农村生活污水人工湿地方案

*****人工湿地处理生活污水项目

设

计

方

案

编制单位：长沙百金环保科技有限公司

编制时间：2016年6月

目录

一、概况 (1)

二、设计依据及基础资料 (2)

1. 设计依据 (2)

2. 设计原则 (2)

3. 项目所在地气象资料 (3)

4. 项目粗略规划图 (4)

5. 设计进出水水质 (5)

6. 设计水量 (5)

三、污染物分析及处理工艺提出 (5)

1. 排水污染物分析 (5)

2. 处理工艺提出 (6)

四、处理工艺概述 (7)

1.人工湿地对污染物的去除 (7)

2.人工湿地处理污水的特点 (9)

五、处理工艺设计 (11)

1. 污水处理工艺流程框图 (11)

2. 污水各处理单元功能描述 (11)

六、人工湿地设计规范 (12)

1. 工程设计 (12)

2. 防渗设计 (14)

3. 人工湿地填料 (14)

4. 植物选配 (15)

5. 布水与集水方式 (16)

6. 强化吸磷 (17)

7. 消毒及中水回用设施 (18)

七、结构设计 (18)

1. 化粪池 (18)

2. 格栅池 (19)

3. 人工湿地 (19)

4. 清水池 (20)

5. 纳污水渠 (20)

6. 控制系统 (20)

八、主要构筑物及设备汇总表 (21)

九、污水处理装置环保、安全设计 (22)

1. 污水处理设施环境保护设计 (22)

2. 污水处理厂安全设计 (23)

十、售后服务 (23)

一、概况

*********践行建设社会主义新农村的重大历史任务，明确“生产发展、生活宽裕、村容整洁、管理民主”的建设目标。加强农村生活污水的处理，是村容整洁的组成部分，也是社会主义新农村建设的重要内容。为进一步改善*********生产生活条件，统筹城乡发展，加快农村现代化、城乡一体化建设进程，*****建设规划以科学发展观为指导，以可持续发展为原则，以“致富门道明晰，基础设施完善，社保体系建立，社会和谐稳定”为主要任务，努力探索初具特色的新农村建设之路。

近年来农村生活水平提高显著，居住区面积扩大，生活用水量猛增；同时农村污水处置设施没有及时配套，水环境污染治理任务面临严峻的考验。生活废水已成为各地河道及排污沟污染的重要原因。随着全面建设小康社会的推进，全社会都在向社会主义新农村迈进，改善生活环境，整治村容村貌，消除脏、乱、差，成为当前人民群众的迫切要求。根据党的十六届五中全会提出的建设社会主义新农村的重大历史任务，和长沙市“加快农村城镇化、农业现代化和城乡一体化进程”精神，结合******的实际情况。计划对该村进行水环境治理和水生态建设，对村内污水进行必要的收集和处理，对排水管网进行统一的规划建设，科学有效的处理生活污水，成为现阶段迫切的任务。

二、设计依据及基础资料

1. 设计依据

1)《中华人民共和国环境保护法》

2)《中华人民共和国水污染防治法》

3)《污水综合排放标准》GB8978-1996

4)《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002

5)《人工湿地污水处理工程技术规范》HJ 2005-2010

6)《室外排水设计规范》GB50014-2006

7)《砌体结构设计规范》GB50003-2001

8)《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

9)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

10)《给水排水工程构筑物设计规范》GB50069-2002

11)《供配电系统设计规范》GB50052-95

12)《低压配电设计规范》GB50054-95

13)《三废处理工程技术手册》——污水卷

14)《水处理工程师手册》

2. 设计原则

□处理后生活污水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B排放标准。

□对污水中污染物进行分析比较，结合要求达到的处理后排放水水质标准，提出技术先进、工艺可靠、经济合理的工艺方案。

□从水务一体化的角度，科学论证污水量，优化系统布局，保护水环境。污水处理与综合利用相结合，构建人与自然和谐发展的优美生境。

□以改善生产生活环境为目标，走可持续发展道路。

□设计布局与周边环境相容，满足人与自然和谐共生的要求。依据生态、景观和高效处理的原则，尽量利用现有条件，做到污水处理工艺节能、低耗，且技术先进、操作简便，占地面积少，施工方便，投资省。

3. 项目所在地气象资料

属亚热带季风气候，气候温和，降水充沛，雨热同期，四季分明。年平均气温17.2℃，年均降水量1361.6毫米。夏冬季长，春秋季短，夏季约118—127天，冬季117—122天，春季61—64天，秋季59—69天。春温变化大，夏初雨水多，伏秋高温久，冬季严寒少。3月下旬至5月中旬，冷暖空气相互交绥，形成连绵阴雨低温寡照天气。从5月下旬起，气温显著提高，夏季日平均气温在30℃以上有85天，气温高于35℃的炎热日，年平均约30天，盛夏酷热少雨。9月下旬后，白天较暖，入夜转凉，降水量减少，低云量日多。从11月下旬至第二年3月中旬，节届冬令，平均气温低于0℃的严寒期很短暂，全年以1月最冷，月平均为4.4℃—5.1℃，一般的湿地植物都可以安全越冬，缓慢生长。

4. 项目粗略规划图

根据地形的实地情况，现将其划分为东北和西南两个居民区，并对应的修建污水处理单元。如图：

东北居民区

西南居民区东北污水设施选址

西南污水设施选址

5. 设计进出水水质

2.4.1 设计原水水质（同类型平均值）㎎/L

名称CODcr BOD5NH3-N SS

设计原水水质400 180 25 200

2.4.2 设计排水水质㎎/L

名称CODcr BOD5NH3-N SS

设计出水水质≤60 ≤20 ≤8 ≤20

6. 设计水量

本项目现计划接入的住户数约为220户共500人。其中东北居民区300人，西南居民区200人。人均污水产生量按120L/d·人计，则日污水排放总量量约为：东北区36t/d；西南区24t/d。

三、污染物分析及处理工艺提出

1. 排水污染物分析

本处理项目处于正在大力践行社会主义新农村生态建设的******，污水处理设施构（建）筑物必须与周围环境相协调，以生态工程为主，环境工程为辅，要表现出“和谐生态、美丽乡村”的意境。

在功能上主要是处理农村生活污水，水中污染主要是有机物及N、P等。进水BOD/ COD=0.45，大于0.35，说明污水容易生化处理，且出水需达到城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一

级B排放标准，宜选用生化二级污水处理工艺。

2. 处理工艺提出

几种常用污水二级处理工艺比较注：

项目氧化沟法接触氧化法人工湿地法基建投资大×较小◎较小◎

运行费用高△较低○低◎抗负荷变化能力抗水量、水质变化能力强◎抗水量、水质变化能力强◎抗水量、水质变化能力一般△环境影响噪音小、有臭味△无噪音、无异味◎无噪音、无异味◎污泥膨胀情况有污泥膨胀，调整简单△无污泥膨胀◎无污泥膨胀◎污泥回流100%，动力大×不需要◎不需要◎能耗较大△小◎小◎占地面积较大△小◎大×

操作管理较复杂△复杂×简单◎

BOD去除90%以上◎93%以上◎90%以上◎

气温水温影响较小○小◎较大△综合评价○◎◎

×为差；△为一般；○为良好；◎为优良。

由上表可以看出采用人工湿地工艺具有投资少、能耗低、运行费

用低、操作维护简便、环境协调性好。且符合*****社会主义新农村

生态建设的主体方针，结合我们的实际工程经验，本污水处理工艺选

用人工湿地工艺。

四、处理工艺概述

清水池

人工湿地示意图

1.人工湿地对污染物的去除

人工湿地对废水的处理有十分复杂的净化机理，人工湿地运行稳定后，其填料表面吸附了许多微生物形成的大量生物膜，植物根系分布于湿地表面和填料间隙中，于自然生态系统中通过物理、化学及生物反应三重协同作用净化污水。本工程人工湿地的优点是结构简单、投资少、管理运行方便、表面所栽的植物既能净化污水又能美化环境，完美诠释“和谐生态、美丽乡村”。

人工湿地主要有表面流式、水平潜流式和垂直潜流式，三种方式均能高效地对污水中的氮、磷的进行去除，在工程中可根据实际情况来选择。

其中表面流湿地处理系统是人工筑成的床横槽，床内充填介质支持挺水植物生长。床底设粘土隔水层，并具为一定的坡度。污水从人工湿地的一端进入，从表面水平流过介质，与布满生物膜的介质表面和溶解氧充分的植物接触，在这一过程中得到净化。

1）人工湿地对SS（悬浮物）的去除

污水中可沉降的SS主要依靠湿地系统中物理沉降作用去除。由于湿地中水的流动极其缓慢，水浅，加上植物茎杆的阻挡作用，ss在进水口几米内能有效地去除。实验表明，所有的固体物在系统最初的20％面积处得到去除。胶体状的SS主要依靠微生物的作用、填料渗滤作用去除。

2）人工湿地对有机物的去除

人工湿地对有机物有着较强的降解能力，污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用，而污水中的可溶有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解去除，因此湿地床对有机物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的结果。反应过程中主要氧源来自水面复氧和植物向根区的过量氧传导。湿地系统对BOD的去除可达80％以上。

3）人工湿地对氮的去除

氮是植物生长不可缺少的一种元素，污水中的无机氮通常包括NH3—N和NO3—N，它们均可以被湿地中植物吸收。合成植物蛋白质，最终通过植物的收割从湿地中得到去除。另外，人工湿地中的填料也可通过一些物理和化学的途径如吸收、吸附、过滤、离子交换等去除一部分污水中的氮；但是，湿地系统中氮的去除是主要的还是通过湿地中微生物的硝化和反硝化作用。人工湿地中种植的水生物植物的重要功能之一就是将氧气从上部输送至植物根部，从而在植物根区

附近形成一个好氧环境，而随着离根系距离的逐渐增大，湿地中依次出现缺氧、厌氧状态。这样的条件有利于硝化菌和反硝化菌的生长。为硝化反应和反硝化反应的进行提供条件。

4）人工湿地对磷的去除

污水中磷的存在形态取决于污水中磷的类型。最常见的有磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐等。人工湿地对磷的却除是通过植物的吸收、微生物的去除作用和填料的吸收过滤等几方面的作用共同完成的。磷和氮一样，都是植物的必需元素，污水中的无机磷在植物的吸收和同化作用下被合成ATP等有机成分，通过收割而从系统中去除。微生物对磷的去除作用包括微生物对磷的正常吸收和过量积累，湿地中某些细菌种类因从污水中吸收超过其生长所需的磷，而微生物细胞的内含物储存过量积累，可通过对湿地床的定期更换而将其从系统中去除，同时人工湿地中的某些填充介质如高炉炉渣、石膏、粉煤灰陶粒、蛭石、石灰石等能吸收一部分磷，起到强化除磷的作用。

2.人工湿地处理污水的特点

概括地讲，人工湿地处理污水主要有如下几个优点：

1）高效

人工湿地系统的显著特点之一就是其对污染物有较强的降解能力，它对污水中的COD、BOD、SS、N、P都有很好的去除效果。有研究表明，对某些进水浓度较高的废水，人工湿地对BOD5与COD的去除率仍可分别达到90％左右。人工湿地对氮和磷的去除率可分别

达到60％和90％以上，而城市二级污水处理厂对氮和磷的去除效率仅有20％~40％。且人工湿地对负荷的变化有着较强的适应力，当污染物的有机负荷和水力负荷在一定范围内波动时，人工湿地都有很好的适应性。

2）经济

尽管不同的人工湿地系统因地而异，差异较大，但总体来看，湿地系统的基建和运行费用一般仅为传统二级处理厂的l/10至l/2。对我国己建成或正在兴建的人工湿地系统进行分析，可看出人工湿地的投资远低于常规二级污水处理设施。且由于人工湿地基本上无机电设备，故其能耗极低，维护方便，不需专业的技术人才管理整个系统的运转，因此节约了大批运行费用和人工费用。

3）美观

人工湿地作为一种“自然”的处理技术，在其具有显著的生态环境效益的同时，也有着较强的观赏性，它可以与大都市风景园林建设和生态型新农村建设相结合，建设集观赏、娱乐和污水处理厂于一体的旅游景点，而且对充分利用和节约淡水资源有着更深层次的意义。目前国内已有这方面的成功应用。

自然条件下的生物处理法不但费用低廉、运用管理简便，而且对难生化降解有机物、氮磷营养物和细菌的去除率略高于常规二级处理，达到部分三级处理的效果，而其基建费用和处理成本只分别为二级处理厂的1/5至1/3和1/20至1/10。此外，在一定条件下，自然处理法还可获得除害兴利、一举两得的效果。所以，近十多年来，这

类古老的废水处理技术又恢复了生机，并在国内外得到迅速发展。 综上所述，本项目处理工艺采用： 生活污水→化粪池→格栅→人工湿地→清水池→排放或回用的工艺流程。

五、处理工艺设计

1. 污水处理工艺流程框图

2. 污水各处理单元功能描述

1）化粪池

截留生活污水中的粪便等残渣，对粪便等发酵处理，只有上清液流入污水收集的管道，能够去除30%~40%的有机物。

化粪池的第一格为进粪池，主要用于接纳新鲜粪便，达到化粪和沉淀的作用，为下一步厌氧发酵提供条件；第二格为沉卵灭菌池，由于这里有良好的厌氧环境，可以对溢出进粪池的粪便中飘荡的虫卵进行沉降散出，粪渣进行发酵分解，形成粪渣粪液两层；第三格为排放池，当粪液到达这里时，已经过深度厌氧发酵，其中的有机物、悬浮物已所剩无几，同时将洗浴、厨房用水接入，进行简单的沉淀预处理

生活污水

化粪池

人工湿地

排放或回用

格栅井

清水池

等。

2）格栅井

用于去除原污水中悬浮物及大颗粒杂物，保护后续的运行稳定。根据实际情况，确定人工清渣频率。

3）人工湿地

人工湿地运行稳定后，其填料表面吸附了许多微生物形成的大量生物膜，植物根系分布于湿地表面和填料间隙中，于自然生态系统中通过物理、化学及生物反应三重协同作用净化污水。

4）清水池

经过前面一系列处理，污水经过清水池后达标排放。清水池用于观察和取样。

六、人工湿地设计规范

1. 工程设计

1）人工湿地池体可采用混凝土、砖、毛石或黏土结构，采用混凝土和砖砌结构时池底需要设置不低于150mm厚的C10混凝土垫层，采用黏土结构时，防渗要求需要符合5.5规定。

2）水平潜流人工湿地的单元长宽比宜控制在3:1-10:1之间，垂直流人工湿地长宽比宜控制在1:1- 3:1之间。对于长宽比小于1或不规则的潜流人工湿地，应考虑人工湿地均匀布水和集水的问题。

3）潜流人工湿地设计中如采用多个人工湿地单元时，独立单元面积不宜大于800m2。多个人工湿地并联时，各单元面积应平均分布，

并保证配水均匀。

4) 潜流人工湿地的应保持一定深度，以保证人工湿地单元中植物的生长及必要的好氧条件。在设计人工湿地时，应考虑雨季暴雨径流带来的超高水位，此时淹没的最大深度应保证大部分植物能够生存并发挥功能，淹没深度宜控制在200mm以下。

5) 在冬季易发生冻害的地区，人工湿地设计时应考虑以下两种保温防冻措施：

①低温环境时将人工湿地水位上升至人工湿地表面上≥50mm位置，形成表面冰层对人工湿地填料区及水生植物根系进行保温。

②在人工湿地表面覆盖树叶、树枝或农用塑料薄膜进行隔离，减少人工湿地热量散失。

6）人工湿地防堵塞设计时，应综合考虑污水的悬浮物浓度、有机负荷、投配方式、基质粒径、植物、微生物、运行周期等因素。可采用以下方法降低堵塞的几率：

①人工湿地采用多个单元并联运行时，可以考虑每隔5-7d对部分人工湿地停止进水1-2d，采取间歇运行的方式。

②可对污水进行预曝气，提高人工湿地基质中的溶解氧，更好地发挥微生物的分解作用，防止土壤中胞外聚合物的蓄积。

③选择合适的基质粒径及级配，基质粒径及级配的选择应综合考虑净化效果和防止堵塞因素。

7）潜流人工湿地，水位控制应保证其接纳最大设计流量时，进水端不能出现雍水现象，防止发生表面流。

8）人工湿地出水排放应按照当地有关部门要求设置排放口，排放口应采取防冲刷、消能、加固等措施。

2. 防渗设计

1）人工湿地建设时，应在底部和侧面进行防渗处理。

2）当原有土层渗透系数大于10-8m/s时，应构建防渗层，一般采取下列措施：

①水泥砂浆或混凝土防渗：砖砌或毛石砌后底面和侧壁用防水水泥砂浆防渗处理，或采用混凝土底面和侧壁，按相应的建筑工程施工要求进行建造。

②塑料薄膜防渗：薄膜厚度宜大于1.0mm，两边衬垫土工布，以降低植物根系和紫外线对薄膜的影响。宜优选PE膜，敷设要求应满足《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》等专业规范要求。

③黏土防渗：采用黏土防渗时，黏土厚度应不小于60cm，并进行分层压实。亦可采取将黏土与膨润土相混合制成混合材料，敷设不小于60cm的防渗层，以改善原有土层的防渗能力。

3）对于渗透系数小于10-8m/s，且有厚度大于60cm的土壤或致密岩层时，可不需采取其他防渗措施。工程建设中，应对湿地底部和侧壁60cm厚度范围进行渗透性测定。

3. 人工湿地填料

1）人工湿地填料应能为植物和微生物提供良好的生长环境，并具

有良好的透水性。填料安装后湿地孔隙率不宜低于0.3。

2）人工湿地常用的填料有石灰石、矿渣、蛭石、沸石、砂石、高炉渣、页岩等，碎砖瓦、混凝土块经过加工、筛选后也可作为填料使用。

3）填料应预先清洗干净，按照设计确定的级配要求充填。

4）为提高人工湿地对磷的去除率，可在人工湿地进口、出口等适当位置布置具有吸磷功能的填料，强化除磷。

5）在水平潜流人工湿地的进水区，人工湿地填料层的结构设置，应沿着水流方向铺设粒径从大到小的填料，颗粒粒径宜为16~6mm，在出水区，应沿着水流方向铺设粒径从小到大的填料，颗粒粒径宜为8-16mm。

6）人工湿地填料层的结构设置，垂直流人工湿地一般从下到上分为滤料层、过渡层和排水层，滤料层一般由粒径为0.2~2mm之间的粗砂构成，厚度为500-800mm左右；过渡层由4~8mm的砂砾构成，厚度为100-300mm左右；排水层一般由粒径为8~16mm的砾石构成，厚度为200-300mm左右。

7）为避免布水对滤料层的冲蚀，可在布水系统喷流范围内局部铺设50mm的覆盖层，粒径范围为8~16mm的砾石。

4. 植物选配

1）人工湿地植物的选择宜符合下列要求：

①根系发达，输氧能力强；

②适合当地气候环境，优先选择本土植物；

③耐污能力强、去污效果好；

④具有抗冻、抗病害能力；

⑤容易管理；

⑥有一定的景观效应。

2）人工湿地常用的植物有芦苇、香蒲、菖蒲、旱伞草、美人蕉、水葱、灯心草、水芹、茭白、黑麦草等。

3）植物种植时间宜选择在春季。为提高低温季节净化效果，人工湿地植物宜采取一定的轮作方式，秋冬季节可种植黑麦草、水葱、水芹等具有耐低温性能的植物。

4）植物种植初期的密度可根据植物种类进行选择，芦苇行距、株距分别为30cm、30cm；香蒲行距、株距分别为30cm、30cm；菖蒲行距、株距分别为25cm、20cm；旱伞草行距、株距分别为30cm、30cm；美人蕉行距、株距分别为30cm、20cm；水葱行距、株距分别为30cm、20cm；灯心草行距、株距分别为30-45cm、30-45cm；水芹行距、株距分别为5-8cm、5-8cm；茭白行距、株距分别为50cm、50cm；黑麦草行距为15-30cm。

5）植物种植时，应保持池内一定水深，植物种植完成后，逐步增大水力负荷使其驯化适应处理水质；

6）同一批种植的植物植株大小应均匀，不宜选用苗龄过小的植物。

5. 布水与集水方式

1）为保证人工湿地配水、集水的均匀性，集配水系统宜采用穿孔管、配（集）水管、配（集）水堰等方式。

2）表面流人工湿地采用一端进水，以不大于0.2m/s的流速经过人工湿地表面处理后，再从另一端出水。

3）水平潜流人工湿地可采用穿孔花墙配水、并联管道多点布水或穿孔管布水等方式，保证水流从进口起沿水平方向流过填料层后均匀流出。穿孔花墙孔口流速不宜大于0.2m/s。穿孔管流速宜为1.5~2.0m/s，配水孔宜斜向下45o交错布置，孔口直径不小于5mm，孔口流速不小于1m/s。

4）垂直流人工湿地宜采用穿孔管配水，穿孔管应均匀布置。穿孔配水管应设置在滤料层上部（见垂直流人工湿地图），配水管流速及配水孔要求同5.5.3。

5）水平潜流人工湿地与垂直流人工湿地宜采用穿孔管集水，穿孔集水管应设置在末端底层填料层，集水管流速不宜小于0.8m/s，集水孔口宜斜向下45o交错布置，孔口直径不小于10mm。

6. 强化吸磷

1）为提高人工湿地除磷效果，设计时应考虑利用具有良好吸磷性能的填料强化吸磷。

2）人工湿地吸磷填料宜采用含钙、镁较为丰富的高炉炉渣、石膏、粉煤灰陶粒、蛭石、石灰石等，吸磷填料的种类及数量应通过试验确

定。

3）吸磷填料宜布置在人工湿地中部或末端，级配应与主体填料级配基本一致，以保证水流状态均匀。

4）为减轻吸磷填料的饱和和堵塞问题，宜选用空隙率较高、具有良好附着性能的填料；吸磷填料应便于清理和置换。

7. 消毒及中水回用设施

1）人工湿地用于城市污水和生活污水处理时，应设置消毒设施。

2）人工湿地污水处理工程的消毒设施和有关建筑物的设计，应符合GB50014 中的有关规定。

3）在特殊情况，如传染病暴发或对病菌有较高出水要求时，应对出水进行消毒处理。消毒要求应符合GB50014 中的有关规定。4）人工湿地污水处理工程的出水作为再生水利用时，应符合GB50335 中的有关规定。

七、结构设计

1.化粪池

（东北、西南一致）

·功能：对住户污水进行沉降发酵等预处理后排入纳污水渠。

·设计参数：1.2m×2.4m三格式化粪池

·结构和数量：平均2~3户居民一座，采用玻璃钢材料