人工濕地處理工業(yè)廢水的工藝設計

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1工藝設計

1.1工藝流程

工藝的選擇直接關系到處理出水的水質指標能否穩(wěn)定可靠的達到處理要求、運行管理是否方便、建設費用和運行費用是否節(jié)省，以及占地和能耗指標的高低，因此，工藝方案的選擇非常關鍵。項目濕地的進水水質具備以下特征：(1)廢水進入人工濕地前，預先經過芬頓工藝處理，有機污染物大部分被分解，剩余部分難分解的高分子有機物；(2)廢水中含有一定鹽度(主要為鐵鹽、硫酸鹽與氯鹽)，約1%~2%；(3)水質波動大，進水水質的氨氮指標有較大浮動，最高氨氮可達120mg/L；水中磷以元素磷、正磷酸鹽、縮合磷酸鹽、焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和有機團結合的磷酸鹽等形式存在，而項目進水以除正磷酸鹽外的形式為主，不利于植物吸收。因此，工藝的選擇應根據(jù)水質、水量、設計出水要求、以及當?shù)氐臏囟?、工程地質等因素綜合考慮。具體工程的選擇原則為：(1)工藝選擇保證合理性、先進性和成熟性的有機結合，確保處理后的污水再生水達到排放標準，無二次污染；(2)在出水達標的前提下，盡可能采用節(jié)能、高效的處理設備，降低建設投資和運行費用；(3)工程操作、運行與維護管理簡單、方便，設備運行性能可靠；本設計方案選定的工藝為“提升泵池+垂直流人工濕地+景觀水池”。項目廢水通過一系列環(huán)保處理工藝處理至濕地進水標準后排入清液緩存池中均質，緩存池設有氨氮在線分析儀以及COD在線監(jiān)測儀，對水質中的COD指標與氨氮指標進行實時監(jiān)測。當進水水質滿足濕地進水要求時，則PLC進行“模式一”的進水方案(正常運營)，清液緩存池內的水泵將廢水動力提升至高效垂直流人工濕地中，同時經砂石填料的過濾、特殊填料的吸附作用、濕地植物的吸收以及微生物的分解作用后，水中污染物得到去除，出水由底部集水管道輸送至景觀池中，與景觀池連接的管道末端設置可調節(jié)式管接，根據(jù)實際運行需要調整人工濕地的好氧—厭氧比重，進而微調微生物的硝化、反硝化作用，對污水中氨氮、硝態(tài)氮進行針對性控制，達到污水的高效效率處理。景觀池出水通過管道輸送至指定排放點中計量排放。當進水水質超出濕地進水要求時，則PLC進行“模式二”的進水方案(事故運營)。當末端氨氮在線檢測設備檢測水質超過設定值時，自動開啟應急吸附閥，同時關閉總排水閥，污水通過應急循環(huán)水泵，將污水抽至I級應急吸附池與II級應急吸附池中進行處理，凈化后的水進入排放池中，經操作員檢測合格后排放；當末端COD在線檢測設備檢測水質超過設定值時，或氨氮與COD同時超標時，只開啟內循環(huán)閥，同時關閉總排水閥，應急循環(huán)水泵將超標水質抽至高效垂直流人工濕地布水主管中，由配水支管與配水電動閥進行脈沖配水，實現(xiàn)污水循環(huán)不外排，直至末端在線檢測設備合格后恢復正常運行狀態(tài)。出水達到目標水質標準后排放。

1.2主要構筑物設計參數(shù)

污水通過管道流入提升泵池，再進入垂直流人工濕地系統(tǒng)，通過均勻布水，植物吸收分解、濕地凈化后，出水最終流入景觀水池，實現(xiàn)處理流程的完結。

1.2.1提升泵池及泵房

1.2.1.1提升泵池

設計流量：Q=900m3/d，數(shù)量：1座，有效水深：h=4.0m，有效容積：V=150m3，結構：鋼砼。

1.2.1.2進水泵房

設計流量：900m3/d，數(shù)量：1座，尺寸：平面尺寸為7×5m。其中，提升泵的Q=20m3/h，H=8m，N=4kW，共3臺(兩用一備)。

1.2.2垂直流人工濕地

垂直流人工濕地系統(tǒng)水質凈化技術是一種生態(tài)工程處理技術，是人工濕地的一種類型，其基本原理是在一定的填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，當待處理的污水以垂直潛流的方式通過濕地處理系統(tǒng)時，污水中的污染物質和營養(yǎng)物質被系統(tǒng)吸收或分解，最終使水質得到凈化[4-7]。設計參數(shù)方面，垂直流人工濕地面積為4064m2，濕地高度設計為1.6m，濕地內填料層高度設計為1.5m。

1.2.3景觀水池

設計流量：900m3/d，數(shù)量：1座，有效水深：1.0m，池體尺寸：r=4.5m，結構：鋼混，其他：種植部分挺水植物、沉水植物，以增強景觀效果。

2垂直流人工濕地系統(tǒng)設計

2.1填料及微生物菌種

本工程所選用填料主要為不同的砂礫級配，填料厚度1.5m，從上至下依次為50cm厚粒徑0~5mm砂石填料層(包括10cm的特殊填料)，30cm厚特殊填料層，40cm厚粒徑10~30mm砂石填料層，30cm厚粒徑20~40mm碎石填料層。特殊填料由活性炭與沸石按比例混合而成，為濕地長效運行，活性炭與沸石配比設定為25%：75%。為增強特殊填料對COD、NH4+-N的去除作用，將特殊填料分兩部分，其中0.3m鋪設在原來的位置，包裹植物根系，0.1m鋪設在上層布水管管溝中。由于人工濕地對TP去除效果一般，為增加人工濕地對TP的去除效果，可在碎石層中混合鋪設0.1m石灰石。與此同時，在垂直流濕地系統(tǒng)中添加高效微生物菌種，利用復合微生物進行污染環(huán)境治理是近幾年才發(fā)展起來的新型污染治理技術[8-10]。它以處理工藝簡單，對污染位點的干擾、破壞小、污染物降解速度快、降解徹底、不易造成二次污染等優(yōu)勢被認為是一項很有希望、很有前途的水污染治理技術。本項目中所用高效微生物菌種主要由含銅綠假單胞菌、施氏假單胞菌、海洋假單胞菌、糞產堿菌、脫氮副球菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌等。其中既有分解性細菌，又有合成性細菌，既有厭氧菌、兼性菌，又有好氧菌，是一個多種菌共存的生物集合。高效微生物菌種主要用于人工濕地投加，菌種的投加可加快菌群形成速度和污水處理效率，同時菌種的投加還可優(yōu)化微生物群落，強化處理效果。

2.2防滲設計

人工濕地在安裝工作時也需做好嚴格的防滲處理，達到雙保險的目的。按照《人工濕地污水處理工程技術規(guī)范》(HJ2005-2010)，人工濕地底部和側面應進行防滲處理，防滲層的滲透系數(shù)不低于10~8m/s。本項目垂直流人工濕地的防滲層也按此規(guī)范進行，具體做法為修筑好濕地池體后，鋪設垃圾填埋場專用光面HDPE防滲膜(厚度1.0mm)。

2.3配水管與運行

為了保證濕地系統(tǒng)布水均勻，人工濕地劃分成21個配水單元，每個配水單元約200m2。本次900m3/d規(guī)模的尾水治理工程的工藝管道由兩部分組成，上層布水管道與下層集水管道。通過水泵將清液儲存池的原水動力提升至垂直流人工濕地，進入布水區(qū)域后東西向分成2條，最終由蝶閥控制每個配水單元的穿孔管進行布水。

2.3.1上層布水管設計

尾水由項目進水動力系統(tǒng)通過DN80PE主管輸送至高效垂直流人工濕地后，東西向分為2條DN80PE布水主管，布水干管(DN65，PE材質)與主管垂直相接，主管兩側干管各設一控制閥門，干管兩側對稱駁接DN40PE穿孔管，向各濕地單元均勻布水。穿孔管間距2.0m，管孔φ5mm，孔間間距200mm，采用熱熔連接。不同管徑使用轉接頭進行變換連接。

2.3.2垂直流人工濕地下層集水管設計

在濕地床體中間位置設置集水管，集水主管采用管徑為DN150PE管，穿孔集水干管采用管徑為DN100PE管，斜向下30°雙側間隔開孔，穿孔集水管間距16m。出水收集后匯入景觀池中，在景觀池中的集水主管向上蔓延，向上蔓延的長度可進行手動調節(jié)，最終引至排放渠內計量排放。每個人工濕地下層管道均設置有通氣管，用于消除濕地內部負壓，提高配水下滲速度。

2.3.3管道閥門的選用及布置

閥門選用首先掌握介質的性能、流量特性，以及溫度、壓力、流速、流量等性能，然后，結合工藝、操作、安全諸因素，選用相應類型、結構形式、型號規(guī)格的閥門。本項目垂直流人工濕地配水系統(tǒng)中，需要對進水進行調節(jié)，結合閥門的特點及本項目的需要，選擇蝶閥作為進水調節(jié)閥，通過蝶閥的圓盤控制管道污水的開關。首先在濕地進水主管上調壓閥、安裝手動蝶閥、電動蝶閥和電磁流量計，其次在濕地進水管以及布水干管上安裝水表、手動蝶閥和電動蝶閥。應急事故管道以及最終排水管道(均為PE管)各安裝一個手動蝶閥和電動蝶閥。

2.4植物設計

設計種植植物與廠區(qū)環(huán)境相協(xié)調，重點選擇去污能力較高并且具有一定的耐鹽能力的植物品種。種植方式為分區(qū)種植，具體分區(qū)和造型根據(jù)周圍景觀情況布置，以保證與整體景觀協(xié)調一致。

2.4.1設計原則

根據(jù)污水性質及當?shù)貧夂?、地理實際狀況以及相關文獻的論證結果，選擇適宜的水生植物，才能建立良好的填料—植物系統(tǒng)，保證良好的凈化效果。濕地水生植物的選擇原則如下：(1)能適應當?shù)厣L的植物或天然濕地原存的優(yōu)勢種。(2)根據(jù)處理對象即污水的特性選擇適宜的植物；如多年生的蘆葦、風車草、花葉蘆荻等去除BOD5、N、P的效率高。這些植物根系發(fā)達，根狀莖粗壯，形成不定芽，是微生物棲息生長的良好介質，在根區(qū)能形成巨大的生物量，具有強大的凈化能力。一些維管組織的莖、根狀莖具有發(fā)達的呈海綿狀空腔組織，氧氣能通過這些空腔利用葉從大氣中將氧輸送至根部，這樣其根區(qū)恰如一個好氧反應區(qū)，具有生物膜法的凈化功能。(3)多種植物混植或串聯(lián)種植，發(fā)揮各自優(yōu)點，提高系統(tǒng)的總體凈化能力。(4)景觀效果好，能美化環(huán)境，為戶外休閑娛樂提供良好的環(huán)境。

2.4.2濕地植物選擇

通過試驗及查閱相關文獻，篩選對高鹽廢水有較高適應性的人工濕地植物，得出蘆葦、花葉蘆荻和香根草長勢最好；蜘蛛蘭、風車草、檉柳長勢一般；紅樹林類植物、鳶尾、紙莎草、千屈菜和水蔥長勢較差，因此，蘆葦、花葉蘆荻和香根草為高鹽廢水濕地項目的主要植物用于大面積栽植，而蜘蛛蘭、風車草、檉柳可作為次要植物，可小面積種植。紅樹林類植物、鳶尾、紙莎草、千屈菜和水蔥長勢較差，將不予以考慮。

3結論

經過工藝設計的分析，人工濕地系統(tǒng)處理工業(yè)廢水尾水具有一定的可行性，且可以實現(xiàn)高標準排放。進水主要特征為低COD、低氨氮，高鹽度，水質波動較大，有機污染物以難降解的高分子化合物為主。進水滿足一定標準后，經過人工濕地系統(tǒng)處理后，出水主要指標可以達到《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)IV類標準。

作者：班峰 覃吉善 單位：深圳市深投環(huán)?？萍加邢薰?/p>