我國人工濕地標(biāo)準(zhǔn)中潛流濕地設(shè)計分析
摘要:人工濕地污水處理技術(shù)是一種處理污水的生態(tài)處理方法,近年來在中國得到快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。2009年起,國家和部分省份的職能部門頒布實施了一系列人工濕地標(biāo)準(zhǔn),用于指導(dǎo)并規(guī)范人工濕地設(shè)計建設(shè),內(nèi)容主要包括人工濕地構(gòu)筑物設(shè)計、污染負(fù)荷設(shè)計和水力負(fù)荷設(shè)計等三個方面的參數(shù)。比較了各個標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地的設(shè)計參數(shù),發(fā)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)的污染負(fù)荷和水力負(fù)荷差異明顯。人工濕地設(shè)計面積計算結(jié)果表明,對于不同性質(zhì)的廢水,設(shè)計時應(yīng)核算不同的設(shè)計參數(shù),不應(yīng)只根據(jù)水力負(fù)荷或僅采用污染負(fù)荷進(jìn)行人工濕地設(shè)計。同時,需要考慮氣候、濕地填料、深度、植物等其他因素對人工濕地處理效果的影響。
作者簡介:張翔(1995- ),男,江蘇蘇州人,碩士研究生,研究方向為人工濕地污水處理。
0 1
我國頒布的相關(guān)人工濕地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
表1列出了我國發(fā)布的人工濕地相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)以及發(fā)布時間。
表1 我國目前已發(fā)布施行的標(biāo)準(zhǔn)
發(fā)布年份 |
發(fā)布機(jī)構(gòu) |
適用水體 |
標(biāo)準(zhǔn)名 |
2009 |
住建部 |
生活污水、二級出水及其他類似性質(zhì)出水 |
《人工濕地污水處理技術(shù)導(dǎo)則》RISN—TG 006—2009(以下簡稱住建部導(dǎo)則) |
2010 |
環(huán)保部 |
《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》HJ 2005—2010(以下簡稱環(huán)保部規(guī)范) |
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2012 |
上海市建設(shè)交通委 |
《人工濕地污水處理技術(shù)規(guī)程》DG/TJ 08—2100—2012(以下簡稱上海規(guī)程) |
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2014 |
江蘇省住建廳 |
《有機(jī)填料型人工濕地污水處理技術(shù)規(guī)程》DGJ 32/TJ 168—2014 (以下簡稱江蘇規(guī)程) |
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2016 |
北京市質(zhì)監(jiān)局 |
《農(nóng)村生活污水人工濕地處理工程技術(shù)規(guī)范》DB 11/T 1376—2016 (以下簡稱北京規(guī)范) |
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2012 |
浙江省質(zhì)監(jiān)局 |
《農(nóng)村生活污水處理技術(shù)規(guī)范》DB 33/T 868—2012(以下簡稱浙江規(guī)范) |
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2011 |
寧夏自治區(qū)質(zhì)監(jiān)局 |
《農(nóng)村生活污水處理技術(shù)規(guī)范》DB 64/T 699—2011(以下簡稱寧夏規(guī)范) |
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2017 |
廣東省質(zhì)監(jiān)局 |
《水解酸化-人工濕地?zé)o動力污水處理工程技術(shù)規(guī)范》DB 44/T 1995—2017 (以下簡稱廣東規(guī)范) |
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2015 |
青海省質(zhì)監(jiān)局和環(huán)保廳 |
《河湟谷地人工濕地污水處理技術(shù)規(guī)范》DB 63/T 1350—2015 (以下簡稱青海規(guī)范) |
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2019 |
天津市住建委 |
《天津市人工濕地污水處理技術(shù)規(guī)程》DB/T 29—259—2019 (以下簡稱天津規(guī)程) |
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2018 |
山東省質(zhì)監(jiān)局 |
微污染水體 |
《人工濕地水質(zhì)凈化工程技術(shù)指南》DB 37/T 3394—2018 (以下簡稱山東指南) |
2010 |
云南省質(zhì)監(jiān)局 |
低濃度污水 |
《高原湖泊區(qū)域人工濕地技術(shù)規(guī)范》DB 53/T 306—2010 (以下簡稱云南規(guī)范) |
從表1可見,我國最早的人工濕地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是2009年由住建部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所組織編制并發(fā)布的,近年來發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)包括天津規(guī)程、山東指南和廣東規(guī)范。廣東規(guī)范只含有水平流濕地的設(shè)計,不包括垂直流濕地的設(shè)計,山東指南、浙江規(guī)范不對潛流濕地類型進(jìn)行區(qū)分,統(tǒng)一推薦設(shè)計參數(shù)。青海規(guī)范的內(nèi)容主要是針對復(fù)合潛流濕地設(shè)計推薦的參數(shù)。
按地區(qū)看,華東地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)最多,包括浙江規(guī)范、江蘇規(guī)程、上海規(guī)程等,華南地區(qū)有廣東規(guī)范,華北地區(qū)有北京規(guī)范和天津規(guī)程,西南地區(qū)有云南規(guī)范,西北地區(qū)有青海規(guī)范和寧夏規(guī)范。
0 2
人工濕地標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)與指標(biāo)
各個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中,垂直流人工濕地和水平流人工濕地的設(shè)計指標(biāo)有SS濃度、COD負(fù)荷、BOD 5負(fù)荷、水力負(fù)荷、水力停留時間、床體深度、核心處理層厚度和核心層粒徑范圍。COD負(fù)荷、BOD 5負(fù)荷指的是單位面積人工濕地可削減的有機(jī)污染物質(zhì)量,常用于計算人工濕地床體面積。水力負(fù)荷指單位時間單位面積人工濕地接納的污水量。水力停留時間指水在人工濕地處理區(qū)總?cè)莘e內(nèi)的平均停留時間。
0 3
人工濕地工程設(shè)計
人工濕地工程設(shè)計主要是面積設(shè)計計算,但是要保證良好的處理能力,濕地系統(tǒng)的設(shè)計深度、填料性質(zhì)和粒徑、植物種類等因素也非常重要。
3.1人工濕地負(fù)荷設(shè)計
①進(jìn)水SS和有機(jī)污染負(fù)荷指標(biāo)
SS會在濕地基質(zhì)的空隙中積累,為了保證濕地正常運(yùn)行,必須控制進(jìn)水SS濃度。各標(biāo)準(zhǔn)鐘潛流人工濕地進(jìn)水SS濃度的限值如表2所示。北京規(guī)范、浙江規(guī)范和山東指南中沒有對潛流人工濕地的進(jìn)水SS濃度做出規(guī)定,云南規(guī)范的SS濃度最高限值為400 mg/L,明顯高于其他標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)保部規(guī)范和廣東規(guī)范對水平流人工濕地的進(jìn)水SS濃度要求值最低,為60 mg/L。
表2 各標(biāo)準(zhǔn)對潛流人工濕地進(jìn)水SS濃度的限值(mg/L)
項目 |
環(huán)保部規(guī)范 |
廣東規(guī)范 |
住建部導(dǎo)則 |
上海規(guī)程 |
寧夏規(guī)范 |
江蘇規(guī)程 |
云南規(guī)范 |
天津規(guī)程 |
水平流濕地 |
60 |
60 |
100 |
100 |
100 |
80 |
400 |
80 |
垂直流濕地 |
80 |
無 |
污染負(fù)荷指標(biāo)通常有COD負(fù)荷(有機(jī)負(fù)荷)、BOD 5負(fù)荷(有機(jī)負(fù)荷)和其他污染(氨氮、總氮和總磷)負(fù)荷。各標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地有機(jī)污染負(fù)荷建議值見表3。大部分標(biāo)準(zhǔn)的污染負(fù)荷指標(biāo)設(shè)計值僅推薦了COD負(fù)荷或BOD 5負(fù)荷,廣東規(guī)范和云南規(guī)范對兩種指標(biāo)都有推薦值。對于垂直流濕地,江蘇規(guī)程的最高COD負(fù)荷可達(dá)90 g/(m 2·d),而住建部導(dǎo)則的最高COD負(fù)荷為20 g/(m2·d)。對于水平流濕地,最高的COD負(fù)荷限值為廣東規(guī)范的50 g/(m2·d),而住建部導(dǎo)則的最高COD負(fù)荷為16 g/(m2·d)。各標(biāo)準(zhǔn)建議兩種濕地的BOD5負(fù)荷,大部分的設(shè)計值在12 g/(m 2·d)以下。Li等 對1990年—2015年運(yùn)行超過3年的人工濕地工程的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)垂直流濕地的BOD 5負(fù)荷范圍為10.6 ~55.3g/(m 2·d),而西方國家普遍為6~10 g /(m2·d)。
表3 各標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地有機(jī)污染負(fù)荷取值 g/(m 2·d)
表 3中數(shù)據(jù)顯示,北京規(guī)范和云南規(guī)范的污染負(fù)荷低于環(huán)保部規(guī)范中的最小污染負(fù)荷值,北京規(guī)范的取值與住建部導(dǎo)則較為接近,而上海規(guī)程和江蘇規(guī)程的最大污染負(fù)荷值很大程度超過了環(huán)保部規(guī)范的最大值,這可能是由于人工濕地設(shè)計的床體深度、選擇的基質(zhì)材料以及氣候的差異造成的,對于垂直流濕地,上海規(guī)程建議粒徑范圍是2~6mm,而北京規(guī)范推薦的粒徑范圍為0.2~5mm,北京規(guī)范和上海規(guī)范其他設(shè)計指標(biāo)比較接近。
②水力學(xué)指標(biāo)
除山東指南和云南規(guī)范外,其他人工濕地標(biāo)準(zhǔn)的適用對象都是生活污水、二級出水或類似性質(zhì)污水。各標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地水力負(fù)荷建議值見表4。 可以看出,垂直流人工濕地的水力負(fù)荷設(shè)計值普遍高于水平流人工濕地,各標(biāo)準(zhǔn)中垂直流濕地的水力負(fù)荷明顯不同。
表4 各標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地水力負(fù)荷建議值 L/(m 2·d)
注:a指面積不受限情況下水力負(fù)荷值;b指面積受限情況下水力負(fù)荷值。
3.2人工濕地深度設(shè)計:
不同標(biāo)準(zhǔn)的人工濕地床體深度和核心處理層厚度如表5所示。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中垂直流人工濕地床體深度至少800 mm,最大2000 mm,核心處理層厚度至少400 mm。寧夏規(guī)范的床體深度范圍最大,為1600~2000 mm。垂直流濕地床體深度一般需根據(jù)冬季環(huán)境溫度、植物種類和根系生長深度確定,以保證濕地床中必要的好氧條件和一定的保溫效果。床體深度越大,水平流濕地和垂直流濕地容水量越大,間歇運(yùn)行的垂直流濕地好氧條件越好,但提高了單位面積的成本,并且更換基質(zhì)難度大、成本高,維護(hù)困難。水平流濕地深度至少600 mm,最大2000 mm。部分標(biāo)準(zhǔn)缺少對核心處理層厚度的建議。
表5 各標(biāo)準(zhǔn)對潛流人工濕地深度建議值 mm
3.3填料性質(zhì)和粒徑要求
人工濕地基質(zhì)的粒徑是人工濕地設(shè)計的重要參數(shù),一方面,粒徑的大小影響濕地比表面積,粒徑越小,基質(zhì)床體比表面積越大,對污染物的吸附效果越好,且越有利于微生物的附著生長。另一方面,粒徑的減小,降低了濕地床體的水力傳導(dǎo)性,增加了濕地堵塞風(fēng)險。潛流人工濕地最常選用的基質(zhì)粒徑范圍是4 ~16 mm,對于水平流人工濕地,在進(jìn)水配水區(qū)和出水集水區(qū)需要使用更大粒徑的基質(zhì)。北京規(guī)范和寧夏規(guī)范要求填料粉末含量應(yīng)符合設(shè)計要求值,但沒有給出具體要求。住建部導(dǎo)則和廣東規(guī)范要求填料粒徑符合級配曲線范圍,但廣東規(guī)范沒有給出級配曲線。各標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地基質(zhì)粒徑建議值見表6。另外,丹麥濕地指南要求黏土和淤泥(顆粒<0.125 mm)的含量必須小于0.5%,可供參考。
表6 各標(biāo)準(zhǔn)中潛流人工濕地填料粒徑建議值 mm
3.4植物要求
各標(biāo)準(zhǔn)對人工濕地的植物部分提出植物種類選用、種植密度、種植時間、種植方法、植物馴養(yǎng)和植物管理等方面的建議,住建部導(dǎo)則、上海規(guī)程、江蘇規(guī)程對植物部分的描述相對更細(xì)致。各標(biāo)準(zhǔn)對人工濕地選用植物的要求可以總結(jié)為耐污去污能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)和生物量大、移植成活率高、耐寒、抗病害、兼顧觀賞性和經(jīng)濟(jì)性的6個特性,部分標(biāo)準(zhǔn)提及其中3 ~4點。各個標(biāo)準(zhǔn)中對于植物種類、數(shù)量、種植時間的要求如表7所示
表7 各個標(biāo)準(zhǔn)中對于植物種類、數(shù)量、種植時間的要求
3.5標(biāo)準(zhǔn)中的其他設(shè)計要求
基質(zhì)材料通常選用砂、礫石、沸石和石灰石等一種或多種填料組合。大部分標(biāo)準(zhǔn)未明確規(guī)定運(yùn)行方式,部分提及適當(dāng)采用間歇運(yùn)行防堵塞,上海規(guī)程和廣東規(guī)范規(guī)定可以采用連續(xù)運(yùn)行、間歇運(yùn)行和潮汐運(yùn)行3種運(yùn)行方式。只有北京規(guī)范對間歇運(yùn)行的時間進(jìn)行了說明:對于連續(xù)流運(yùn)行的濕地池體,至少每月降低一次濕地水位,實施間歇運(yùn)行3~5 d。設(shè)計使用年限僅有北京規(guī)范和山東指南提及,北京規(guī)范的設(shè)計使用年限為30年,山東指南建議質(zhì)保期一般為2年。
本文全文見《中國給水排水》2020年第18期“我國人工濕地標(biāo)準(zhǔn)中潛流濕地設(shè)計分析”,作者及其單位如下:
張翔1,2,李子富1,2,周曉琴1,2,鄭蕾1,2
張翔,李子富,周曉琴,等.我國人工濕地標(biāo)準(zhǔn)中潛流濕地設(shè)計分析[J].中國給水排水,2020, 36(18): 24-31.
ZHANG Xiang,LI Zifu,ZHOU Xiaoqin, et al.Designanalysis of subsurface flow wetland in constructed wetland standards in China[J]. China Water & Wastewater, 2020, 36(18): 24-31(in Chinese).
編輯: 李德強(qiáng)