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      技術資訊

      我國人工濕地標準中潛流濕地設計分析

      來源:中國給水排水  作者:張翔 等
       
      摘要:人工濕地污水處理技術是一種處理污水的生態處理方法,近年來在中國得到快速發展和推廣應用。2009年起,國家和部分省份的職能部門頒布實施了一系列人工濕地標準,用于指導并規范人工濕地設計建設,內容主要包括人工濕地構筑物設計、污染負荷設計和水力負荷設計等三個方面的參數。比較了各個標準中潛流人工濕地的設計參數,發現不同標準的污染負荷和水力負荷差異明顯。人工濕地設計面積計算結果表明,對于不同性質的廢水,設計時應核算不同的設計參數,不應只根據水力負荷或僅采用污染負荷進行人工濕地設計。同時,需要考慮氣候、濕地填料、深度、植物等其他因素對人工濕地處理效果的影響。
       
      作者簡介:張翔(1995- ),男,江蘇蘇州人,碩士研究生,研究方向為人工濕地污水處理。
       
      01 我國頒布的相關人工濕地技術標準
       
      我國最早的人工濕地技術標準是2009年由住建部標準定額研究所組織編制并發布的,近年來發布的標準包括天津規程、山東指南和廣東規范。廣東規范只含有水平流濕地的設計,不包括垂直流濕地的設計,山東指南、浙江規范不對潛流濕地類型進行區分,統一推薦設計參數。青海規范的內容主要是針對復合潛流濕地設計推薦的參數。
       
      按地區看,華東地區的標準最多,包括浙江規范、江蘇規程、上海規程等,華南地區有廣東規范,華北地區有北京規范和天津規程,西南地區有云南規范,西北地區有青海規范和寧夏規范。
       
      02 人工濕地標準中的參數與指標
       
      各個技術標準中,垂直流人工濕地和水平流人工濕地的設計指標有SS濃度、COD負荷、BOD5負荷、水力負荷、水力停留時間、床體深度、核心處理層厚度和核心層粒徑范圍。COD負荷、BOD5負荷指的是單位面積人工濕地可削減的有機污染物質量,常用于計算人工濕地床體面積。水力負荷指單位時間單位面積人工濕地接納的污水量。水力停留時間指水在人工濕地處理區總容積內的平均停留時間。
       
      03 人工濕地工程設計
       
      人工濕地工程設計主要是面積設計計算,但是要保證良好的處理能力,濕地系統的設計深度、填料性質和粒徑、植物種類等因素也非常重要。
       
      3.1 人工濕地負荷設計
       
      ①進水SS和有機污染負荷指標
       
      SS會在濕地基質的空隙中積累,為了保證濕地正常運行,必須控制進水SS濃度。各標準鐘潛流人工濕地進水SS濃度的限值如表2所示。北京規范、浙江規范和山東指南中沒有對潛流人工濕地的進水SS濃度做出規定,云南規范的SS濃度最高限值為400 mg/L,明顯高于其他標準。環保部規范和廣東規范對水平流人工濕地的進水SS濃度要求值最低,為60 mg/L。
       
      污染負荷指標通常有COD負荷(有機負荷)、BOD5負荷(有機負荷)和其他污染(氨氮、總氮和總磷)負荷。大部分標準的污染負荷指標設計值僅推薦了COD負荷或BOD5負荷,廣東規范和云南規范對兩種指標都有推薦值。對于垂直流濕地,江蘇規程的最高COD負荷可達90 g/(㎡·d),而住建部導則的最高COD負荷為20 g/(㎡·d)。對于水平流濕地,最高的COD負荷限值為廣東規范的50 g/(㎡·d),而住建部導則的最高COD負荷為16 g/(㎡·d)。各標準建議兩種濕地的BOD5負荷,大部分的設計值在12 g/(㎡·d)以下。Li等對1990年—2015年運行超過3年的人工濕地工程的數據進行了分析,發現垂直流濕地的BOD5負荷范圍為10.6~55.3g/(㎡·d),而西方國家普遍為6~10 g /(㎡·d)。
       
      北京規范和云南規范的污染負荷低于環保部規范中的最小污染負荷值,北京規范的取值與住建部導則較為接近,而上海規程和江蘇規程的最大污染負荷值很大程度超過了環保部規范的最大值,這可能是由于人工濕地設計的床體深度、選擇的基質材料以及氣候的差異造成的,對于垂直流濕地,上海規程建議粒徑范圍是2~6mm,而北京規范推薦的粒徑范圍為0.2~5mm,北京規范和上海規范其他設計指標比較接近。
       
      ②水力學指標
       
      除山東指南和云南規范外,其他人工濕地標準的適用對象都是生活污水、二級出水或類似性質污水。各標準中潛流人工濕地水力負荷建議值見表4。可以看出,垂直流人工濕地的水力負荷設計值普遍高于水平流人工濕地,各標準中垂直流濕地的水力負荷明顯不同。
       
      3.2 人工濕地深度設計:
       
      不同標準的人工濕地床體深度和核心處理層厚度如表5所示。大多數標準中垂直流人工濕地床體深度至少800 mm,最大2000 mm,核心處理層厚度至少400 mm。寧夏規范的床體深度范圍最大,為1600~2000 mm。垂直流濕地床體深度一般需根據冬季環境溫度、植物種類和根系生長深度確定,以保證濕地床中必要的好氧條件和一定的保溫效果。床體深度越大,水平流濕地和垂直流濕地容水量越大,間歇運行的垂直流濕地好氧條件越好,但提高了單位面積的成本,并且更換基質難度大、成本高,維護困難。水平流濕地深度至少600 mm,最大2000 mm。部分標準缺少對核心處理層厚度的建議。
       
      3.3 填料性質和粒徑要求
       
      人工濕地基質的粒徑是人工濕地設計的重要參數,一方面,粒徑的大小影響濕地比表面積,粒徑越小,基質床體比表面積越大,對污染物的吸附效果越好,且越有利于微生物的附著生長。另一方面,粒徑的減小,降低了濕地床體的水力傳導性,增加了濕地堵塞風險。潛流人工濕地最常選用的基質粒徑范圍是4~16 mm,對于水平流人工濕地,在進水配水區和出水集水區需要使用更大粒徑的基質。北京規范和寧夏規范要求填料粉末含量應符合設計要求值,但沒有給出具體要求。住建部導則和廣東規范要求填料粒徑符合級配曲線范圍,但廣東規范沒有給出級配曲線。另外,丹麥濕地指南要求黏土和淤泥(顆粒<0.125 mm)的含量必須小于0.5%,可供參考。
       
      3.4 植物要求
       
      各標準對人工濕地的植物部分提出植物種類選用、種植密度、種植時間、種植方法、植物馴養和植物管理等方面的建議,住建部導則、上海規程、江蘇規程對植物部分的描述相對更細致。各標準對人工濕地選用植物的要求可以總結為耐污去污能力強、根系發達和生物量大、移植成活率高、耐寒、抗病害、兼顧觀賞性和經濟性的6個特性,部分標準提及其中3~4點。
       
      3.5 標準中的其他設計要求
       
      基質材料通常選用砂、礫石、沸石和石灰石等一種或多種填料組合。大部分標準未明確規定運行方式,部分提及適當采用間歇運行防堵塞,上海規程和廣東規范規定可以采用連續運行、間歇運行和潮汐運行3種運行方式。只有北京規范對間歇運行的時間進行了說明:對于連續流運行的濕地池體,至少每月降低一次濕地水位,實施間歇運行3~5 d。設計使用年限僅有北京規范和山東指南提及,北京規范的設計使用年限為30年,山東指南建議質保期一般為2年。


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