潜流湿地

水平潜流人工湿地处理农村生活污水设计

方案

1.前言

1.1我国农村生活污水环境污染现状

我国是农业大国、人口大国，根据2009年统计资料显示，到2009年底我国城镇人口为62186

万人，而乡村人口数为71288万人，随着我国经济快速发展及十二五规划的实施，农村地区

生活水平不断提高，但与城市相比，人口多，底子薄、基础差，环境安全隐患与问题将更为

突出，尤其是农村生活污水引起的环境污染问题也将日益严重。农村生活污水主要为冲厕污

水和洗衣、洗米、洗菜、洗澡废水。污水中主要是生活废料和人的排泄物，因其含有大量的

营养盐及细菌、病毒，容易造成地表水及地下水的污染⋯。随着农村生活水平的不断提高，

新农村建设的推进，农村生活污水的排放量逐渐增加。若污水不经任何处理就直接排放，极

易导致一些流行性疾病的发生与传播，影响村民居住环境和农民的身体健康，并势必对农村

水源和环境造成严重污染，引起包括水华现象在内的水质恶化等诸多环境问题。据估算，农

村环境问题每年造成的经济损失已超过千亿元。因此，改善农村生活污水未经处理直接排放

的现状已迫在眉睫。

1.2我国农村生活污水基本特征

农村人口居住分散，水量相对较少，相应地产生的生活污水量也较小。居民生活规律相近，

导致农村生活污水排放量早晚比白天大，夜问排水量小，甚至可能断流，水量变化明显，即

无水排放呈不连续状态，具有变化幅度大的特点。大部分农村生活污水的性质相差不大，水

中基本上不含有重金属和有毒有害物质，含一定量的氮、磷，水质波动大，可生化性强。

由于大部分村庄分散的地理分布特征造成污水分散，需大量投资铺设管道集中收集，针对农

村财力状况薄弱和农民实际承受能力低的情况，可以选择投资少、简便易行、运行稳定和维

护管理方便的人工湿地处理技术。

1.3人工湿地的净化机理

对SS：湿地系统成熟后，填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废

水流经生物膜时，大量的SS被填料和植物根系阻挡截留。

对有机物：有机污染物通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被除去。

对N、P：湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次出现好氧、缺氧、

厌氧状态，保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过硝

化、反硝化作用将其除去，最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。

1.4水平潜流人工湿地

2.出水设计

本设计方案以福建某农村生活污水作为治理对象，根据福建省住房和城乡建设厅发布的《福

建省农村生活污水处理技术指南》可得：

福建农村居民生活污水水质参考值（单位：Lmg/）

pHSS

5

COD

5

BODNNH

3

TP

6.5-8.0150-200100-45050-30010-502.0-6.5

本设计方案的进水水质为：（单位：Lmg/）

pHSS

5

COD

5

BODNNH

3

TP

6.5-8.2.5

居民总用水量根据《福建省农村生活污水处理技术指南》本设计方案取90

天人

/L，排水量

按总用水量60%-90%算，按总用水量的80%算即70

天人

/L。本设计方案处理的是十户型的

农村生活污水，故该该工艺的进水流量Q为3.6dm/3。

3.处理工艺

本设计方案采取的处理工艺厌氧——水平潜流人工湿地进行污水处理，污水处理工艺流程图

如图1。

图1工艺流程

4.设计出水

根据洪荷芳，胡奕等人研究的《人工湿地系统处理生活污水工艺的改进》的这一论文得出采

取厌氧——水平潜流人工湿地这一处理工艺处理水质相差不大的农村生活污水出水水质可

达GB18918-2002一级B标准。故该设计方案的取得出水水质为：

pHSS

5

COD

5

BODNNH

3

TP

6.5-8.0≤20≤60≤20≤15≤1.5

5.水平潜流工湿地系统进水

由于本设计方案只详细设计人工湿地，故前处理设备的参数设计不做详细设计，只要求前处

理工艺处理水质能达水平潜流人工湿地系统进水水质。根据《国家环保部人工湿地污水处理

技术规范》可取水平潜流人工湿地系统进水水质为：

污水

格栅池

厌氧池

污泥

观察井

人工湿地

出水

pHSS

5

COD

5

BODNNH

3

TP

6.5-8.

6.参数设计

6.1湿地系统设计

6.1.1湿地面积







dK

CCQ

As

T

e

)ln(ln

0

式中As——湿地表面积2m；

0

C——进水BOD（mg/l）；

e

C——出水BOD（mg/l）；

Q——平均流量（m3/d）；

T

K——与温度相关的速率常数，

T

K＝1.014×（1.06）（T－20），T取20则

014.1)06.1(014.1)2020(

T

K；

d——介质床深度，根据《国家环保部人工湿地污水处理技术规范》可取0.7m；

——介质的孔隙率，一般从10－40％不等，本设计方案取38%。

代入数据得：

50.18

%387.0014.1

)20ln80(ln6.3







As

6.1.2水力坡度

根据《国家环保部人工湿地污水处理技术规范》，本设计方案的水力坡度取0.67%。

6.1.3长宽比

根据《国家环保部人工湿地污水处理技术规范》，本设计方案的长宽比取2：1。则本设计方

案人工湿地的宽W为3.04m，长L为6.08m。

6.1.4水力停留时间

Q

V

t





式中t——水力停留时间（d）；

V——池子的容积（3m

）；

——湿地孔隙率，湿地中填料的空隙所占池子容积的比值，本设计方案取

38%；

Q——平均流量（m3/d）。

代入数据得：

4.1

6.3

%387.050.18











Q

dAs

t



6.1.5水力负荷

As

Q

HLR

式中HLR——水力负荷（

dm/2）；

Q——平均流量（m3/d）；

As——湿地表面积2m。

代入数据得

19.0

50.18

6.3

HLR

6.2配水，出水系统设计

为了均匀布水、控制湿地内部的水位和收集处理后的出水，人工湿地需要进、出水控制装置。

6.2.1进水分配系统

本设计方案采取T形管来改善进水水流的均匀分配，如图3。

图3

6.2.2出水收集系统与控制结构

水平潜流湿地出水控制的有限方法是沿着整个湿地的下游宽度把狭槽带或多孔管埋在粗砾

石床里。床体的水位可以很容易的通过连接在出水口管上的旋转型抬升管控制（如图4、5）。

图4

图5

7.基质的选择

7.1进出水配水区基质

进水配水区和出水集水区的填料一般采用60——100mm粒径的砾石，分布于整个床宽，进

出水口应填充粒径较大的砾石防止堵塞。

7.2处理区基质

碎石粒径直接影响到床体的介质孔隙率和作物的生长条件，由（人工湿地设计中的水力学问

题研究，胡康萍，1991）可知平均碎石粒径与孔隙率一般有如下关系:

51.0039.0

P

D

本方案的孔隙率取38%，代入数据得

51.0039.0%38

p

D

解得mD

p

012.0=12mm。

本方案的湿地床由三层组成表层土壤层、中层砾石、下层小豆石(碎石)，钙含量在

2~2.5kg/100kg为好；土壤层0.2m，砾石层铺设厚度0.25m。下层铺设厚度0.25m，总厚度

0.7m，人工湿地填料主要组成、厚度及粒径分布见表：人工湿地填料分析表1

填料层水平潜流湿地

土壤层石英砂+含钙量2.5kg/100kg的混合土，厚0.2m，粒径4—8mm

中间层砾石，厚0.25m，粒径10——12mm

底层碎石，厚0.25m，粒径10——12mm

表1

整个水平潜流湿地系统的结构大致如图6

图6

8.植物的选择

根据郭杏妹等人于《三种人工湿地植物处理农村污水的净化效果》得出菖蒲、再力花、梭鱼

草3种植物在生活污水处理中都有较好的去污效果，尤其是菖蒲去污效果最为理想，具有明

显的优势，可以成为生活污水处理的首选植物。将菖蒲运用到广州市荔城镇群爱村生活污水

处理的实例中检验，人工湿地选择单一的菖蒲，种植密度选63/m株，结果CODcr、TP、

NNH

4

、SS、BOD，动植物油6项指标全部达到广东省《水污染物排放限值》(D1344

／26—2001)(第二时段)一级标准。

本方案选用福建地区存在的菖蒲和再力花两种植物交替种植，种植密度为3/6m株,冬季选

栽石菖蒲和麦冬这两种周年常绿的植物，以提高冬季植物的覆盖度，以增强人工湿地的净化

能力，同时也增加人工湿地的景观效果。

9.出水回用

根据洪荷芳，胡奕等人研究的《人工湿地系统处理生活污水工艺的改进》的这一论文得出采

取厌氧——水平潜流人工湿地这一处理工艺处理水质相差不大的农村生活污水出水水质可

达GB18918-2002一级B标准。本方案的出水用于Ⅲ类水渔业用水回用。

10.参考文献

[1]洪何芳,胡奕,周晓燕，等.人工湿地系统处理生活污水工艺的改进[J],工业用水与废

水,2011,42(6),87-88.

[2]王红强,朱焚杰,张烈宇,等.人工湿地工艺在农村生活污水处理中的应用[J],安徽农业科

学,2011,39(22),13688-13690.

[3]马海灵,农村生活污水处理技术分析[J],2011

[4]郭杏妹,刘素娥,张秋云,等.三种人工湿地植物处理农村生活污水的净化效果[J],华南师范大

学学报(自然科学版),2010,1(1)10-109.

[5]胡康萍,人工湿地设计中的水力学问题研究[J],环境科学研究,1991,4(6),8-11.

[6]国家环保部人工湿地污水处理技术规范,HJ，2005-2010

[7]福建省农村生活污水处理技术指南，2011，6