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专题 | 人工工程湿地的设计
发表日期:2017-06-13   来源:   浏览量:1241  

为提高员工业务技能,2017年6月5日,中农富通长三角农业规划科学研究所特邀知名专家、水利部规划院教授级高工张希三老师为员工开展了关于《人工工程湿地设计》的专题培训

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培训中,张希三老师围绕人工湿地的概念、净化原理、规模设计等内容展开了详尽的讲解、介绍。

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张希三老师指出人工工程湿地对废水的净化起着至关重要的作用,认为天然湿地随着生态的人工开发的破坏而逐渐消失,但是湿地的重要价值要求我们在保护现有天然湿地的同时必须人工建设更多地湿地来保护生态,保护水利,保护环境。

一、人工湿地概述

定义:通过人为的规划、设计、施工的湿地。

人工湿地的分类:


人工生产湿地:

指有生产产品的湿地,如水稻田、荷花塘等。

人工景观湿地:

指主要功能为美化环境、营造景观的湿地。

人工工程湿地:

指用工程措施以净化水质为主要功能的湿地。

二、湿地要素

它要有丰富的生物(动物、植物)多样性,不仅给水禽动物营造生境,也给水生植物创造良好的生长条件,对土壤植被的发展也起着重要的作用。有生物群落的水面、湖面,水又不很深的地方,才叫作湿地。

三、湿地的价值

生态价值:它是生态资源,具有丰富的生物多样性(维持自然过程,提供资源能源),包括提供有经济价值的农作物及各种动物。

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水文价值:水循环调节作用。洪水经湿地调节、削峰、滞洪、缓洪,有很好的防洪能力,可调蓄洪水,减少灾害。

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环境价值:有改善水质的能力。复杂的物理、化学、生物过程相互结合,形成一个强大的可吸收转化并固定污染物质的环境。

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四、人工工程湿地定义及构成

人工工程湿地定义:

用人工筑成水池、水塘或沟槽,底面铺设防渗隔水层,土工膜或防水毯,其上有保护层,再填充一定厚度的基质层(土壤、砂、砾石、碎石、沸石、石灰石、炉渣、页岩、陶粒、塑料等),它可以提供植物或微生物生长并对污染起到过滤、吸收的作用、利用基质和水生植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用,使污水得到净化。

绝大多数人工湿地由五部分构成:

  ①基质,具有透水性,如土壤、砂、砾石;

  ②水体(在基质表面上或下流动的水);

  ③植物,适于在饱和水和厌氧基质中生长,如芦苇;

  ④无脊椎或脊椎动物;

  ⑤好氧或厌氧微生物种群。

五、人工湿地净化过程

人工湿地可以吞纳高负荷的有机化学物质和高生物化学需氧量(BOD)或化学需氧量(COD)的废弃物;它也可以去掉水中的氮和磷,去氮和除磷的效果要看湿地的特性,负荷速率及营养物质。氮和磷的循环过程不一样,因此它们去除的效果也有差别。

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净化过程示意图

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净化废水的机理

人工湿地是由基质、水体、植物、动物和微生物组成的生态系统。生活在土壤中的微生物(细菌和真菌)在有机物的去除中起主要作用,湿地植物的根系将氧气带入周围的土壤,但远离根部的环境处于厌氧,形成处理环境的变化带,这就加强了人工湿地去除复杂污染物的能力。大部分有机物的去除是靠土壤中的微生物,但某些污染物如重金属、硫、磷等依赖于土壤和植物的作用。

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2
人工湿地的净化水的作用

人工湿地是利用与自然生态系统相似的物理、化学、生物的三重协同作用来实现对污水的净化技术。

物理作用

过滤和沉淀

除去含有C、N、P的有机及无机颗粒物和悬浮固体


化学作用

吸附和絮凝

可溶性的有机化合物

阴离子( PO43- )和阳离子(重金属阳离子)

挥发作用

挥发性有机物(VOC)

微生物作用

氧化-还原反应

吸收降解

植物作用

气体运输作用

植物吸收

根系有利于微生物繁殖

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小结

通过工程措施使水中污染物降解的人工湿地,主要是用于净化、改善水质提供水质符合要求的生态环境用水,它是一种处理生活污水、工业废水以及利用雨水的人工湿地,主要控制水位、沉积物及植物种植,并保证周边自然环境不被破坏。不同性质颗粒物的搭配,是为了满足好氧与厌氧环境的条件,而后者又是为了给微生物提供环境,从而吸附水中的营养物,并转化去除以达到净化水质的目的。

六、人工工程湿地建设规模

大型人工工程湿地:日处理能力 > 1万m³/d

中型人工工程湿地:日处理能力 :1万m³/d—3000m³/d

小型人工工程湿地:日处理能力 < 3000万m³/d

七、工程设计的步骤

1.选址

考察地质、地貌、水文、自然资源、人文资源、有关法律及公众意见。应因地制宜,尽量选择有一定自然坡度的洼地或经济价值不高的荒地,一方面减少土石方工程、利于排水、降低投资,另一方面防止对周围环境产生影响。 

  2. 确定系统组合形式。

根据场地特征、处理要求和所处理污水的性质来确定单一式、并联式、串联式、综合式。


3.确定水力负荷。

根据设计规程或经验而定。

4.选择植物

根据湿地植物的耐污性能、抗寒能力、生长能力、根系的发达程度以及经济价值和美观等因素确定。一般有芦苇、席草、大米草、水葫芦、水花生等,最为常用的是芦苇,插植密度为1~3株/㎡。

5.计算表面积

As=Q/a As-表面积;Q-进水量;a-水力负荷。


6.确定长宽比

7.结构设计。
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