人工湿地设计原理
及设计流程
目录
1 设计原理 ....................................................................................................................... 4 1.1 净化机理 ....................................................................................................... 4 1.2 水力模型简介................................................................................................ 5 1.3 人工湿地计算模型及主要限制性因素 ........................................................... 6
1.3.1表面流湿地 ................................................................................................................... 6 1.3.2水平潜流人工湿地 ........................................................................................................ 7 1.3.3垂直潜流人工湿地 ........................................................................................................ 9
2.设计程序 ........................................................................................................................ 1 2. 1人工湿地的设计程序 ..................................................................................... 1 2.2设计原则 ........................................................................................................ 1 2.3选址 ............................................................................................................... 2 2.4进出水质 ........................................................................................................ 2
2.4.1一般进出水质要求 ........................................................................................................ 2 2.4.2景观水体氮、磷指标分析 ............................................................................................ 4
2.5进水方式 ........................................................................................................ 5 2.6设计参数 ........................................................................................................ 6 2.7平面设计 ........................................................................................................ 7 2.8预处理 ........................................................................................................... 8 2.9地基处理 ........................................................................................................ 8 2.10防渗设计 ...................................................................................................... 9 2.11填料选择 ...................................................................................................... 9
2.11.1潜流湿地 ................................................................................................................... 10 2.11.2表流湿地 ................................................................................................................... 12
2.12集配水系统 ................................................................................................ 12 2.13通气系统 .................................................................................................... 19 2.14湿地植物 .................................................................................................... 19 2.15堤岸设计 .................................................................................................... 19 2.16成本分析 .................................................................................................... 20
2.16.1成本构成 ................................................................................................................... 20 2.16.2影响因素 ................................................................................................................... 21
人工湿地设计原理及设计流程
1 设计原理
1.1 净化机理
1977年，德国学者Kickuth提出根区理论：由于植物系的输氧作用使得根系周围形成一好氧区域，同时由于好氧生物膜对氧的利用而使距离根系较远的区域呈缺氧状态，更远的区域呈现厌氧状硝化反硝化得以实现。而且填料和植物根系的存在也为多种微生物提供着载体，形成去除污染物的“微环境”。Kickuth在进行湿地研究中，采一种栽有芦苇的矩形池子，土壤含钙、铁、铝添加剂，以改善土壤结和提高对磷的去除能力。水以潜流过芦苇根后，有机物被降解，氮通过硝化和反硝化被去除，磷通过吸附和离子交换固定在土壤中。根区理论的提出推动了人工湿地的研究和应用。人工湿地对各污染物的去污机理如下表所示。
人工湿地的去污机理
表1-1
污 染 物 种 类 去污机理 SS ▲ ▲ ● ○ ○ ○ ▲ ○ ○ ○ BOD5 CODCr ◎ ● ○ ○ ○ ◎ ▲ ● ○ ○ ◎ ○ ○ ○ ● ▲ ▲ ○ ● ○ N ◎ ○ ○ ○ ○ ○ ▲ ◎ ● ○ P ◎ ▲ ▲ ▲ ◎ ○ ▲ ◎ ● ○ 重金属离子 ◎ ○ ○ ▲ ▲ ○ ○ ○ ● ○ 病原微生物 ◎ ▲ ○ ○ ○ ▲ ○ ● ○ ▲ 物理沉降 基质过滤 介质吸附 共沉淀 化学吸附 化学分解 微生物代谢 植物代谢 植物吸收 自然死亡
自然挥发 ○ ○ ○ ◎ ○ ○ ○ 注：▲最主要作用；●主要作用；◎次要作用；○作用很小或无作用
1.2 水力模型简介
在介绍人工湿地数学模型前，先对水处理中几种典型流态的水力模型进行简介，包括：
（1）完全混合间歇反应器
是一个封闭系统，废水进入及排出都是不连续的，反应器中的成分随时间而变化。假定有机物的降解速率遵循一级反应，对于反应器中有机物的变化速率可以写出下式：
dc?KC dt将上式在原废水浓度Co和要求的处理后浓度Ce之间积分，可求得所需的处理时间：
t?1CIn(0) KCe（2）连续流带搅拌的反应嚣
称为完全混合连续淹反应器。在稳态条件下，反应器中有机物维持着均匀的浓度，废水以相等的流量连续进入并流出反应器。此时反应器内有机物量的变化速率不仅决定于其在反应器内的降解速率，还要考虑到进水所带入的有机物量及出水所带出的有机物量。
（3）推流反应器
废水连续进入并流出反应器，在反应器内不发生纵向的混合，其中有机物浓度沿反应器长度而变化，反应器中的不同位置与不同时间对应，相当于一连串沿时间而运动的完全混合间歇反应器。对于这种反应器，必须同时考虑有机物浓度随时间的变化和沿反应器长度的变化。
t?1CIn(0) KCe
人工湿地设计原理及设计流程
