潜流人工湿地设计与经济分析_崔玉波

收稿日期:2001-05-09.作者简介:崔玉波(1968～),男,内蒙古林西县人,副教授,硕士.＊吉林建筑工程学院青年基金项目.文章编号:1009-0185(2002)03-0009-03潜流人工湿地设计与经济分析崔玉波宋铁红王翠兰(吉林建筑工程学院环境工程系,长春130021)摘要:介绍了潜流人工湿地设计参数和考虑因素,以期将系统设计成能够最大程度发挥天然湿地的物理、化学,以及生物潜能的工程系统.经过经济对比发现,该技术较传统的废水处理具有投资低和运行管理费用低等优点,是小城镇和农村进行废水处理的较佳选择.关键词:潜流人工湿地;设计;经济分析中图分类号:X52文献标识码:A1设计参数和考虑的因素潜流人工湿地较传统废水处理系统的优点是其简单性.而通过预处理、曝气、回流,以及其它机械方法来改善湿地性能的做法失去了湿地技术简单性的优点.由于可提供的工具有限,在工程中改进就更困难.理想的潜流人工湿地系统是充填砾状介质、没有移动颗粒及只需要太阳能和简单的管理.较大的湿地系统可能需要一些设备.只有需要特别满足某种水质要求时,才考虑附加设置曝气池等处理工艺的复杂湿地系统.一极处理:潜流人工湿地必须有一级处理工艺以去除可沉淀物质,否则将会很快堵塞床体.一般用于一级处理的沉淀池HRT为36h(基于峰值流量).床体规格:长宽比影响BOD,TSS和氨的去除,较大的长宽比较好,一般为4∶1.分区:较大的潜流人工湿地应该分区,分成几个平行的单元,这样可以分配流量,利于植物管理和保护植物免受病虫危害.潜流人工湿地的大小,可通过一些经验和半经验公式求得,这些公式是通过废水流经多孔床体的推流式模型和达西定律推导所得.横断面:Ac=Q/(Ks×S)式中Ac—横断面面积(宽×深)(m2);Ks—水力传导率(m3/m2·d);Q—流量(m3/d);S—床体坡度(m/m).床体深度是设计的关键参数之一,它取决于所利用的植物种类,通常为60cm～90cm.好氧降解的活性区在根系区.增加BOD和NH3去除率的一种可能方法是在床体底部设置挡板,例如布设砂格.一般植物的根是圆锥形的,故水流经过床体底部时只通过较少的根系空间.在80cm深的床体底部设置30cm的挡板,这样可以为湿地植物提供80cm的生长空间,但只允许水流经上部50cm的浓密根系区.采取这种方法,计算将基于水流深度而非实际深度.基于植物选择和处理目标的变深度床体有待于深入研究.BOD去除率:BOD去除率是在推流式一级反应动力学基础上推导出来的.A=Q((lnC0-lnCe)/(KT×d×Υ)式中A—湿地面积(m3);Q—流量(m3/d);C0—进水BOD(mg/L);Ce—出水BOD(mg/L);KT—一级反应速率常数(d-1);d—床体深度(m);Υ—床体孔隙度;T—温度℃).一级反应速率常数由下式计算:第19卷第3期2002年9月吉林建筑工程学院学报JournalofJilinArchitecturalandCivilEngineeringInstituteVol.19No.3Sep.2002KT=K20×1.06T-20K20—1.84(中砂介质,最大粒径1mm,占10%;1.35(粗砂介质,最大粒径2mm,占10%);0.86(砾砂介质,最大粒直径8mm,占10%).方程不是HRT的直接函数,但可以通过流量、横截面面积、床体深度和孔隙度来确定.一些研究者指出,BOD负荷率应在80kg/ha·d～110kg/ha·d以下.水力停留时间:HRT=A×d×Υ/Q(基于BOD去除率参数)HRT=L/(ks×S)(基于水力学)式中L—床体长度;ks—水力传导率(m3/m2·d);S—床体坡度(m/m)关于去除氮的经验推导方程也有报导,但都不含温度参数,意义不大.坡度:坡度影响HRT并进而影响营养物去除率.床体坡度可随充填介质的水力传导率而变,但必须同时考虑其它因素.据报导,4%的坡度并不能引起水流过速,这一数值也是芦苇床的控制坡度.也有报导小于100英尺采用零坡度,靠水力坡度来计算HRTs.2潜流人工湿地与传统废水处理费用比较土地费用占建造人工湿地费用的大部分,当土地价格相对便宜,利用人工湿地处理废水就很经济.Conl-ry(1991)建议水力负荷率取5cm/d～16cm/d.假设7cm/d,120加仑/人,那么,人均需要7.5m2的湿地面积.一个150户700人的社区需要5250m2的湿地面积,而排水区、沉淀池等所需面积大约是这个数值的3倍.Yin(1995)报导,潜流人工湿地初建费约20/m2,运行费0.025/m2·d.使用这一估算,处理150户废水的人工湿地需初建费105000,运行费47900/y.这一估计合乎道理,但运行费估计过高,不能代表正在使用中的湿地系统的运行费用,实际运行费要少得多.Cue