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1、【工業(yè)工程論文】人工濕地處理工業(yè)廢水的工藝設(shè)計(jì) 1工藝設(shè)計(jì) 1.1工藝流程 工藝的選擇直接關(guān)系到處理出水的水質(zhì)指標(biāo)能否穩(wěn)定可靠的達(dá)到處理要求、運(yùn)行管理是否方便、建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用是否節(jié)省，以及占地和能耗指標(biāo)的高低，因此，工藝方案的選擇非常關(guān)鍵。項(xiàng)目濕地的進(jìn)水水質(zhì)具備以下特征：(1)廢水進(jìn)入人工濕地前，預(yù)先經(jīng)過(guò)芬頓工藝處理，有機(jī)污染物大部分被分解，剩余部分難分解的高分子有機(jī)物；(2)廢水中含有一定鹽度(主要為鐵鹽、硫酸鹽與氯鹽)，約1%~2%；(3)水質(zhì)波動(dòng)大，進(jìn)水水質(zhì)的氨氮指標(biāo)有較大浮動(dòng)，最高氨氮可達(dá)120mg/L；水中磷以元素磷、正磷酸鹽、縮合磷酸鹽、

2、焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和有機(jī)團(tuán)結(jié)合的磷酸鹽等形式存在，而項(xiàng)目進(jìn)水以除正磷酸鹽外的形式為主，不利于植物吸收。因此，工藝的選擇應(yīng)根據(jù)水質(zhì)、水量、設(shè)計(jì)出水要求、以及當(dāng)?shù)氐臏囟取⒐こ痰刭|(zhì)等因素綜合考慮。具體工程的選擇原則為：(1)工藝選擇保證合理性、先進(jìn)性和成熟性的有機(jī)結(jié)合，確保處理后的污水再生水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)二次污染；(2)在出水達(dá)標(biāo)的前提下，盡可能采用節(jié)能、高效的處理設(shè)備，降低建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用；(3)工程操作、運(yùn)行與維護(hù)管理簡(jiǎn)單、方便，設(shè)備運(yùn)行性能可靠；本設(shè)計(jì)方案選定的工藝為“提升泵池+垂直流人工濕地+景觀(guān)水池”。項(xiàng)目廢水通過(guò)一系列環(huán)保處理工藝處理至濕地進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)后排入清液緩存池中均質(zhì)，緩存池設(shè)有氨

3、氮在線(xiàn)分析儀以及COD在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，對(duì)水質(zhì)中的COD指標(biāo)與氨氮指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)滿(mǎn)足濕地進(jìn)水要求時(shí)，則PLC進(jìn)行“模式一”的進(jìn)水方案(正常運(yùn)營(yíng))，清液緩存池內(nèi)的水泵將廢水動(dòng)力提升至高效垂直流人工濕地中，同時(shí)經(jīng)砂石填料的過(guò)濾、特殊填料的吸附作用、濕地植物的吸收以及微生物的分解作用后，水中污染物得到去除，出水由底部集水管道輸送至景觀(guān)池中，與景觀(guān)池連接的管道末端設(shè)置可調(diào)節(jié)式管接，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要調(diào)整人工濕地的好氧—厭氧比重，進(jìn)而微調(diào)微生物的硝化、反硝化作用，對(duì)污水中氨氮、硝態(tài)氮進(jìn)行針對(duì)性控制，達(dá)到污水的高效效率處理。景觀(guān)池出水通過(guò)管道輸送至指定排放點(diǎn)中計(jì)量排放。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)超出濕地進(jìn)水要求時(shí)，

4、則PLC進(jìn)行“模式二”的進(jìn)水方案(事故運(yùn)營(yíng))。當(dāng)末端氨氮在線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)水質(zhì)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟應(yīng)急吸附閥，同時(shí)關(guān)閉總排水閥，污水通過(guò)應(yīng)急循環(huán)水泵，將污水抽至I級(jí)應(yīng)急吸附池與II級(jí)應(yīng)急吸附池中進(jìn)行處理，凈化后的水進(jìn)入排放池中，經(jīng)操作員檢測(cè)合格后排放；當(dāng)末端COD在線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)水質(zhì)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，或氨氮與COD同時(shí)超標(biāo)時(shí)，只開(kāi)啟內(nèi)循環(huán)閥，同時(shí)關(guān)閉總排水閥，應(yīng)急循環(huán)水泵將超標(biāo)水質(zhì)抽至高效垂直流人工濕地布水主管中，由配水支管與配水電動(dòng)閥進(jìn)行脈沖配水，實(shí)現(xiàn)污水循環(huán)不外排，直至末端在線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備合格后恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。出水達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排放。 1.2主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

5、 污水通過(guò)管道流入提升泵池，再進(jìn)入垂直流人工濕地系統(tǒng)，通過(guò)均勻布水，植物吸收分解、濕地凈化后，出水最終流入景觀(guān)水池，實(shí)現(xiàn)處理流程的完結(jié)。 1.2.1提升泵池及泵房 1.2.1.1提升泵池 設(shè)計(jì)流量：Q=900m3/d，數(shù)量：1座，有效水深：h=4.0m，有效容積：V=150m3，結(jié)構(gòu)：鋼砼。 1.2.1.2進(jìn)水泵房 設(shè)計(jì)流量：900m3/d，數(shù)量：1座，尺寸：平面尺寸為75m。其中，提升泵的Q=20m3/h，H=8m，N=4kW，共3臺(tái)(兩用一備)。 1.2.2垂直流人工濕地 垂直流

6、人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)是一種生態(tài)工程處理技術(shù)，是人工濕地的一種類(lèi)型，其基本原理是在一定的填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)待處理的污水以垂直潛流的方式通過(guò)濕地處理系統(tǒng)時(shí)，污水中的污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被系統(tǒng)吸收或分解，最終使水質(zhì)得到凈化[4-7]。設(shè)計(jì)參數(shù)方面，垂直流人工濕地面積為4064m2，濕地高度設(shè)計(jì)為1.6m，濕地內(nèi)填料層高度設(shè)計(jì)為1.5m。 1.2.3景觀(guān)水池 設(shè)計(jì)流量：900m3/d，數(shù)量：1座，有效水深：1.0m，池體尺寸：r=4.5m，結(jié)構(gòu)：鋼混，其他：種植部分挺水植物、沉水植物，以增強(qiáng)景觀(guān)效果。 2垂直流

7、人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1填料及微生物菌種 本工程所選用填料主要為不同的砂礫級(jí)配，填料厚度1.5m，從上至下依次為50cm厚粒徑0~5mm砂石填料層(包括10cm的特殊填料)，30cm厚特殊填料層，40cm厚粒徑10~30mm砂石填料層，30cm厚粒徑20~40mm碎石填料層。特殊填料由活性炭與沸石按比例混合而成，為濕地長(zhǎng)效運(yùn)行，活性炭與沸石配比設(shè)定為25%：75%。為增強(qiáng)特殊填料對(duì)COD、NH4+-N的去除作用，將特殊填料分兩部分，其中0.3m鋪設(shè)在原來(lái)的位置，包裹植物根系，0.1m鋪設(shè)在上層布水管管溝中。由于人工濕地對(duì)TP去除效果一般，為增加人工濕地對(duì)TP的去

8、除效果，可在碎石層中混合鋪設(shè)0.1m石灰石。與此同時(shí)，在垂直流濕地系統(tǒng)中添加高效微生物菌種，利用復(fù)合微生物進(jìn)行污染環(huán)境治理是近幾年才發(fā)展起來(lái)的新型污染治理技術(shù)[8-10]。它以處理工藝簡(jiǎn)單，對(duì)污染位點(diǎn)的干擾、破壞小、污染物降解速度快、降解徹底、不易造成二次污染等優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是一項(xiàng)很有希望、很有前途的水污染治理技術(shù)。本項(xiàng)目中所用高效微生物菌種主要由含銅綠假單胞菌、施氏假單胞菌、海洋假單胞菌、糞產(chǎn)堿菌、脫氮副球菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌等。其中既有分解性細(xì)菌，又有合成性細(xì)菌，既有厭氧菌、兼性菌，又有好氧菌，是一個(gè)多種菌共存的生物集合。高效微生物菌種主要用于人工濕地投加，菌種的投加可

9、加快菌群形成速度和污水處理效率，同時(shí)菌種的投加還可優(yōu)化微生物群落，強(qiáng)化處理效果。 2.2防滲設(shè)計(jì) 人工濕地在安裝工作時(shí)也需做好嚴(yán)格的防滲處理，達(dá)到雙保險(xiǎn)的目的。按照《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2005-2010)，人工濕地底部和側(cè)面應(yīng)進(jìn)行防滲處理，防滲層的滲透系數(shù)不低于10~8m/s。本項(xiàng)目垂直流人工濕地的防滲層也按此規(guī)范進(jìn)行，具體做法為修筑好濕地池體后，鋪設(shè)垃圾填埋場(chǎng)專(zhuān)用光面HDPE防滲膜(厚度1.0mm)。 2.3配水管與運(yùn)行 為了保證濕地系統(tǒng)布水均勻，人工濕地劃分成21個(gè)配水單元，每個(gè)配水單元約200m2。本次90

10、0m3/d規(guī)模的尾水治理工程的工藝管道由兩部分組成，上層布水管道與下層集水管道。通過(guò)水泵將清液儲(chǔ)存池的原水動(dòng)力提升至垂直流人工濕地，進(jìn)入布水區(qū)域后東西向分成2條，最終由蝶閥控制每個(gè)配水單元的穿孔管進(jìn)行布水。 2.3.1上層布水管設(shè)計(jì) 尾水由項(xiàng)目進(jìn)水動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)DN80PE主管輸送至高效垂直流人工濕地后，東西向分為2條DN80PE布水主管，布水干管(DN65，PE材質(zhì))與主管垂直相接，主管兩側(cè)干管各設(shè)一控制閥門(mén)，干管兩側(cè)對(duì)稱(chēng)駁接DN40PE穿孔管，向各濕地單元均勻布水。穿孔管間距2.0m，管孔φ5mm，孔間間距200mm，采用熱熔連接。不同管徑使用轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行變換連

11、接。 2.3.2垂直流人工濕地下層集水管設(shè)計(jì) 在濕地床體中間位置設(shè)置集水管，集水主管采用管徑為DN150PE管，穿孔集水干管采用管徑為DN100PE管，斜向下30雙側(cè)間隔開(kāi)孔，穿孔集水管間距16m。出水收集后匯入景觀(guān)池中，在景觀(guān)池中的集水主管向上蔓延，向上蔓延的長(zhǎng)度可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，最終引至排放渠內(nèi)計(jì)量排放。每個(gè)人工濕地下層管道均設(shè)置有通氣管，用于消除濕地內(nèi)部負(fù)壓，提高配水下滲速度。 2.3.3管道閥門(mén)的選用及布置 閥門(mén)選用首先掌握介質(zhì)的性能、流量特性，以及溫度、壓力、流速、流量等性能，然后，結(jié)合工藝、操作、安全諸因素，選用相應(yīng)類(lèi)型

12、、結(jié)構(gòu)形式、型號(hào)規(guī)格的閥門(mén)。本項(xiàng)目垂直流人工濕地配水系統(tǒng)中，需要對(duì)進(jìn)水進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)合閥門(mén)的特點(diǎn)及本項(xiàng)目的需要，選擇蝶閥作為進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，通過(guò)蝶閥的圓盤(pán)控制管道污水的開(kāi)關(guān)。首先在濕地進(jìn)水主管上調(diào)壓閥、安裝手動(dòng)蝶閥、電動(dòng)蝶閥和電磁流量計(jì)，其次在濕地進(jìn)水管以及布水干管上安裝水表、手動(dòng)蝶閥和電動(dòng)蝶閥。應(yīng)急事故管道以及最終排水管道(均為PE管)各安裝一個(gè)手動(dòng)蝶閥和電動(dòng)蝶閥。 2.4植物設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)種植植物與廠(chǎng)區(qū)環(huán)境相協(xié)調(diào)，重點(diǎn)選擇去污能力較高并且具有一定的耐鹽能力的植物品種。種植方式為分區(qū)種植，具體分區(qū)和造型根據(jù)周?chē)坝^(guān)情況布置，以保證與整體景觀(guān)協(xié)調(diào)一致。 2

13、.4.1設(shè)計(jì)原則 根據(jù)污水性質(zhì)及當(dāng)?shù)貧夂?、地理?shí)際狀況以及相關(guān)文獻(xiàn)的論證結(jié)果，選擇適宜的水生植物，才能建立良好的填料—植物系統(tǒng)，保證良好的凈化效果。濕地水生植物的選擇原則如下：(1)能適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的植物或天然濕地原存的優(yōu)勢(shì)種。(2)根據(jù)處理對(duì)象即污水的特性選擇適宜的植物；如多年生的蘆葦、風(fēng)車(chē)草、花葉蘆荻等去除BOD5、N、P的效率高。這些植物根系發(fā)達(dá)，根狀莖粗壯，形成不定芽，是微生物棲息生長(zhǎng)的良好介質(zhì)，在根區(qū)能形成巨大的生物量，具有強(qiáng)大的凈化能力。一些維管組織的莖、根狀莖具有發(fā)達(dá)的呈海綿狀空腔組織，氧氣能通過(guò)這些空腔利用葉從大氣中將氧輸送至根部，這樣其根區(qū)恰如一個(gè)好氧反應(yīng)區(qū)，具

14、有生物膜法的凈化功能。(3)多種植物混植或串聯(lián)種植，發(fā)揮各自?xún)?yōu)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的總體凈化能力。(4)景觀(guān)效果好，能美化環(huán)境，為戶(hù)外休閑娛樂(lè)提供良好的環(huán)境。 2.4.2濕地植物選擇 通過(guò)試驗(yàn)及查閱相關(guān)文獻(xiàn)，篩選對(duì)高鹽廢水有較高適應(yīng)性的人工濕地植物，得出蘆葦、花葉蘆荻和香根草長(zhǎng)勢(shì)最好；蜘蛛蘭、風(fēng)車(chē)草、檉柳長(zhǎng)勢(shì)一般；紅樹(shù)林類(lèi)植物、鳶尾、紙莎草、千屈菜和水蔥長(zhǎng)勢(shì)較差，因此，蘆葦、花葉蘆荻和香根草為高鹽廢水濕地項(xiàng)目的主要植物用于大面積栽植，而蜘蛛蘭、風(fēng)車(chē)草、檉柳可作為次要植物，可小面積種植。紅樹(shù)林類(lèi)植物、鳶尾、紙莎草、千屈菜和水蔥長(zhǎng)勢(shì)較差，將不予以考慮。 3結(jié)論 經(jīng)過(guò)工藝設(shè)計(jì)的分析，人工濕地系統(tǒng)處理工業(yè)廢水尾水具有一定的可行性，且可以實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)排放。進(jìn)水主要特征為低COD、低氨氮，高鹽度，水質(zhì)波動(dòng)較大，有機(jī)污染物以難降解的高分子化合物為主。進(jìn)水滿(mǎn)足一定標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)過(guò)人工濕地系統(tǒng)處理后，出水主要指標(biāo)可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。