本科毕业设计人工湿地处理城镇生活污水的工程设计Design on Municipal Domestic Sewage Treatment by Constructed Wetlands专 业： 环境工程 摘 要生活污水是我们日常生活过程中排放的污水，包括洗涤废水及卫生间用水。其主要特点是含有较高浓度的氮、磷。而过量的氮、磷排放又可以引发水体富营养化等水环境问题。对此国家颁布了“水十条”，加强了管理，并对污水处理提出了更高的要求。但是现有的很多城镇污水处理厂在工艺选择上大多数只经过二级生化处理，很难满足对氮、磷等指标提高排放要求的城镇污水处理厂综合污水排放标准（GB18918-2002）一级A标准，亟需增加深度处理单元。“地球之肾”之称的人工湿地，因为具有环境、经济、社会效益，是深度处理单元的最佳选择之一。本设计中采用了垂直潜流人工湿地（vertical subsurface flow constructed wetlands, VFCWs）系统作为深度处理单元，并对其经济性及可行性进行了分析。本文以辽宁省为例，设计每天可处理水量为10000 m3的污水处理厂。首先，污水经过细格栅、旋流沉砂池等预处理单元去除较大的漂浮物、悬浮物、部分有机物质等。再经过Orbal氧化沟进一步去除可溶性有机物质，达到一级B标准，之后经垂直潜流人工湿地实现脱氮除磷，达到一级A标准后排放。经过对各构筑物的计算及经济核算后，得出污水处理厂的运行费用为0.67元/吨，与传统的深度处理单元相比具有更好的经济效益。为了能在垂直潜流人工湿地的设计过程中选择更合适的参数，并验证垂直潜流人工湿地处理效果的稳定性，进行了实验室小试实验。小试实验装置以鹅卵石作为基质，处理人工模拟废水。实验结果显示当水力停留时间为2天时，COD和NH4+-N的平均去除率分别达到了79.31%和10.67%，处理效果相对稳定。因此运行费用低、处理效果稳定的人工湿地作为深度处理单元具有深远的意义。关键词：城镇生活污水；垂直潜流人工湿地；小试实验；毕业设计Design on Municipal Domestic Sewage Treatment by Constructed WetlandsAbstractThe municipal sewage, including wastewater from kitchen and bathroom, is discharged after secondary bio-treatment in the traditional wastewater plants. Hence, it can cause eutrophication by the excess discharge of nitrogen and phosphorus. It is necessary to add an advanced treatment plant to achieve increasingly strict standards and policies published by the environmental agency, especially in the concentration of nitrogen and phosphorus. It is commonly known that constructed wetlands are the kidney of the earth and environment-friendly. The purpose of this paper is to investigate the economic and operational feasibility of the vertical subsurface flow constructed wetlands (VFCWs) as an advanced treatment plant.In this paper, the wastewater treatment plant was designed to treat 10000 m3/d municipal sewage. First of all, the sewage was treated by pretreatment facilities like fine screens and vortex grit chambers to remove the precipitable solids, suspended solids and part of organic matters. Then other organics were degraded by Orbal oxidation ditch. Finally, nitrogen and phosphorus can be further treated by constructed wetlands. On the basis of calculations, we found that the operational cost was just 0.67 yuan per cubic meters. It was cheaper than other treatment processes. In addition, an experimental-scale reactor filled with cobbles was set up to simulate the operation of VFCWs. Under the hydraulic retention time was 2 days, the average removal ratio of COD and NH4+-N achieved to 79.31% and 10.67%, respectively. The results demonstrate that it is meaningful to use VFCWs as an advanced treatment system.Key Words：Municipal Sewage Wastewater；Vertical Flow Subsurface Constructed Wetlands；Experimental Scale Test；Graduation Project 目 录 摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 我国水环境及污水处理现状概述11.1.1 我国水环境现状11.1.2 城镇生活污水处理现状11.2 人工湿地概述11.2.1 人工湿地定义及组成11.2.2 人工湿地分类21.3 人工湿地污染物去除机理31.3.1 有机物去除机理31.3.2 氮的去除机理41.3.3 磷的去除机理41.4 人工湿地应用及发展51.4.1 人工湿地的应用51.4.2 人工湿地的发展现状51.5 设计内容及意义51.5.1 设计内容51.5.2 设计意义62 设计概述72.1 设计原则及依据72.2 设计要求72.3 工艺的选择82.4 工艺流程103 垂直潜流人工湿地小试实验113.1 材料与方法113.1.1 试验装置113.1.2 试验用水113.1.3 分析方法123.2 实验结果124 垂直潜流人工湿地系统设计计算144.1 格栅144.1.1 格栅简介144.1.2 格栅设计计算144.2 旋流沉砂池164.2.1 旋流沉砂池简介164.2.2 旋流沉砂池设计计算164.3 Orbal氧化沟184.3.1 Orbal氧化沟简介184.3.2 Orbal氧化沟设计计算194.4 二沉池(辐流式沉砂池）264.4.1 二沉池简介264.4.2 二沉池设计计算274.5 垂直潜流人工湿地304.6 污泥处理与处置334.6.1 污泥处理概述334.6.2 污泥处理设计计算344.7 工艺系统构筑物布置354.7.1 平面布置354.7.2 高程布置355 经济费用分析385.1 投资费用385.2 运行费用386 结论40参 考 文 献41附录A 主要符号说明43附录B 附图45致 谢46 -46 - 1 绪论1.1 我国水环境及污水处理现状概述1.1.1 我国水环境现状近年来，为了维护国家水安全及人民群众的切身利益，我国加大了对水污染控制的监管及防治力度。虽然水污染情况得到了有效改善，但是由过量的氮磷排放引发的水体富营养化等环境问题亟需解决。据中国环境状况公报（2015）数据显示，在对全国967个地表水国控断面（点位）开展的水质监测结果表明-类水质断面为64.5%、 -类为26.7%、劣类为8.8%。对61个湖泊（水库）的营养状态监测结果中，只有6个为贫营养状态1。另据全国环境统计公报（2015年）所述，2015年全国废水排放总量为735.3亿吨，其中城镇生活污水排放量为535.2亿吨。废水中COD排放量为2223.50万吨、NH4+-N排放量为229.91万吨、TN排放量为461.23万吨、TP排放量为54.68万吨2。由上述数据可知，氮、磷也是主要污染指标之一。1.1.2 城镇生活污水处理现状截至2016年6月底，全国共有3934座市城市、县污水处理厂，每日可处理1.69亿立方米污水。辽宁省城市和县城污水处理厂建成率为100%，每日可处理768.20万立方米污水，运行负荷率为83%。污水处理技术可以分为预处理、生物处理、深度处理及污泥处理处置等四个方面3。预处理技术包括沉淀、沉砂等物理化学过程，主要用于去除漂浮物、悬浮物、可沉淀固体及部分有机物质。生物处理技术包括传统活性污泥法、氧化沟、A/O、序批式活性污泥法(SBR)等工艺。大连市各污水处理厂分别采用了不同的生物处理技术，马栏河污水处理厂采用了曝气生物滤池工艺4，旅顺城市污水处理厂为A2O工艺5，大连泉水污水处理厂则采用了CAST工艺。深度处理工艺可以进一步去除悬浮物质使出水更加澄清，并实现脱氮除磷，减少对水体富营养化的影响，对部分无机物质也有去除作用，使出水作为回用水使用。1.2 人工湿地概述1.2.1 人工湿地定义及组成根据湿地公约中的定义，湿地包括长久或者暂时性的泥炭地、沼泽或者水域地带，静止或者流动的咸水、半咸水、淡水及水深在低潮时不超过六米的水域6。具有“地球之肾”美誉的湿地与森林、海洋一同称为地球的三大生态系统。湿地有以保护生态系统为主、净化污水为辅的天然湿地和利用物理、化学、生物作用而对污水进行净化的人工湿地之分。人工湿地系统主要由植物、填料及微生物组成。人工湿地系统不仅可以人为地控制条件，而且还具有运行费用低、操作简单、处理效果可靠稳定等优点。但是人工湿地占地面积较大，运行效果会受到气候变化及由此导致的植物生长情况不良等因素的限制6。植物是人工湿地污水处理的核心要素。芦苇、香蒲、黄花鸢尾、美人蕉等水生植物和盐角草、盐地碱蓬、碱蒿等陆生植物均可以作为湿地植物7。在众多人工湿地植物中芦苇、香