艺的冲击。 7.2.4垂直潜流系统人工湿地系统基质配选方案我们将潜流湿地由上而下划分为土壤表层、多孔管布水系统、填 料处理层、 集水系统和防渗层五部分， 其中多孔管布水系统与集水系 统

23、包含于填料处理层中， 本方案中为了便于区分， 将布水管、 集水管 周围的填料层分别归为多孔管布水系统与集水系统。根据设计规范，多孔管布水系统、填料处理层与集水系统三层的 总厚度宜为 0.4 1.6 m，我们取 1.0 m。7.2.4.1土壤表层土壤表层的主要功能是维持挺水植物的生长， 由于污水进入系统 后，不经过本层，其对污水无直接净化作用，主要体现为植物净化。 应优先选择当地土壤，以松软土质为佳（黏土壤土） ，并具较 高的肥力，渗透系数宜为 0.0250.35 cm/h。考虑到植物的生长、工程量与系统的维护去堵，土壤厚度取 30 cm。系统完成面比周边地表高 5 cm，防止周边雨水漫入系统。

24、在系统运行后，土壤表层厚度会因外界的冲刷等而逐渐下降，部 分土壤会进入下层， 从而影响布水， 因此，下层填料层的厚度应超出 设计值 10% 15%。7.2.4.2多孔管布水系统 多孔管布水系统的作用主要在布水，为确保顺畅布水，须考虑两 点：1）布水管周围填料的空隙与孔隙率 布水管周围填料应有较大的空隙与较高的孔隙率。 选取有效粒径 为 16 mm 的陶粒即可满足布水的水力传导条件，陶粒厚度取 15 cm。2）土壤表层对布水的影响 土壤表层中的土壤会在运行过程中逐渐向下扩散， 对布水造成污 堵，从而影响顺畅布水。 针对这个问题， 我们在考虑提高布水层厚度 的基础上，先在土壤表层下铺一层 5 cm

25、厚的粗砂，而后敷设布水管。布水主管径取 de110，布水管包含在细砾石层中。7.2.4.3填料处理层填料处理层的基质的选择对于处理效果有很大影响， 应考虑基质 的粒径、比表面积、孔隙率、材质等因素。粒径与孔隙率影响基质的水力传导性能； 比表面积影响基质的吸 附性能；材质影响某些污染物质（磷）的去除效果。本层基质的孔隙率以 35% 40% 为宜，过低会影响基质的除污效 果。比表面积大、含大量钙的填料（碱性环境）或含大量铁铝的填料 （酸性环境）对污染物质（磷）有很好的去除效果。本层中填料选用复合填料，即以陶粒、煤渣、玉米芯、土壤四种 填料的按 3：3：1：3 的体积比配制而成的填料。复合填料有良好

26、的除污效果、费用低、易获取，充分利用了周围 资源。复合填料层厚取 65 cm。7.2.4.4 集水系统 与布水系统类似，为确保顺畅集水，集水管周围填料应有较大的 空隙与较高的孔隙率，选取有效粒径为 16 mm 的陶粒即可满足布水 的水力传导条件。集水支管径取 de63，主管径取 de110，陶粒厚度取 15 cm。 7.2.4.5防渗系统根据设计规范，潜流湿地系统底部与侧壁须进行防渗处理，防渗 层的渗透系数不应大于 10-6 cm/s。我们采用防渗膜 HDPE 与压实土层进行防渗处理。 敷设防渗布前，应先将场址基地整平压实，对于地表高低起伏过 大及土质松软之区域应加以改善， 不能有尖锐突出物在

27、地面上。 敷设 防渗膜后，在防渗膜上要铺 20 mm 厚的细沙，以防止防渗层被上层砾石刺破。7.2.5表面流人工湿地系统基质配选基质自上而下分为 3 层：砾石层、土壤层与黏土层。砾石层为支撑层，厚度 0.1 m，取细砾石，粒径 16 mm；土壤层 应优先选择当地土壤，以松软土质为佳(黏土壤土) ，并具较高的 肥力，渗透系数宜为 0.0250.35 cm/h，厚度取 30 cm；底层为黏土 层，其夯实前厚度取 30 cm。7.3 出水池(1) 实际尺寸： LBH=1051.2m(2) 有效水深： H=1.0m(3) 有效容积： V=50m3,有效面积 50m(4) 结构：砖混结构7.4 人工湿地

28、堵塞的预防措施1)选择了粒径较大的基质以有效地防止堵塞的发生 , 但过大的粒 径会缩短水力停留时间， 进而影响净化效果。 我方根据在净化效果和 防堵塞两者之间寻找一个最佳平衡点选择了合适粒径基质。2)潜流人工湿地分为 2 格，可以间歇进水可减缓人工湿地基质 堵塞。3)选择了合理的湿地植物，选用根际复氧能力强、分泌难降解 物质较少的植物并将来定期收割植物的地上部分。4)湿地日常运行的科学管理，一般该每六个月综合检查一次，日常的维护主要包括拔除杂草、 清除死的植物以及清洗管道等并需根 据来水水质的变化及时调整湿地进水量以防止湿地超负荷运行。5）其他临时措施有：更换湿地表层基质、停床休作与轮休、投

29、加蚯蚓等。八、水生植物的选择与配置 （ 参考植物配置说明 ） 水生植物是指生长环境为水体、沼泽地的植物，包括草本和木本 植物。水生植物可分为以下四类：1、挺水植物：指茎叶挺出水面的水生植物，常见的有芦苇、菖 蒲、香蒲、水葱、水生美人蕉、慈姑、灯心草等；2、浮叶植物：指叶片浮在水面的水生植物，常见的有睡莲、荷 花、萍浮草、王莲等；3、漂浮植物：指根部不生长在泥中，植株部分漂浮与水面之上， 部分悬浮在水里的水生植物，常见的有浮萍、红萍、水鳖等；4、沉水植物：指整个植株全部没入水中，或仅有少许叶尖或花露出水面的水生植物，常见的有金鱼藻、菹草、黑藻等。主要的植物配置表植物类型水平潜流型垂直潜流型表面流型备注挺水植物泽泻、纸莎菖蒲、慈姑、水葱、慈姑、按实际情况草、西伯利千屈菜、美西伯利亚鸢可调整亚鸢尾人蕉、西伯尾、水芹菜利亚鸢尾美人蕉浮叶植物/睡莲可调整漂浮植物/少量沉水植物/黒藻、金鱼藻、菹草按实际情况可调整九、后期管理 人工湿地后期管理主要包括结构管理和植物管理两方面：（1）结构管理 人工湿地的各项结构管理在于保证系统稳定运行， 延长湿地使用 年限。任何细微的损坏或裂缝， 都会因不断的污水流动， 造成损坏不 断扩大，因此必须定期（如每月）对人工湿地池体如坝、泄洪沟及其 它控制水流的设施进行检查和维修。（2）植物管