垂直流人工濕地的配水方式探討

■高燕 朱國平 許明海 邱琳 郭陳嫻

（浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院浙江杭州310007）

垂直流人工濕地的配水方式探討

■高燕 朱國平 許明海 邱琳 郭陳嫻

（浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院浙江杭州310007）

垂直流人工濕地配水系統(tǒng)是人工濕地系統(tǒng)的的重要組成部分之一。良好的配水系統(tǒng)能合理地分配水量，最大化地利用人工濕地凈化功能，保證濕地高效穩(wěn)定運(yùn)行。本文介紹了傳統(tǒng)的多孔出流管和溢流布水裝置兩種垂直流人工濕地布水方式，提出溢流布水槽形式布水的優(yōu)點(diǎn)和其可借鑒性。

垂直流人工濕地配水均勻性配水方式多孔管溢流布水槽

1 前言

人工濕地污水處理系統(tǒng)具有建造、運(yùn)行費(fèi)用低廉、處理效果穩(wěn)定、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，得到國內(nèi)外眾多專家和學(xué)者的認(rèn)可[1]。人工濕地分為表面流和潛流人工濕地，而潛流濕地又可分為水平流和垂直流濕地[2]。其中，垂直流濕地由于其占地面積較小，對有機(jī)物和氮有更高的凈化效果，成為濕地應(yīng)用中的首選。除了基質(zhì)、植物和微生物是其基本組成外，配水系統(tǒng)也是其重要的組成部分。良好的配水系統(tǒng)能合理地分配水量，最大化地利用人工濕地凈化功能，既能實(shí)現(xiàn)來水快速均勻地分布到整個(gè)人工濕地表面，又能使系統(tǒng)不堵塞，保證濕地高效穩(wěn)定運(yùn)行。因此，垂直流人工濕地配水方式的問題是關(guān)系到該類型濕地能否成功發(fā)揮其應(yīng)有功效、能否長效運(yùn)行和積極推廣應(yīng)用的重要問題。本研究主要從水力學(xué)角度來探討垂直流人工濕地的幾種配水方式的性能及優(yōu)缺點(diǎn)。

2 垂直流人工濕地配水方式

2.1 多孔出流管配水方式

垂直流人工濕地的配水類似于水利農(nóng)田灌溉，多孔出流管形式則屬于滴灌。現(xiàn)有垂直流濕地中大多采用“豐”字形或半“豐”字形的布水形式，各個(gè)分支管路穿孔大小及孔間距均一致。

由水力學(xué)可知，對于這種穿孔管布水系統(tǒng)來說，若其支管中穿孔比較多，均可以看作是沿途均勻泄流，其水力計(jì)算分為孔口出流流量

計(jì)算和沿程水頭損失計(jì)算。由水力學(xué)知識可知[3]孔口出流流量計(jì)算式為：

式中：Q為孔口出流流量；μ為孔口流量系數(shù)；A為孔口面積；h為孔口總水頭；

沿程水頭損失的計(jì)算的目的在于確定管徑和長度的最佳組合，并通過管路水頭損失確定所需高差。計(jì)算公式[4]如下：

f—沿程損失系數(shù)，鋼管為6.25×105，塑料管為0.948×105；L—管長，單位為m；m—流量指數(shù)，鋼管為1.90，塑料管為1.77；Q—流量，單位為m/h；D—管內(nèi)徑，單位為mm；b—管徑指數(shù)，鋼管為5.10，塑料管為4.77。

工程中布水管常采用地面鋪設(shè)及地下埋設(shè)兩種形式。地面鋪設(shè)是將布水管鋪設(shè)在人工濕地基質(zhì)層上，可通過查看出水流量，通過支管閥門調(diào)節(jié)各個(gè)支管的流量大小，使布水盡可能均勻，但缺點(diǎn)是表面布水容易積水，夏天易滋生蚊蠅；地下埋設(shè)是將布水管鋪設(shè)在基質(zhì)中，一般在人工濕地表面以下30cm，避免了蚊蠅滋生，但是埋設(shè)在基質(zhì)中查看檢修不便，孔口容易堵塞，造成濕地表面積水，甚至管道堵塞無法正常運(yùn)行。

2.2 溢流布水裝置配水方式

溢流布水裝置由污水分配槽和保溫及臭氣收集裝置組成（如圖1所示）。污水分配槽將管路孔口出流和堰流相結(jié)合，污水通過管路分配到各個(gè)布水槽中，再采用地上式溢流方式分布到濕地表面，很好的解決了多孔管布水的諸多問題：首先，污水溢流至濕地槽表層，污水中大顆粒物質(zhì)通過表層的過濾截留，不易引起布水系統(tǒng)及出水管堵塞；其次，地上式溢流布水，大大的增加了污水與空氣的接觸面，起到跌水充氧的效果，增加污水的溶解氧含量；第三，溢流布水裝置配套了保溫及臭氣收集裝置，避免了污水溢流引起的臭味和蚊蠅問題，同時(shí)，保溫裝置可一定程度減緩冬季環(huán)境溫度較低時(shí)的結(jié)冰情況。

圖1 溢流布水裝置示意圖

2.3 、溢流堰配水方式工程應(yīng)用

溢流布水裝置首次應(yīng)用到桐廬君山村高效生活污水處理示范工程，也在浙江省范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，均已取得了較好的效果。通過示范點(diǎn)的成功應(yīng)用，證明了溢流布水裝置有效的解決了傳統(tǒng)多孔出流管布水的不足，對垂直流人工濕地表面布水設(shè)計(jì)具有很好的借鑒性和引導(dǎo)性。

圖2 桐廬人工濕地示范工程溢流布水裝置應(yīng)用

3 結(jié)論

（1）傳統(tǒng)的垂直流人工濕地所采用的多孔出流管布水方式，容易造成管道堵塞，影響工程正常運(yùn)行，且不易檢修，從而大大縮短了整個(gè)工程的壽命。

（2）溢流布水裝置徹底解決了垂直流人工濕地表層布水的不足。污水通過布水堰從濕地表面流入濕地濾床底部，氧料可通過堰口跌水、大氣擴(kuò)散和植物根系傳輸?shù)冗M(jìn)入人工濕地系統(tǒng)內(nèi)。并可將污水中的懸浮物截留在濕地濾料表面，防止系統(tǒng)堵塞，并大幅提高系統(tǒng)內(nèi)生物膜的處理效率。該布水方式對垂直流人工濕地表面布水設(shè)計(jì)具有很好的借鑒性和引導(dǎo)性。

[1]吳振斌，成水平，賀鋒，等. 垂直流人工濕地的設(shè)計(jì)及凈化功能初探 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13(6):715-718.

[2]吳振斌等.復(fù)合垂直流人工濕地.北京.科學(xué)出版社.2008

[3]李煒，徐孝平水力學(xué) [M]. 武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，2000

[4]嚴(yán)煦世，范謹(jǐn)初，許保玖給水工程 [M]. 4版北京：中國建筑出版社. 1999. 13

P641.73[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-382-1