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1、人工湿地“布水”设计与试探朱伟I华国芬I赵联芳I（1.河海大学环境科学与工程学院.江苏南京21009S）摘要：人工湿地污水处置系统是一种经济而效的污水生态处用技术.但是,湿地污水处巴技术在性能上仍需有待进展与完善.尤其需要时其处费工艺参数进行不断改良和系统优化。本文针府人工湿地污水处四工程中的“布水”这一技术参数,归纳了人 工湿地布水的原那么和一样设计,探讨了几种常见人工湿地类型的布水和其优缺点.同时通过有关工程实例展现了人工湿地布水 设计。关键词：人工湿地：污水处巴：布水：设计Design and thinking of water distribution in constructed w
2、etlandWei Zhu GuoFen Hua &Lianfang ZhaoAbstract: Constructed wetland system for vaste water treatsent is an important technological mode of economical and high effective ecological treatment of vaste water, but it is still necessary to develop and perfect in its performance, and in particular , to m
3、ake a continuous improvesjent and systematic optimization in its technical parameters. In this paper , the principle and general design on water distribution were suzmarized ： the merits and defects of water distribution in soee conmwn constructed wetland systems were discussed. In the Mantime, the
4、relevant engineering e工azoles on water distribution were showedKey words Constructed wetland： Waste water treatment; vater distribution ; design1 .引言人1：湿地是20世纪70年代末期进展起来的一种废水生物处置技术，依照污水在湿地中的流动方式不 同可将人工湿地系统分为表而流入I：湿地、潜流人1：湿地和垂直流人工湿地三种类型。在人湿地中，均 匀布水是相当重要的内容，布水是不是均匀直接关系到湿地是不是能够稳固运行。只有均匀布水，才能够 保证同一级处置系统
5、的负荷一致，避免短路流和死区的发生，从而达到理想的处置成效，这是湿地能够正 常运行的大体条件之一。不同的水流方式和布水方式有着不同的处置成效，好的布水方式能够提高湿地的 处置效率，不睬想的布水方式使湿地的效率降低，容易发生短流和堵塞，因此对湿地进行有效布水能够改 善湿地处置系统的性能，湿地布水系统的建设对增强湿地的处置能力超级重要。2 .人工湿地布水的一样原那么人工湿地的附属装置必需保证废水的均匀散布，操纵湿地床体水位并搜集出水，因此大多数人1：湿地 附属装置的结构应该以简我为原那么。基金项目：江苏省自然科学基金项目作者简介：朱伟（1962一）.男,博匕教授,耍凿从事污染水体的生态修史技术研究
6、。E-mail *通信作者.E-mail：湿地污水传输系统一样包括管线和泵站，水操纵结构如分离器、溢流堰和水槽，和砾石搜集装理等0输水系统能够建于湿地外，通过管道输入到湿地：也能够完全建于湿地内。污水向湿地处置系统的输 送要紧有两种：一种是通过压力管线或重力管线输送：另一种是通过明渠输送。利用水的重力自然流的方 案比用泵的方案的要好。3 .人工湿地进出水系统的一样设计进出水系统布置人匚湿地进水系统的设计应尽可能保证配水的均匀性，一样采纳多孔管或三角堰等多孔管设于土壤 表面上或埋于土填表面以下，埋于上堞表面下的缺点是配水调剂较为困难。多孔管设于床面上方时，应比 床面高出m左右，以防床面淤泥和杂草
7、积存而阻碍配水。同时应按期清理沉淀物和杂草等，保证系统配水 的均匀性。系统的进水流里可通过阀门或闸板调剂，并采取溢流、分流方法应付突发性的流量转变应有溢 流、分流方法。人二湿地出水系统采纳沟排、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等因素。为有效地操纵湿地水位，一样在填料层底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和操纵阀门。对酷寒地域, 进、出水管的设置须考虑防冻方法，并在系统的必要部位设置操纵阀和放空阀。水位操纵为保证湿地的处厘效率，需要对湿地的进水水位进行操纵，为有效地操纵湿地水位，一样在填料层 底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和操纵阀门。通常，潜流和垂
8、直流入L湿地对水位的操纵有几点要求: 在系统接纳最大设计流量时，湿地进水端不显现雍水,以防发生表面流：在系统接纳最小设计流量时, 出水端不显现填料床面的淹没，以防显现表面流：为了利于植物的生长，床中水面浸没植物根系的深度 应尽可能均匀，并尽可能使水面坡度与底坡大体一致。围堰处置湿地的围堰设计需要从水力学和地质学角度考虑。设计围堰的目的是使水流在侦定的区域内沿预 定的渠道布水。为r保证水的流量均匀散布，还能够通过在进水端建一个堰，将湿地分成细小玳元，然后 在另一个溢流口搜集出水来解决问题。下面的设计（见图1）是将整体分割成10个独立的单元，这些单元 被安置在10个不同点上，相互不连通。湿地的元的
9、数量可依如实际确信。这种专门的方式在新增版元设计, 或是为一个增加迅速的社区设计时超级有效，状为处理湿地单元可依照需要而扩建“L4 .几种常见人工湿地类型的布水表面流人工湿地的布水及进出水装置表流人1湿地，与自然湿地最为接近，污水在湿地表面流动，水位较浅，多在0.1m0.9m之间。表 而流人1：湿地处置系统在运行进程中可能显现的最大问题是“沟流”，这会降低湿地的有效处置面积。通过 操纵底面平整性及植物密度能够防治布水不均，因此对原有的沟渠、道路围堰进行平整能够减少短流。同 时，也能够采纳类似折板的围堰或横向的深水沟进行从头布水，以达到均匀布水的目的。表面流湿地中的 这些横沟能够使水流横向通畅流
10、动，并维持恒定水头，增加停留时刻，提高面积效率。图2形象的展现/不同进水方式下的布水成效。b）不利情况（存在死角c）布水较好d）布水好（布水横沟）图2不同进水方式卜的布水效果进水管渠是向人【湿地中输送污水的装置，布水时应尽可能均匀。进水装置还可用于调控流量。进水 靠得住重力流，也能够靠压力流。重力流布水方式节省能量和运行保护贽用，但需要大管径的进水管以减 少水头损失。关于布水管，需要在一端设清洗法兰，以便周期去除积存的固体。同时在可能显现气体积存的地址设 排气阀。进水方式可采纳玳点布水、多点布水和溢流地布水（见图3）。若是湿地进水区较窄或湿地呈狭长形（长 宽比专门大），可采纳单点进水。若是进水
11、区较宽，宜采纳多点进水。采纳溢流堰进水确实是在湿地进水前 设一低地，低地出口也即湿地入口可设多个，但需处于同一标高位置，出水口设溢流堰进行均匀布水。e til J； A*cl必油双尔上湿地出水口设计对均匀布水、操纵水位和监控水量水质都是超级重要的。但为降低投资、运行和保护 费用，出水口设计应尽可能简的。图4所示为几种常见的出水口形式。第一种为存在死区的玳一出口，由 于存在死区，水力停留时刻缩短。第二种为多出口形式，可有效增加水力停留时刻。第三种是在出水口侧 设计深水沟，水搜集后经出水地流出。显示后两种出口形式成效较好。出水口大小应考虑传输最大日均流 量或最大周均流量，在加上湿地面积上的降雨量c
12、出水口的重要功能之一是操纵湿地水位。水位的确信需要考虑植物生长的需要、水力停留时刻和湿地 单元的保护等因素。O 申a）单一出口b）多出口图4常见出水口形式C）出水堰潜流人工湿地的布水及常见设计潜流湿地的进水布水系统设计与表面流大体相同，耍紧目的是均匀布水。一样进水先流经粗砾石填料 区，其作用是强化在深度和宽度上的均匀布水口。出水口一样用埋在出水口端粗砾石中的穿孔管集水，然后通过管道排出。出水管口高度可调，以调通过管道排出。出水管口高度可调，以调控水体水位，见图工图5潜流湿地出水口控制结构潜流湿地一样要求表面平整，幸免存在坡度，即便有坡度也是超级小的坡度，因为坡度会促动水在表 面的流动，破坏潜流
13、条件。同时，表面平整对植物移植培育所需的水力淹没条件也很有利。床体底面一样 也没有坡度要求，通过调整出水口高度，可形成所需的潜流水力梯度。床深视植物的根系生长深度确信， 一样3060cm,但关于特定的低温和植物条件，有的床体深度可达1m。图6和图7是潜流人1：湿地的常见布水方式.】:+:|:】:+:1|:-:+:|:】:+:|:】:+:|:.:+:|,:】:+:|:】:+:|:】:+:|: 水图6的设汁是大型潜流人：湿地上而叠加一个小型的垂直流人：湿地，小型的垂直流人I：湿地 表面用多孔的布水管均匀布水，水直接下渗入潜流人：湿地，利用潜流的人1：湿地的1%的坡度，利用重力 流使处置过的水流向出
14、水口。图7潜流人工湿地的布水设计（二）图7的设计是进水管在植物的根部，使污水通过植物的根部进行处置，出水口设两个，上层出 水口比进水管低5cm.基层的出水管设在潜流湿地的匏近底部位置，具体视情形而定.此设计的目的是尽 可能减少潜流人工湿地的死水区，使整个潜流入1：湿地都能发挥作用。出水口安装阀门可供调剂，使在系 统接纳最小设计流量时，出水端不显现填料床面的淹没，以防显现表面流。出水口连接太阳能片，能够利 用太阳能加热出水，抵达即环保又经济的目的。垂直流人工湿地的布水及常见设计垂直流湿地的水流情形综合表流湿地和潜流湿地的特性，水流在基质床中大体上呈由上向下的垂 直流，床体处于不饱和状态，氧可通过
15、大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。1）简单垂直流人工湿地垂直流人I：湿地，水经湿地表面下行，从底部排出臼。此系统是较为筒中的处置系统，表面布水，垂 直向下流，然后底部排出（见图8） .流量计I 嬴品I 布水系统T阀门g.蓄水池水泵2）逆向垂直流人1：湿地逆向垂直流人工湿地，即水从湿地底面呈推流式上升。此设计适合严寒地域的人匚湿地，从底部进 水能够避免布水管的冻结和爆破（见图9）。给水管道图9逆向垂出流人工湿地配水示意图3）竟合垂直流人工人地且合垂直流入匚湿地的优势在于它的去氮的成效较好，利用上行池硝化、下行池反硝化作用能够使氮 的去除效率较高网。布水设计（见图10），上行池与下行池中间利用高
16、差使水能够均匀散布。图io交合流垂直人工湿地布水示意图（一）垂直流入匚湿地处置系统的流程为：经沉淀池侦处置的污水第一流入位于第一池填料表面中央的多孔 布水管，使进水均匀散布在第一池整个表面上，随后污水垂直向下依次流过第一池填料层。由于整个系统 底部有%的倾斜度，污水自流进入第二池底部，并向上通过第二池的填料层，被位于二池表面的H型多孔 集水管均匀搜集，最后从二池填料底部流出系统该：艺独特的下行流一上行流水流方式有效的解决r其它 类型湿地易显现的“短路”现象，而且形成了下行流池好氧、上行流池部份厌氧的曳合水处置结构，增进r 硝化与反硝化作用，会明显提高系统的脱氮成效小见图ll）o布水管H型多孔集
17、水管5.工程实例潜流人工湿地改善官厅水库水质工程口工程简介：官厅水库是我国20世纪50年代初期修建的一座大型水库之一，是北京市的一个重要水源地。由于水 库上游地域1：农业进展迅速，排污量逐年增大，库区水质不断恶化，其要紧问题是有机污染和营养物质污 染,本工程是利用潜流人工湿地来改善官厅水库水质0工艺流程：人1：湿地系统位于河北省怀来县黑土洼村官厅水库旁，设5个面积相等的湿地单.元，总面积为200mL 湿地进、出区水位差为0.16mo芦苇和前草混合种植。湿地采纳水平潜流结构，持续运行，系统的进水为 官厅水库水。在人I：湿地之前设有沉淀池，以保证湿地进水中较低的悬浮物含量,这对湿地系统长期的稳 固
18、运行很重要。图12是潜流湿地的结构示意。进水区和出水区由砾石组成，出水管的位置可调控，使系统 在高、低水位交替运行，以提高去除率。底部的平均坡度为%，0.5mm厚的塑料薄膜防渗，基质分为3层, 厚度均为20cm,下边是粒径为2.0cm左右的砾石层，中间是粒径为0.5cm左右的砂砾层，上边是本地的 沙质上堞。最上面设25cm厚的爱惜高度。出水井图12官厅水库潜流人工湿地布水示意图优越性能：潜流人1：湿地对微污染的地表水源水有较好的处置成效，对有机物和NHr-N有较高的去除率，即便 在冬季严寒的条件下，对高镭酸盐指数和NHr-N仍然有相对高的去除率。潜流入匚湿地受气候阻碍相对 较小。在严寒的冬季，
19、对系统的进水口和出水口采取必然的保温方法，潜流入I：湿地在冰层的覆盖下能够 正常运行。6 .结语人1：湿地是一种低能耗、高效且与自然界相和谐的污水处置I：艺，正受到人们的愈来愈多地关注这 项技术比较适合我国国情，尤其适用于广大农村、中小城镇、居民小区及城市分散型的污水处置。可是国 内对这项技术的研究和应用尚处于起步时期，有关工艺设il的资料及应川的实例还不多见，尤其是在布水 的设计方面更为少见，有待结合我国不同地域的具体情形，深切地开展研究工作，取得适合于不同地域、 不同环境气候条件及不同污水特性的有效数据，以增进其在我国适本地域的推行应用。参考文献：1美悦宙格S坎贝尔，迈克尔H奥格登著 吴晓
20、英译湿地与景观中国林业出版设2005(第1版)P103|2|尹君,崔玉波漏著.人匚湿地污水处更技术|M)化学工业出版设环境能源出版中心出版发行2006 (第1版)P174|3旅婵,崔玉波.余丹,等.垂直潜流人工湿地污水处置特性山.工业用水与废水2006.37(5)|4|吴振斌，旃德吴张晟.等.攵合垂直流构建湿地的设计方式及净化成效川.武汉大学学报(工学版).2003.36(1).|5)付贵萍吴振斌.任明迅.等.垂直流人工湿地系统中水流规律的研究儿环境科学学报2001.21(6).|6|贺锌.吴振武.陶普,等.发合垂直流人工湿地污水处置系统硝化与反硝化作用几环境科学200526(1).|7刘红,代明利.欧阳威,等.潜源人工湿地改善官厅水库水质实般研究JL中国环境科学2003,23(5):462466.