环境生态工程课程设计书.doc

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1、 云南大学 环境生态工程课程设计 任务书 专 业 环境工程 年 级 2010级 指导教师 李世玉 姓 名 张玉雯 学 号 20101150078 时 间 2013.12.162013.12.22 城市建设与管理学院二一三 年 十二 月 中南林业科技大学长沙校区 人工湿地污水处理生态工程设计方案目 录引 言-31 人工湿地净化机理-42 校区生活污水概况2.1 水量-52.2 水质-52.2.1 生活污水排放情况-52.2.2 再生回用水排放标准-63 预处理系统的设计-83.1 预处理工艺选择-83.2 工艺流程图-83.3设计计算-84 人工湿地系统的设计-9 4.1污水量和污水水质的确定-

2、10 4.1.1 污水量的确定-10 4.1.2 污水水质的确定-10 4.2 基质的选择-11 4.2.1 基质-11 4.2.3 填充方式-11 4.3 植物的选择-11 4.4 基本参数的确定-11 4.4.1 面积计算-114.4.2 水力负荷设计-124.4.3 水力停留时间-124.5 处理床形状与结构-13 4.5.1 人工湿地的长宽比-13 4.5.3 床层高度-135 人工湿地系统的布置-14参考文献-15 引 言随着校园区域对环境的生态功能、水环境质量、污水处理成本以及水资源综合利用的需求逐步提高，势必需要引入和发展一种成本低、管理方便、运行稳定可靠的新型生态治污技术。 2

3、垂直流人工湿地是一种高效生态治污技术，具有独特的结构和水流模式，其占地面积相对较小，并能长期稳定运行；该法具有工艺先进、技术可靠、高效节能、简便易行、投资省、运行费用多等特点。3人工湿地系统是上世纪七十年代发展起来的污水处理新技术之一，由于具有高效的去除水体中的氮磷营养及有机物的能力，出水水质可达到或超过常规二级处理水平，且基建投资及日常运行费用比常规二级处理厂低得多，因而逐步被广泛应用于城镇污水、畜牧业、食品业和矿山等工农业废水的处理。1采用预处理+高效垂直流人工湿地系统对校园生活污水进行处理，一方面，处理后出水可回用于绿地浇灌、道路冲洗、冲厕及景观水体补水等方面，节约了水资源，另一方面，人

4、工湿地的应用强化了校园的生态景观效果。2 1 人工湿地净化机理人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物的三种作用。湿地系统成熟后，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，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被除去。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，最后湿地系统可通过更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。1人工湿地对污染物的主要去除机理如表1-1表1-1 人工湿地对污染物的主

5、要去除机理4机理污染物去除机理备注悬浮物五日生化需氧量氮化物磷化物重金属难降解有机物细菌和病毒物理沉积PIIIIII重力沉降过滤SIIIIII通过基质、根区时颗粒被过滤吸附颗粒间吸引力挥发S在高pH值时氨氮的挥发化学沉淀PP沉淀或共沉淀为不溶性物质吸附PPS吸附在机制或植物表面分解P不稳定化合物通过紫外线辐射，氧化和还原等分解生物细菌代谢PPP通过悬浮物和附着的微生物降解胶状或溶解性有机物：硝化/反硝化植物代谢SS植物吸收和代谢有机物，根系分泌物对病原体的灭活作用植物吸收SSSS适当条件下有相当数量的污染物会被植物摄取自然死亡P不利条件下微生物自然衰减2 校园生活污水概况2.1 水量 该校区现

6、有在编教职工2400人，学生近20000人左右，总计约23000人，长沙校区面积达900亩，实际使用面积为500亩左右，每年用水量约为280万m3，其中学生用水量为150万m3，教职工用水量为45万m3，其它用水量75万m3。每年污水排放量约为用水量的25%。2.2 水质2.2.1 生活污水排放情况根据我国回用水水质标准要求，校园污水执行综合污水排放标准。长沙市属于二级城市，水质状况如下：表2-1 相关生活污水水质指标 单位：mg/L 指 标BOD5CODSSNH4+-NTNTP住 宅230-300455-600155-18020-5025-703-6宾馆饭店140-175295-38095-

7、12020-4025-602-5办公教学楼195-260260-340195-26025-5030-703-5公共浴室50-65115-13540-16510-3015-501-3城市生活污水100-400250-700100-30020-5020-802-6由于校园住宿区、食堂、办公教学楼、公共浴室等兼有，综合考虑，水质状况取值如下： 表2-2 设计进水水质表 单位：mg/LBOD5CODSSNH4+-NTNTP20030015020303 2.2.2 再生回用水排放标准由于该设计的污水处理最终出水作为回用水，根据城镇污水处理厂污染物排放标准当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观

8、用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的A标准。出水水质基本控制项目最高允许排放浓度见表2-3（日均值 单位：mg/L） 表2-3 基本控制项目最高允许排放浓度（日均值） 单位： mg/L序号基本控制项目一级标准A标准B标准1化学需氧量（COD）50602生化需氧量（BOD5）10203悬浮物（SS）10204动植物油135石油类136阴离子表面活性剂0.517总氮（以N计）15208氨氮（以N计）5（8）8（15）9总磷（以P计）2005年12月31日前建设的11.52006年1月1日起建设的0.5110色度（稀释倍数）303011PH6912粪大肠菌群数/（个/L）103104 再生回用景

9、观水体分为两类，一类为人体非全身性接触的娱乐性景观水体，另一类为人体非直接接触的观赏性景观水体。它们或全部由再生水组成，或部分由再生水组成(另一部分由天然水体组成)。这两种景观水体均可作为城市绿化用水(不宜采用喷灌)，但均不宜作为瀑布、喷泉使用。再生水回用于景观水体的水质应满足表2-4的规定。表2-4 再生水回用于景观水体的水质标准 单位：mg/L序号标准值项目回用类型人体非直接接触人体非全身性接触1基本要求无漂浮物，无令人不愉快的嗅和味无漂浮物，无令人不愉快的嗅和味2色度 (度)30303pH6.59.06.59.04化学需氧量(COD)60505五日生化需氧量(BOD5)20106悬浮物(

10、SS)20107总磷(以P计)2.01.08凯氏氮15109大肠菌群 (个/L)100050010余氯0.21.00.21.011全盐量1000/20001000/200012氯化物(以Cl-计)35035013溶解性铁0.40.414总锰1.01.015挥发酚0.10.116石油类1.01.017阴离子表面活性剂0.30.3 表2-3 设计出水水质表 单位：mg/L项目CODCrBOD5氨氮TNTP进水水质30105101.03 预处理系统的设计3.1 预处理工艺选择5人工湿地处理污水系统是以人工湿地为主的包括前处理和后处理的污水处理工艺，前处理单元可包括各种预处理工艺、如格栅、沉砂池、沉淀

11、池、化粪池、厌氧硝化池等；后处理单元可包括贮水池、农灌、过滤、消毒、水回用设备等。由于生活污水悬浮物含量较高，容易造成湿地堵塞等问题，为增强人工湿地生态系统的稳定性，增加湿地处理的寿命及提高整个系统的工作效率，采用水解酸化法作为预处理。水解酸化池主要通过填料拦截吸附小的颗粒物，将大分子有机物分解称便于氧化处理的小分子，并去除部分有机物，提高湿地池进水的可生化性，该工艺使反应控制在水解产酸阶段，出水无厌氧发酵的不良气味，不会较大影响小区的环境水解酸化池作为前处理池，埋在人工湿地的底部，不会对周围的景观产生影响不会产生臭气。5所以选用水解酸化法作为前处理。3.2 工艺流程图因为该污水处理系统建立在

12、小区内，且由于要回用为景观水，所以对出水水质要求较高，必须采用稳定的、污染物去除效率高的，并且与周围环境相协调的污水处理工艺，最终采用了地埋式前处理，高效垂直流人工湿地方法。人工湿地系统工艺流程图见图3-1。预处理系统人工格栅 预处理系水解酸化池景观用水外排污泥垂直流人工湿地生活污水沉淀池 回用 回用 图3-1 人工湿地系统工艺流程图(l)格栅池：污水首先进入格栅池，去除固体垃圾，以确保后续处理工段的正常运行。(2)沉淀池：去除悬浮于污水中的可沉淀颗粒物，防止溢流调节水量。(3)水解酸化池：采用生物挂膜去除水中的污染物。 生物膜采用附着生长。因产生的污泥量少, 可在间隔一定的时间后,用容器直接

13、从水解酸化池的排泥管将污泥取出, 运往花圃用于堆肥。3.3 设计计算3.3.1隔油池参数选择型号体积（m）槽宽B（mm）槽长L（mm）HZSB-1322002350HZSB-2622003600HZSB-3922004850HZSB-41222006100HZSB-51629004300HZSB-62029006300HZSB-72529007300HZSB-83034006100HZSB-94034007600HZSB-105034009100HZSB-1160340010600HZSB-1275374010600HZSB-13100374013600本设计根据水量，取HZSB-13型号隔油

14、池10个3.3.2 水解酸化池的有机物去除率平均停留时间为4.4h时，COD去除率为57.62%，BOD5去除率为51.64%，SS去除率为85.9%，氨氮去除率为32.13%，总磷去除率为62.01%。污泥龄在6d左右，水解酸化池氨氮平均去除率达到42.34%，凯氏氮去除率为40.1%，总氮去除率为37.92%。 8水解( 酸化) 反应器处理生活污水, 在进水CODCr 浓度100 200mgPL, BOD5 浓度40 60mgPL, pH平均为7. 0, SS 浓度200mgPL 左右的条件下, HRT =4h 时, 对CODCr、BOD5、SS 的去除率分别为31. 5%、20. 8%、

15、18. 8%; HRT = 3h 时, 对CODCr、BOD5、SS 去除率分别为73. 2%、58. 3%、18. 3%;分析数据可以得出最佳HRT = 3h。为本设计选取水利停留时间为3h。水利停留时间在3h的情况下对有机物的去除率分别是：CODCr:57.62%、BOD5:58.3%、氨氮：32.13%、TP:62.01%、TN：37.92%。4 人工湿地系统的设计4.1污水量和污水水质的确定4.1.1 污水量的确定中南林业科技大学长沙校区位于湖南省长沙市韶山南路498号。长沙地区气候的特点是：冬寒夏热，四季分明；春秋短促，冬夏绵长，充分体现了亚热带大陆性季风气候类型的共同特点。地貌以低

16、山为主，属丘陵地带，海拔在50200米左右，相对高度为100米左右。该地区属于温和湿润的大陆性气候，年平均气温为17.4，以7、8月份最高（平均气温为29.8），1、2月份最低（平均气温为4.3），年相对湿度为80%左右，年降水量在1185.81912.2mm之间，平均年降水量为1430.8mm，降水多集中在春季到夏季，盛夏和秋冬较少。该校区现有在编教职工2400人，学生近20000人左右，总计约23000人，长沙校区面积达900亩，实际使用面积为500亩左右，每年用水量约为280万m3，其中学生用水量为150万m3，教职工用水量为45万m3，其它用水量75万m3。每年污水排放量约为用水量的2

17、5%。所以设计的污水处理量为：（280万m3/365d ）*25%1925m3/d。4.1.2 污水水质的确定 表4-1 垂直流湿地系统进水污染物浓度 单位：mg/L项目CODCrBOD5氨氮TNTP进水水质12783.413.611.41.9表4-2 设计出水水质表 单位：mg/L项目CODCrBOD5氨氮TNTP进水水质30105101.04.2 基质的选择人工湿地床对基质的要求是：（a）有良好的吸附性能，有利于生物膜的生长和对污水中有机物的吸附；（b）有良好的交换性能，以利于处理含磷和重金属离子废水；（c）有利于生物膜的更新，防止填料发生堵塞；（d）价廉。4.2.1 基质（1）种类由于生

18、活污水的N、P含量较高，所以选用蛭石、沸石作为填料。基质的孔隙率约为0.48。（2）粒径目前运行的人工湿地，基质粒径范围在030mm之间，最常选用的粒径范围是416mm，实践表明，粒径为816mm的基质，水力传导性好，适宜植物生长，处理效果好。但对于进水配水区和出水集水区的填料常采用粒径为60100mm的砾石。（3）厚度目前运行的人工湿地其基质厚度在0.51.0m之间，大多数人工湿地基质厚度在0.60.8m之间。通常垂直流湿地的基质层较厚，在0.81.0m之间。选择基质层厚度为0.8m。4.2.3 填充方式湿地床由三层组成，表层铺0.2m土壤、中层0.4m蛭石层、底部0.2m铺沸石。表层土壤可

19、用当地表层土，优先选用钙含量为22.5kg/100kg的混合土，以利于提高脱磷效果。对于进水配水区和出水集水区的填料常采用粒径为60100mm的砾石，分布于整个床宽。由于表层土壤在浸水后会有一定的下沉，因此，设计的填料表层标高应高出期望值10%15%。4.3 植物的选择选择植物应该满足：(1)耐污能力和抗寒能力强，适宜于本土生长，最好以本乡土植物为主；(2)根系发达，茎叶茂密；(3)抗病虫害能力强；(4)有一定的经济价值。而常用的植物有芦苇、香蒲、大米草、美人蕉、水花生和稗草等。目前最常用的是芦苇。芦苇的根系较为发达，具有巨大比表面积的活性物质，其生长可深入到地下0.60.7m，具有良好的输氧

20、能力。种植芦苇时，一般应尽量选用当地芦苇进行移栽，即将有芽苞的芦苇根分剪成10cm长左右，将其埋入4cm深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳季节在秋季或早春，插植密度可为13株/m2。4.4 基本参数的确定4.4.1 面积计算（1）根据降解的BOD5计算5可采用Kikuth推荐的设计公式计算人工湿地面积As=5.2Q（lnC0lnCt）式中As为垂直流人工湿地的面积，m2；Q为污水设计流量，m3/d；C0为进水BOD5平均浓度，mg/L；Ct为出水BOD5平均浓度，mg/L；根据标准C0=83.4 mg/L ；Ct=10 mg/L；Q=1925 m3/d；人工湿地的面积为：As=5.2Q（l

21、nC0lnCt）=5.21925（ln83.4ln10）=21231.8 m2综上所述，为本设计采用面积为21232 m2的人工湿地。4.4.2 水力负荷设计根据实验，垂直流湿地最大水力负荷可以到2000 mm/d，但为了长期安全运行起见，建议水力负荷不超过1000mm/d。相关文献推荐的取值范围为80620 mm/d。湿地的水力负荷率（HLR）可由下式表示 q=HLR=Q/A式中，Q为处理的污水量，m3/d ；A为湿地的面积，m2。人工湿地的水力负荷为q=1925/212321000=90.7 mm/d4.4.3 水力停留时间污水在湿地的水利停留时间可以定义为湿地床的有效容积和平均水量的比值

22、，数学表达式为： tth=式中，c为湿地介质的孔隙率；V为系统的几何体积，m3；Q为湿地系统平均的流量，m3/d。已知=0.48，Q=1925m3/d，V=0.820000=16000 m3 tth= 4 d4.5 处理床形状与结构4.5.1 人工湿地的长宽比湿地床长度一般为20 m50 m。过长，易造成湿地床中的死区，且使水位难于调节，不易植物的栽培。湿地长宽比也不应过大，建议控制在3：1以下，通常采用1：1；土壤为主的系统，长宽比应小于1：1。湿地床底坡一般取1 8，需根据基质性质及湿地尺寸加以确定，对以砾石为基质的湿地床一般取2 ，潜流湿地不宜大于1 。由于垂直流人工湿地的水力学特性符合

23、达西公式，因此，湿地的宽度可以根据下式计算： W= 式中，W为湿地床宽度，m；Q为处理的污水量，m3/d ；Ks为填料的透水系数，m/d；n为水力坡度，一般取0.0050.01；Dm为处理区填料厚度，一般取0.40.7m。湿地的长度可由此式计算： L=As/W式中As为垂直流人工湿地的面积，m2；W为湿地床宽度，m；湿地的宽度为：W=119m，L=178.5m 长宽比=1.5 4.5.3 床层高度 h=0.76 m式中为基质层厚度，m；为污水的设计流量，m3/d；为水力停留时间，d；为人工湿地面积，m2；为孔隙率。5 人工湿地系统的布置5.1 进出水系统的布置湿地床进水系统的设计应尽量保证配水

24、的均匀性，一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可设于床面上或埋于床面以下，埋于床面下的缺点是配水调节较为困难。多孔管设于床面上方时，应比床面高出0.5m左右，以防床面淤泥和杂草积累而影响配水。同时应定期清理沉淀物和杂草等，保证系统配水的均匀性。系统的进水流量可通过阀或闸板调节，过多的流量或紧急变化时应有溢流、分流措施。湿地出水系统的设计可采用沟排、管排、井排等方式，合理的设计应考虑受纳水体的特点、湿地系统的布置及场地的原有条件。为有效地控制湿地水位，一般在填料层底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门。对严寒地区，进、出水管的设置须考虑防冻措施，并在系统的必要部位设置控制阀和放空阀。5.2 防止

25、地下水污染 为防止湿地系统因渗漏而造成地下水污染，要求在工程时尽量保持原土层，并在原土层上设置防渗层。防渗层的设置方法有多种，如采用厚度为0.51.0mm的高密度聚乙烯树脂，或油毛毡密封铺垫等，为防止床体填料尖角对薄膜的损坏，施工时可在塑料薄膜上预铺一层细砂。 参考文献1 垂直流人工湿地处理农村污水的探讨 温和、刘立华等 福建省伟邦市政环保设计研究院，20102 高效垂直流人工湿地在小区水处理中的应用 林静，卢建等 深圳市环境科学研究所，20113人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析 梁继东，周启星，孙铁珩J生态学杂志，2OO3，22(2)：49554人工湿地处理村镇生活污水的技术探讨与实例分析 孙震宇，何新生，雷达，20095污水的人工湿地构建技术 崔理华，卢少勇主编，20096第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册 国务院第一次全国污染源普查领导小组办公室，2008.37生活污水水解酸化的研究 赵大传，倪寿清，崔清洁，山东建筑工程学院学报.2006.4，21(2)8水解酸化池的运行控制与影响因素 陈陆 中国科技博览2011 9长沙市湿地资源类型及其特征研究 戴兴安1 ，胡曰利2(1、中南林业科技大学环境艺术设计学院; 2、林学院,湖南长沙410004)