人工湿地集配水布置方式
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目录
引言 ........................................................................................................................................................... 3 1表面流湿地的集布水方式 .............................................................................................................. 3
1.1 布水方式 ....................................................................................................................... 3 1.2 配水结构 ....................................................................................................................... 4 1.3 集水结构 ....................................................................................................................... 6
2 水平潜流人工湿地的集配水 ......................................................................................................... 8
2.1 配水方式 ....................................................................................................................... 8 2.2 集水方式 ....................................................................................................................... 9
3 垂直潜流人工湿地的集配水 ....................................................................................................... 10
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引言
人工湿地作为一种新型生态污水处理技术，在适应污水处理小型化、多元化的发展趋势方面，具有独特的优势，人工湿地布、集水多孔管孔径大小、布设的疏密程度以及配水方式等水力条件直接影响着污染物与基质、微生物接触的有效性、系统内的溶解氧分布和缺氧程度，也影响着湿地基质的物理化学特性，从而影响微生物的多样性、活性，影响植物的生长、污染物的沉积、微生物转化、植物吸收及基质的吸附过程。另外布水不均匀也是导致湿地床堵塞发生的根本原因。当湿地床发生堵塞后，填料层的渗透系数会急剧下降，过水能力也随之降低，湿地进水会直接淤积在填料层表面，恶化运行环境，涌水还会阻隔氧气向填料层内扩散，降低污染物的去除效果。因此人工湿地的布水方式对于人工湿地的高效运作具有至关重要的作用。
图1-1 人工湿地布水/集水系统
1表面流湿地的集布水方式
1.1 布水方式
表流人工湿地，与自然湿地最为接近，污水在湿地表面流动，水位较浅，多在0.1-0.9 m之间。表面流人工湿地处理系统在运行过程中可能出现的最大问题是“沟流”，这会降低湿地的有效处理面积。通过控制底面平整性及植物密度可以防治布水不均，因此对原有的沟渠、道路围堰进行平整可以减少短流。同时，也
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可以采用类似折板的围堰或横向的深水沟进行重新布水，以达到均匀布水的目的。表面流湿地中的这些横沟可以使水流横向通畅流动，并保持恒定水头，增加停留时间，提高面积效率。下图为不同进出水方式下的布水效果：
a)最不利情况（短流） b)不利情况（存在死角）
c)布水较好 d)布水好（布水横沟）
图1-2 表面流人工湿地不同进出水方式下的布水效果
1.2 配水结构
布水管渠是向人工湿地中输送污水的装置，布水时应尽量均匀，并可用于调控污水流量，人工湿地的一般进水方式可分为单点布水、多点布水和溢流进水等，若人工湿地进水区较狭窄或湿地呈狭长形（长宽比很大），可采用单点进水，如果进水区较宽，则宜采用多点进水。
图1-3 表面流湿地进水方式示意图
在多点布水方式中，一般可采用穿孔管、穿孔墙、溢流堰等几种结构进行均匀布水。
（1）穿孔管
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1—砾石区；2—穿孔管；3—进水管 图1-4 表面人工湿地穿孔管配水方式
穿孔管布水系统根据需要的系统寿命和费用选择主管材料，其材质包括铝管、PVC水管以及铸铁管等。若主要管道暴露在极端温度和紫外线辐射下，PVC管的寿命可能会较短，铝管可能会出现凹痕和破裂，铸铁管的强度和硬度较高且使用寿命长，但容易腐蚀，且成本较高。穿孔管的末端应设置有定期清除积累固体的装置。
穿孔管可置于砾石之中，长度应略小于人工湿地宽度，穿孔管相邻孔距宜按人工湿地宽度的10%计算，不宜大于1 m，孔径宜为2-3 cm。
（2）穿孔墙
1—进水管；2—配水渠；3—穿孔墙 图1-5 表面流人工湿地穿孔墙配水方式
穿孔墙布水中，污水可通过水泵或重力流进入配水渠，布水口一般采取硬式结构，相比于穿孔管布水，其出水高度在建造时就已经确定，建造好后再改变其出水高度相对困难，在某些情况下可采用可调节堰板来调节水位，但可调节堰板的安装相对困难，堰板的高度调节的一致性也难以保证。
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穿孔墙宜设置于配水渠与人工湿地之间，长度应与人工湿地宽度相同、高度宜为50 cm，开孔比例宜为30%。
（3）溢流堰
1—进水管；2—配水渠；3—溢流堰 图1-6 表面流人工湿地溢流堰配水方式
溢流堰布水方式与穿孔墙布水方式相似，其结构更为简单。 （4）进水结构的选择及注意事项
➢ 进水结构可基于在各种气候条件下可靠性运行的需要进行选择，避免北
方冬季结冰、树枝、树叶等杂物造成的堵塞；
➢ 主配水管采用地埋的方式或采用浸没式配水头的方式可以防止冰冻引
发的阻塞问题；
➢ 若入水来自于氧化塘、河道等开放水域，水中通常会有树叶、枝条等杂
物，某些湿地动物亦有可能造成配水设施阻塞，可考虑采用筛网等方式进行保护；
➢ 进水口应设置溢流装置，以防布水系统在发生故障时污水仍然可以通过
溢流装置进入湿地继续进行处理，而不影响系统的整体运行。
1.3 集水结构
湿地出水结构对于保持布水均匀、控制水位、水质水量的监测等具有重要的作用。目前自动化的水质监测装置及水位控制装置已在人工湿地出水结构中得到应用，同时为了使基建、运行和维护费用最省，出水口设计应当尽可能简单。常见的几种的出水口形式如下图所示：
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图1-7 湿地出水方式示意图
图1-8 出水口设计对表面流人工湿地中水流分配的影响
由图可见，单点出水口的设计由于存在死水区，会缩短水力停留时间；多个设置多个出水口堰（多出水口）可以改善这种情况，但仍然会存在潜在的死水区；而若采用溢流出水或在湿地末端设置一个深水区则可以有效避免潜在死水区的存在。但在设置水深区时应当尽可能的小，以防止增加较长的水力停留时间和藻类的过度生长。
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图1-9 人工湿地出水口实物图
湿地的水量变化可能会很大，出水堰的设计应当在满足正常运行的基础上考虑其他极端情况，如暴雨过程造成的水量增加，因此出水堰的设计必须可以顺利通过暴雨径流。出水口装置的重要功能之一提供湿地水位的控制功能，湿地水位要求是根据植物生长需要、水力停留时间和单元维护等确定的。湿地中水位的控制可以通过堰来调节，堰的高度控制已经在很多湿地中实现了自动化/半自动化的控制。
图1-10 出水口堰设计实例
2 水平潜流人工湿地的集配水
2.1 配水方式
水平潜流湿地的配水系统应该保证集配水的均匀性，这样才能减少短流现象和阻塞现象的发生，从而充分发挥湿地床的净化功能。水平潜流人工湿地宜采用多点配水方式，可采用穿孔管或穿孔墙，并应符合下列规定：
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（1）穿孔管
穿孔管可设置于床面以下，长度宜略小于人工湿地宽度。穿孔管相邻孔距宜按人工湿地宽度的10%计，不宜大于1m，孔径宜为2cm~3cm。
1—进水区；2—处理区；3—进水管；4—穿孔管 图3-10 水平潜流人工湿地穿孔管配水方式
（2）穿孔墙
穿孔墙设于进水区之前,长度宜与人工湿地宽度相同。穿孔墙的开孔率可为30%，孔径为55mm~115mm。
1—进水区；2—处理区；3—进水管；4—配水渠；5—穿孔墙
图3-11 水平潜流人工湿地穿孔墙配水方式
2.2 集水方式
水平潜流人工湿地应集水均匀，集水方式宜采用穿孔管或穿孔墙，出水渠宜设置可旋转弯头或其他水位调节装置。
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（1）穿孔管
1—处理区；2—出水区；3—出水渠；4—出水管；5—阀门；6—可旋转弯头；7—穿孔管
图3-12 水平潜流人工湿地穿孔管集水方式
（2）穿孔墙
1—处理区；2—出水区；3—出水渠；4—出水管；5—阀门；6—可旋转弯头；7—穿孔墙
图3-13 水平潜流人工湿地穿孔墙集水方式
3 垂直潜流人工湿地的集配水
垂直流人工湿地配水和集水系统均宜采用穿孔管，并应符合下列规定：（1）配水支管长不宜大于6 m、间距不宜大于2 m，孔口间距宜按人工湿地宽度的10%计，不宜大于1 m。（2）集水支管和配水支管宜间隔、交错布置，集水支管进水孔径宜为2 cm~3 cm，且不应大于排水层材料的最大粒径。
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图3-14 垂直潜流人工湿地穿孔管集布水方式
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图3-15 垂直潜流人工湿地“非”型集布水方式
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