大连理工大学本科毕业设计人工湿地处理城镇生活污水的工程设计DesignonMunicipalDomesticSewageTreat
mentbyConstructedWetlands学院（系）：化工与环境生命学部专业：环
境工程学生姓名：金珍学号：201346043指导教师：张耀斌费庆志评阅
教师：完成日期：大连理工大学DalianUniversityofTechnology摘要生活污水是我们
日常生活过程中排放的污水，包括洗涤废水及卫生间用水。其主要特点是含有较高浓度的氮、磷。而过量的氮、磷排放又可以引发水体富营养化等水
环境问题。对此国家颁布了“水十条”，加强了管理，并对污水处理提出了更高的要求。但是现有的很多城镇污水处理厂在工艺选择上大多数只经过
二级生化处理，很难满足对氮、磷等指标提高排放要求的《城镇污水处理厂综合污水排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，亟需增
加深度处理单元。“地球之肾”之称的人工湿地，因为具有环境、经济、社会效益，是深度处理单元的最佳选择之一。本设计中采用了垂直潜流人工
湿地（verticalsubsurfaceflowconstructedwetlands,VFCWs）系统作为深度处理单
元，并对其经济性及可行性进行了分析。本文以辽宁省为例，设计每天可处理水量为10000m3的污水处理厂。首先，污水经过细格栅、旋流
沉砂池等预处理单元去除较大的漂浮物、悬浮物、部分有机物质等。再经过Orbal氧化沟进一步去除可溶性有机物质，达到一级B标准，之后经
垂直潜流人工湿地实现脱氮除磷，达到一级A标准后排放。经过对各构筑物的计算及经济核算后，得出污水处理厂的运行费用为0.67元/吨，与
传统的深度处理单元相比具有更好的经济效益。为了能在垂直潜流人工湿地的设计过程中选择更合适的参数，并验证垂直潜流人工湿地处理效果的稳
定性，进行了实验室小试实验。小试实验装置以鹅卵石作为基质，处理人工模拟废水。实验结果显示当水力停留时间为2天时，COD和NH4+-
N的平均去除率分别达到了79.31%和10.67%，处理效果相对稳定。因此运行费用低、处理效果稳定的人工湿地作为深度处理单元具有深
远的意义。关键词：城镇生活污水；垂直潜流人工湿地；小试实验；毕业设计DesignonMunicipalDomesticSe
wageTreatmentbyConstructedWetlandsAbstractThemunicipalsewag
e,includingwastewaterfromkitchenandbathroom,isdischarged
aftersecondarybio-treatmentinthetraditionalwastewaterplant
s.Hence,itcancauseeutrophicationbytheexcessdischargeof
nitrogenandphosphorus.Itisnecessarytoaddanadvancedtreat
mentplanttoachieveincreasinglystrictstandardsandpolicies
publishedbytheenvironmentalagency,especiallyintheconcentr
ationofnitrogenandphosphorus.Itiscommonlyknownthatconst
ructedwetlandsarethekidneyoftheearthandenvironment-frien
dly.Thepurposeofthispaperistoinvestigatetheeconomicand
operationalfeasibilityoftheverticalsubsurfaceflowconstruc
tedwetlands(VFCWs)asanadvancedtreatmentplant.Inthispaper
,thewastewatertreatmentplantwasdesignedtotreat10000m3/d
municipalsewage.Firstofall,thesewagewastreatedbypretre
atmentfacilitieslikefinescreensandvortexgritchamberstor
emovetheprecipitablesolids,suspendedsolidsandpartoforgan
icmatters.ThenotherorganicsweredegradedbyOrbaloxidation
ditch.Finally,nitrogenandphosphoruscanbefurthertreatedby
constructedwetlands.Onthebasisofcalculations,wefoundtha
ttheoperationalcostwasjust0.67yuanpercubicmeters.Itwa
scheaperthanothertreatmentprocesses.Inaddition,anexperim
ental-scalereactorfilledwithcobbleswassetuptosimulateth
eoperationofVFCWs.Underthehydraulicretentiontimewas2da
ys,theaverageremovalratioofCODandNH4+-Nachievedto79.31
%and10.67%,respectively.Theresultsdemonstratethatitisme
aningfultouseVFCWsasanadvancedtreatmentsystem.KeyWords：M
unicipalSewageWastewater；VerticalFlowSubsurfaceConstructedW
etlands；ExperimentalScaleTest；GraduationProject目录摘要I
AbstractII目录III1绪论11.1我国水环境及污水处理现状概述11.1.1我国水环境现状11.1.2
城镇生活污水处理现状11.2人工湿地概述11.2.1人工湿地定义及组成11.2.2人工湿地分类21.3人工湿地
污染物去除机理31.3.1有机物去除机理31.3.2氮的去除机理41.3.3磷的去除机理41.4人工湿地应用及发展
51.4.1人工湿地的应用51.4.2人工湿地的发展现状51.5设计内容及意义51.5.1设计内容51.5.2
设计意义62设计概述72.1设计原则及依据72.2设计要求72.3工艺的选择82.4工艺流程103垂直潜流
人工湿地小试实验113.1材料与方法113.1.1试验装置113.1.2试验用水113.1.3分析方法123.2
实验结果124垂直潜流人工湿地系统设计计算144.1格栅144.1.1格栅简介144.1.2格栅设计计算144.
2旋流沉砂池164.2.1旋流沉砂池简介164.2.2旋流沉砂池设计计算164.3Orbal氧化沟184.3.1
Orbal氧化沟简介184.3.2Orbal氧化沟设计计算194.4二沉池(辐流式沉砂池）264.4.1二沉池简介2
64.4.2二沉池设计计算274.5垂直潜流人工湿地304.6污泥处理与处置334.6.1污泥处理概述334.6.
2污泥处理设计计算344.7工艺系统构筑物布置354.7.1平面布置354.7.2高程布置355经济费用分析3
85.1投资费用385.2运行费用386结论40参考文献41附录A主要符号说明43附录B附图45致
谢461绪论1.1我国水环境及污水处理现状概述1.1.1我国水环境现状近年来，为了维护国家水安全及人民群众的切身利益，
我国加大了对水污染控制的监管及防治力度。虽然水污染情况得到了有效改善，但是由过量的氮磷排放引发的水体富营养化等环境问题亟需解决。据
《中国环境状况公报（2015）》数据显示，在对全国967个地表水国控断面（点位）开展的水质监测结果表明Ⅰ-Ⅲ类水质断面为64.5%
、Ⅳ-Ⅴ类为26.7%、劣Ⅴ类为8.8%。对61个湖泊（水库）的营养状态监测结果中，只有6个为贫营养状态[1]。另据《全国
环境统计公报（2015年）》所述，2015年全国废水排放总量为735.3亿吨，其中城镇生活污水排放量为535.2亿吨。废水中COD
排放量为2223.50万吨、NH4+-N排放量为229.91万吨、TN排放量为461.23万吨、TP排放量为54.68万吨[2]。
由上述数据可知，氮、磷也是主要污染指标之一。1.1.2城镇生活污水处理现状截至2016年6月底，全国共有3934座市城市、县污水
处理厂，每日可处理1.69亿立方米污水。辽宁省城市和县城污水处理厂建成率为100%，每日可处理768.20万立方米污水，运行负荷率
为83%。污水处理技术可以分为预处理、生物处理、深度处理及污泥处理处置等四个方面[3]。预处理技术包括沉淀、沉砂等物理化学过程，主
要用于去除漂浮物、悬浮物、可沉淀固体及部分有机物质。生物处理技术包括传统活性污泥法、氧化沟、A/O、序批式活性污泥法(SBR)等工
艺。大连市各污水处理厂分别采用了不同的生物处理技术，马栏河污水处理厂采用了曝气生物滤池工艺[4]，旅顺城市污水处理厂为A2O工艺[
5]，大连泉水污水处理厂则采用了CAST工艺。深度处理工艺可以进一步去除悬浮物质使出水更加澄清，并实现脱氮除磷，减少对水体富营养化
的影响，对部分无机物质也有去除作用，使出水作为回用水使用。1.2人工湿地概述1.2.1人工湿地定义及组成根据《湿地公约》中的定
义，湿地包括长久或者暂时性的泥炭地、沼泽或者水域地带，静止或者流动的咸水、半咸水、淡水及水深在低潮时不超过六米的水域[6]。具有“
地球之肾”美誉的湿地与森林、海洋一同称为地球的三大生态系统。湿地有以保护生态系统为主、净化污水为辅的天然湿地和利用物理、化学、生物
作用而对污水进行净化的人工湿地之分。人工湿地系统主要由植物、填料及微生物组成。人工湿地系统不仅可以人为地控制条件，而且还具有运行费
用低、操作简单、处理效果可靠稳定等优点。但是人工湿地占地面积较大，运行效果会受到气候变化及由此导致的植物生长情况不良等因素的限制[
6]。植物是人工湿地污水处理的核心要素。芦苇、香蒲、黄花鸢尾、美人蕉等水生植物和盐角草、盐地碱蓬、碱蒿等陆生植物均可以作为湿地植物
[7]。在众多人工湿地植物中芦苇、香蒲等挺水植物，因其具有较高的耐污性及生物量累计，而被广泛应用[8]。植物的根系不仅可以输送氧气
，促进微生物的降解作用，还可以直接吸收利用污水中的氮、磷作为营养物质，而且在盐分含量较高的废水中对氯离子也有去除效果[7]。此外还
具有景观和经济价值。李洁研究的利用空心菜、番茄等经济型作物的潜流人工湿地系统可以在对农村生活污水进行深度处理的同时有效回收氮磷资源
，实现双赢作用[9]。人工湿地中种植不同的植物会影响植物的形态学特征（包括生物量、根的大小、叶子的宽度）、底物中微生物结构的特异性
、光合作用强度等。植物的种类越多，如种植黄花鸢尾与菖蒲比只种植菖蒲产生更多的生物量，所以对氮、磷的吸收作用就越强[10]。人工湿
地中的填料不仅可以通过自身的吸附、过滤、沉淀等作用直接去除污染物，还可以为植物及微生物提供适宜的生长环境。砾石、沸石、陶粒等均可作
为填料使用。填料种类不同，对污水中COD、TN和TP的去除效果就不同。汤等以页岩、粗砾石、铁矿石和麦饭石分别作为填料，利用无植物种
植人工湿地处理污水的小试实验表明，页岩的COD和TN去除率最好，可分别达到40%和88.9%。这与页岩孔隙率低、水力渗透系数低等物
理性质有关。页岩可以为微生物生长提供更有利的条件，而且吸附沉降能力更强[11]。一般选用比表面积大、孔隙率高、机械强度大、水头损失
小、工作周期长的材料作为填料。1.2.2人工湿地分类人工湿地的分类主要依据植物特征及水文状况的不同。根据所生长的植物种类不同，人
工湿地系统可分为挺水植物系统、沉水植物系统和浮水植物系统。另据水流位置的不同也可以分为表面流人工湿地（freewatersur
faceconstructedwetlands,FWSCWs）和潜流人工湿地。潜流人工湿地又可根据水流动方向的不同分为水平
潜流人工湿地（horizontalsubsurfaceflowconstructedwetlands,HFCWs）和垂直
潜流人工湿地[8]。(1)表面流人工湿地与自然湿地非常相似的表面流人工湿地中水流呈推进式前进，覆盖整个湿地表面，形成一层地表水
流，最终流至终端而流出，完成净化过程。表面流人工湿地不需要额外购买砾石等基质，因此造价比较低，运行操作简单方便。但是占地面积较大，
在冬季表面易结冰，空气中氧的扩散速率大大降低，导致去除效果下降。表面流人工湿地较多的应用于处理污水处理厂三级处理后的出水、矿山废水
及暴雨径流等。(2)水平潜流人工湿地水平潜流人工湿地至少由一个基质床组成，因此在欧洲国家常叫做“根区床”。利用水平潜流人工湿地对
去除有机物、悬浮物质和重金属等效果非常好。但是由于氧只能从植物根际传输等原因，所以硝化反应受到限制，脱氮除磷能力较弱。由于在水平潜
流人工床体中液面位于基质层以下，因此较表面流人工湿地更易适应寒冷的气候。水平潜流人工湿地通常用于处理经过二级处理后的出水。(3)
垂直潜流人工湿地垂直潜流人工湿地由多孔性介质组成，下流式人工湿地中水流从表面布水后向下流动，最终通过底部的排水管网流出。垂直潜流人
工湿地系统中氧气可以通过植物根际传输和大气扩散作用进入，从而加强微生物的硝化作用。垂直潜流人工湿地广泛应用于处理小城镇生活污水、暴
雨径流及工业废水。1.3人工湿地污染物去除机理人工湿地是利用生态系统的物理、化学、生物三重协同作用对不同污染物质进行去除。包括
物理沉降、化学吸附、微生物代谢等作用，详见表1.1[12]。表1.1污染物去除机理一览表机理SSBOD5CODDOCNP重金属病
原微生物物理沉降①③③④③③③③基质过滤①②④④④①④①介质吸附②④④④④①④④共沉淀④④④④④①①④化学吸附④④②④④③①④化学
分解④③①③④④④①微生物代谢①①①①①①④④植物代谢④④②④③③④②植物吸收④④②④②②②④自然死亡④④④④④④④①自然挥发④④
④①③④④④表中，①为最主要作用；②为主要作用；③为次要作用；④为作用很小或无作用。1.3.1有机物去除机理人工湿地中的有机物主
要来自污水中的有机物质、植物根系的分泌物、农药和腐殖质等，并以挥发态、溶解态和固体形态存在。进水的C/N比在2到12之间的人工模拟
废水在潮汐运行的人工湿地中COD去除率达到83-95%[13]。人工湿地对有机氯类农药（如，硫丹、五氯苯酚）的去除率最高也可达到9
7%，其主要作用包括对有机物的沉淀、吸收、水解、光合作用、微生物和植物降解作用[14]。人工湿地的类型、氧化还原环境、溶解氧、有机
物种类是影响人工湿地有机物净化效果的重要因素[8]。在不同的有机物种类中，人工湿地对有机氯类农药、嗜球果伞素类农药、有机磷类农药的
去除率为94-97%，而对三嗪酮、含尿素类农药的去除率仅为24-50%，这与有机化合物吸着系数Koc的不同相关[14]。1.3.2
氮的去除机理对污水进行脱氮是人工湿地的主要功能之一。氮元素是植物生长的必须营养元素，因此可通过定期收割湿地植物对部分无机氮实现彻
底去除。此外，植物根系还可以输送氧气，促进硝化过程的进行[15]。有研究也表明种植宽叶香蒲的人工湿地系统的脱氮效率明显高于没有种植
植物的系统。在人工湿地系统的启动阶段NH4+-N和NO3--N主要经过基质的物理化学过程而吸附去除，随后在运行阶段通过微生物作用去
除。NH4+-N可通过硝化过程、厌氧氨氧化过程去除；NO3--N的去除途径则包括反硝化、异化硝酸盐还原成氨、厌氧氨氧化等过程[16
]。普遍认为，微生物的硝化-反硝化作用是脱氮的主要去除途径[15]。但是Wei等研究结果表明，潮汐运行人工湿地对NH4+-N的去除
率为63-80%，当进水的C/N比小于等于六时，NH4+-N的主要通过硝化作用去除，而当C/N比大于六时厌氧氨氧化作用会逐渐加强[
13]。表面流人工湿地对城镇生活污中NO3--N的去除率达到60%以上，其中反硝化作用所占比例为83±22%，厌氧氨氧化和植物
的吸收作用较小[17]。但在Jahangir等的研究结果表明，在54-79%的NO3--N去除率中，异化硝酸盐还原成氨作用所占比例
为40-63%，反硝化作用仅占据14-16%[18]。由此可知，在不同类型和运行条件下的人工湿地系统中，微生物所进行的主要反应并不
相同。此外，氮的去除效率还受到pH、温度、溶解氧[19]、水力负荷[20]等外界环境因素的影响。人工湿地系统中温度与NO3--N的
去除率符合一级动力学方程，随着温度的上升，脱氮效率逐步上升，所以在一年之中，夏季脱氮效率最高[17]。1.3.3磷的去除机理磷的
过量排放也是造成富营养化的重要因素，而人工湿地对磷也有很好的去除效果。可溶性磷酸盐不仅可以通过沉积等物理作用存储于湿地内部，还可以
与基质中的金属元素形成不溶物质或共沉淀去除。除此之外，也与微生物的同化作用及聚磷菌的过量摄磷等生物作用有关，但其作用较小[8]。湿
地进水中的磷的总量等于基质截留磷的量、植物吸收磷的量和出水中含磷量之和，三者所占比例约为70%，17%，13%。可见大部分磷是被基
质吸收而去除[6,11]。影响磷去除效率的因素包括温度、pH、氧化还原电位及人为因素。1.4人工湿地应用及发展1.4.1人工
湿地的应用自1950s早期，德国的Dr.K?theSeidel首次使用湿地植物处理污水以来，人工湿地技术就受到了各国研究人员的
关注，如潜流人工湿地在欧洲国家普遍使用，而表面流人工湿地在北美和澳洲比较受欢迎[21]。1978年天津市环境保护研究所所建的处理规
模为1400m3/d，占地面积6hm2的芦苇湿地工程是我国第一次使用人工湿地处理污水的工程。有调查表明，人工湿地已在我国超过3
0%的区域使用，如在辽宁省沈阳浑南新区和满堂河也分别建立了每天能处理1500m3和20000m3城镇生活污水的人工湿地[8]。
人工湿地系统不仅仅应用于处理城镇生活污水[17],还适用于处理不同类型的废水如染料废水[22]、含苯废水[23]等工业废水、农业径
流[14]及医疗废水[24]。1.4.2人工湿地的发展现状由于传统的人工湿地存在一定的局限性，因此强化人工湿地得到了大家的关
注。通过改变人工湿地的运行方式，如采取出水回流、人工曝气、潮汐式运行方式和优化内部结构，如采用廊道循环人工湿地、塔式复合人工湿地、
折流人工湿地等方式来提高对污染物的去除效果[25]。近年来也有一些可以实现更高去除率的组合人工湿地得到了应用。尤其是可以加强对TN
的去除效果。VF-HF的组合人工湿地中，污水首先经过垂直潜流人工湿地去除部分有机物并进行硝化反应，之后再经过水平潜流人工湿地进行反
硝化反应，进一步去除有机物及含氮物质[26]。据统计结果表明，VF-HF和HF-VF组合人工湿地可以实现2.31±2.10和
2.74±1.86gTNm-2d-1的TN去除效果。而在单级水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地中TN去除率只能达到1.1
3±2.01和1.85±3.66gTNm-2d-1。此外，人工湿地还可以和其他技术进行组合使用。微生物燃料电池与人工
湿地都具有利用微生物的作用来实现对污染物质实现去除的共同点。微生物燃料电池需要阳极为厌氧环境，阴极为好氧环境，这与人工湿地中的上部
为好氧环境，下部为厌氧环境相符合，因此结合这两种技术，就可以实现去除污染物质的同时产生电[27]。使用铁板为阳极和阴极的电增强水平
潜流人工湿地中，磷与铁离子在阳极上发生沉淀，达到90%以上的除磷效率，阴极上通过促进自养反硝化菌的生长，NO3--N的去除率也提高
到了84%[28]。这些组合工艺对硫也可以实现较好的去除[29]。1.5设计内容及意义1.5.1设计内容本文的主要内容包括以下
几点：(1)根据水量及进出水水质确定工艺流程。(2)对本文的重点设计单元垂直潜流人工湿地进行小试实验，并根据实验结果选择设计参
数。(3)对工艺流程中的各处理构筑物进行设计计算，包括：细格栅、旋流沉砂池、Orbal氧化沟、二沉池、污泥处理处置单元。根据计算
结果绘制总平面布置图、高程图及构筑物结构图等。(4)针对工艺中涉及到的构筑物、设备等进行投资费用和运行费用的经济费用核算。1.5
.2设计意义生活污水中含有较高浓度的氮、磷，这些物质排入湖泊、江河及海湾等水体中后，容易引起水体富营养化。过量的营养物质会过度
促进水生植物的生长，从而造成水中溶解氧降低，很难满足鱼类的需氧量致其死亡，水质恶化。为了改善部分地区较差的水环境质量、存在的环境隐
患及受损严重的水生态环境，2015年4月国务院颁布了“水十条”。其中有关强化城镇生活污染治理的具体要求中提到，2020年底前，现有
的城镇污水处理厂经过改造后，需要达到相应的排放标准或实现对污水的再生利用。于2017年底前，敏感区域城镇污水处理设施应达到一级A排
放标准。所在地水体水质不能达到地表水Ⅳ类标准的城市新建城镇污水处理设施时需要执行一级A排放标准。一级A标准与一级B标准相比，对NH
4+-N、TN、TP等排放浓度的要求更高。而生活污水经过二级生化处理后氮、磷等指标很难满足要求，所以在二级处理技术的基础上，污水需
要再经过深度处理工艺。人工湿地作为深度处理工艺的一种，相比于运行费用高、操作复杂的高级氧化、混凝沉淀等方法，具有投资运行费用低、易
于操作，非常适合在发展中国家使用，而且可以将污水处理与生态景观建设有机地结合起来，具有良好的社会、经济、环境效益[8]。2设计
概述2.1设计原则及依据在设计过程中主要查阅了以下标准：①《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）；②《
辽宁省污水综合排放标准》（DB21/1627-2008）；③《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ2005-2010）；④《室
外排水设计规范》（GB50014-2006（2014年版））；⑤《室外给水设计规范》（GB50013-2006）；⑥《城市污水
再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）；⑦《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）
；⑧《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）；⑨《钢筋混凝土工程施工及验收规范》（GB50204-2002（2
011年版））；⑩《给水排水构筑物施工及验收规范》（GB50141-2008）。2.2设计要求(1)设计水量：日处理水量设
为10000m3/d，115.74L/s。(2)进水水质：根据已建成的大连其他污水处理厂（大连寺儿沟污水处理厂）进水水质设定
本次设计的进水水质。(3)出水水质：本设计的出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标
准。主要指标详见表2.1。表2.1设计进出水水质及去除效率单位mg/LpH化学需氧量(COD)生化需氧量(BOD5)悬浮
物(SS)总氮(TN)氨氮(NH4+-N)总磷(TP)进水水质6-935020022040303出水水质6-9≤50≤10
≤10≤15≤5（8）≤0.5去除效率86%95%95%67%83(73)%85%注：水温大于12℃时满足括号外的控制指标，小于等
于12℃时满足括号内的控制指标。出水水质也满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002），可作为城市杂用水
使用,部分指标见表2.2。表2.2城市杂用水水质标准单位mg/LpH浊度/NTU生化需氧量(BOD5)溶解性总固体氨氮(
NH4+-N)冲厕6-9≤5≤10≤1500≤10道路清扫-消防6-9≤10≤15≤1500≤10城市绿化6-9≤10
≤20≤1000≤20车辆冲洗6-9≤5≤10≤1000≤10建筑施工6-9≤20≤20-≤20(4)水质水量分析①由
表2.1可知，BOD5，COD，SS，TP，NH4+-N去除率均较高，需要采用脱氮除磷工艺。②可生化性：BOD5/COD=2
00/350=0.57，易生化处理。2.3工艺的选择(1)污水需要经过预处理、二级处理及深度处理后才会达标排放。本设计中各
处理单元去除效率如表2.3所示。表2.3各处理单元去除效率处理阶段指标进水浓度mg/L出水浓度mg/L去除效率%预处理B
OD52002000SS22011050NH3-N30300二级处理BOD52002090SS1102082NH3-N301550
深度处理BOD5201050SS201050NH3-N15(8)8(5)47(67)注：水温大于12℃时满足括号外的控制指标，小于
等于12℃时满足括号内的控制指标。(2)二级处理单元的选择①采用生物脱氮除磷工艺的可行性分析[30]a.BOD5/COD=
200/350=0.57B/C比是评价污水可生化性的重要指标之一。一般B/C比大于0.3时，可生化处理。B/C值越大，可生化
性越好。本设计中B/C比为0.57，所以适合进行生化处理。b.BOD5/TN=200/40=5能否采用生物脱氮与BOD5
/TN比值相关。反硝化菌是异养菌，需要消耗外来碳源。理论上，进水BOD5/TN在3.86时，无外加碳源的情况下，顺利地进行反硝化反
应。本设计中BOD5/TN为5，因此进水中具有足够的碳源，可供反硝化菌使用。c.BOD5/TP=200/3=67BOD5
/TP用于评价是否可以采用生物除磷。一般认为，进行生物除磷的低限是BOD5/TP=17。本设计进水中BOD5/TP为67，满
足生物除磷工艺要求。②生化处理工艺的选择本设计中处理水量为10000m3/d，为中小型污水处理厂，比较适合使用氧化沟工艺或序
批式活性污泥法（SBR），两种工艺的经济技术比较结果见表2.4[30]。表2.4生化处理工艺经济技术比较氧化沟工艺SBRCOD
、BOD5去除率85-90%85-90%特点a.不需要设置初沉池。b.处理效果稳定，出水水质好，有一定的抗冲击负荷能力。c.剩余污
泥较少，不需要消化处理。a.一般不设初沉池。b.类似于静止沉淀，出水SS较低且稳定。c.具有较好的抗冲击负荷能力。构筑物数量与设备
一般较少操作、管理及维护操作管理便利操作方便。投资较高高运行成本较高较低对操作人员要求一般较高(3)人工湿地系统的选择本设计中采
用人工湿地作为深度处理工艺，不同类型的人工湿地污染物去除效率见表2.5。表2.5人工湿地系统污染物去除效率
单位：%表面流人工湿地水平潜流人工湿地垂直潜流人工湿地BOD540-7045-8550-90COD50-6055-
7560-80SS50-6050-8050-80NH3-N20-5040-7050-75TP35-7070-8060-80表面流人
工湿地在冬季寒冷的情况下可能会结冰，影响处理效果，不适合在北方地区使用。水平潜流人工湿地由于氧气只来源于植物根系传输，脱氮除磷效果
欠佳，因此本设计中采用垂直潜流人工湿地。2.4工艺流程图2.1工艺流程图首先，污水经过细格栅、旋流沉砂池等预处理单元去除可沉
淀固体、悬浮物质及部分有机物质，再经过Orbal氧化沟进一步去除可溶性有机物质，之后经垂直潜流人工湿地系统实现脱氮除磷，达标排放。
本工艺具有以下特点：(1)因为采用了氧化沟工艺处理，所以效果稳定，出水水质好，有一定的抗冲击负荷能力，而且不需要设置初沉池。(2
)垂直潜流人工湿地系统可以将污水处理与生态景观建设有机地结合起来，实现良好的社会、经济、环境效益。部分出水还可以作为城市杂用水用
于道路清扫、消防、城市绿化等。(3)运行操作简单，管理方便。(4)具有景观作用和经济价值。3垂直潜流人工湿地小试实验3.1
材料与方法3.1.1试验装置本试验的装置如图3.1所示。反应装置由有机玻璃制作，有效体积是6L()。反应器的有效高度是30
cm，上下两层各15cm为粒径在3045mm和粒径在1030mm的鹅卵石。反应装置模拟的是没有种植植物的上流式垂直潜流人工
湿地，所以进水端为厌氧条件，出水端为好氧条件。为了保证水流的流动性，中间隔板上设有1cm的孔，孔间距是2cm。通过蠕动泵将人工
模拟废水从进水桶中打入到反应装置。反应装置在2017年4月份至2017年5月期间，在室温20-25℃条件下运行。图3.1试验装置
图3.1.2试验用水本试验采用人工模拟废水，由乙酸钠、氯化铵、磷酸氢二钾作为碳源、氮源和磷源。进水中COD为300mg/L，N
H4+-N为50mg/L，PO43--P为5mg/L。进水pH调节至7左右，水力停留时间为2天。所接种的污泥取自黑石礁海底底泥
，其性质见表3.1。表3.1底泥的理化性质pHCOD/kg/gNH4+-N/mg/g海底底泥7.0516.93213.943.
1.3分析方法从进水端和出水端取2mL样品后，经过离心机离心10000rpm，10分钟，再进行测定。使用COD微波消解测定仪
测定COD浓度（微波消解法）和721型可见分光光度计测定NH4+-N浓度（纳氏试剂分光光度法）。3.2实验结果图3.2COD
进出水浓度及去除效果图3.3NH4+-N的进出水浓度及去除率由图3.2可知，实验结果表明，出水COD浓度在22.58-79
mg/L之间，去除率为66.67-93.94%。虽然进水浓度300mg/L与工艺流程中的60mg/L不同，但是小试实验的COD
平均去除率为79.31%，根据此去除效率，工艺流程中垂直潜流人工湿地的出水COD浓度大概在12.41mg/L左右，低于一级A标准
中的50mg/L。由图3.3可知，进水NH4+-N浓度为50mg/L左右时，出水浓度为38.42-55.20mg/L，去除率在
2.45-23.16%之间，效果并不理想，这可能与以下三种原因有关。(1)试验装置中没有种植植物。Nikolaos的研究结果表明
，脱氮效率在种植宽叶香蒲或芦苇的单级人工湿地中比没有种植植物的人工湿地系统高，这可能与植物促进了氧气的传输，从而有利于微生物进行硝
化-反硝化反应，提高脱氮效率相关[15](2)前期微生物驯化时间较短，处理效果还不稳定。Gao的文章中也提到，至少要对反应装置
驯化运行15天，以利于生物膜的形成[28]。(3)接种的底泥本身含有较高浓度的NH4+-N。而且当微生物分解蛋白质时也有可能
产生NH4+-N。4垂直潜流人工湿地系统设计计算4.1格栅4.1.1格栅简介格栅的主要作用是去除污水中较大的悬浮物或漂浮物
进行拦截，保证后续污水处理单元的正常运行[32]。被截留的物质称为栅渣，栅渣的含水率约为70-80%，容重约为750kg/m3。
格栅按栅条的间隙大小分为粗格栅（50-100mm），中格栅（10-40mm），细格栅（3-10mm）。污水流入城镇污水处理厂
时已经过厂外的粗格栅，因此本次设计只涉及细格栅的设计计算。4.1.2格栅设计计算(1)已知条件设总变化系数为，则最大设计流量
(4.1)(2)设计计算①栅条间隙数取细格栅栅前水深，过栅流速。细格栅的栅条间距在3-10mm之间，本设计中取栅条间隙宽
度。采用机械格栅时安装角度宜为60-90°之间，取格栅倾角，则栅条间隙数(4.2)②格栅槽宽度设栅条宽度，则格栅槽宽度(4.
3)③进水渠道渐宽部分的长度设进水渠道宽度为，其渐宽部分展开角为，则(4.4)④出水渠道连接处的渐窄部分的长度(4.5)
⑤格栅的水头损失栅条断面形状包括锐边矩形、圆形、正方形等。本设计中选锐边矩形断面，形状系数，阻力增大系数，则(4.6)⑥栅
后槽总高度设栅前渠道超高，则(4.7)⑦格栅的总长度(4.8)图4.1细格栅设计计算图（单位：mm）⑧每日栅渣量在格栅间
隙5mm的情况下，设每1000m3污水产生0.08m3的栅渣，则(4.9)所以采用机械清渣，栅渣采用螺旋输送机输送，闸门采
用手动控制。并在格栅上部设置具有安全和冲洗设施的工作平台，其高度比栅前最高设计水位高0.5m。⑨格栅除污机型号选用TGS系列回
转式格栅（齿耙）除污机。该机不仅自动化程度高，可以根据进水中含有的杂物的量连续或间歇运行，而且耐腐蚀性能好，并设有过载安全保护。本
设计选用TGS-500型2台并联运行，详细参数见表4.1[32]。表4.1TGS-500型回转式格栅除污机性能参数型号设备安
装长/mm设备总宽/mm设备宽/mm设备高/mm排渣高度/mm电动机功率/kWGS-500232085050033357640.5
54.2旋流沉砂池4.2.1旋流沉砂池简介旋流沉砂池通过机械力可以控制水流流态及流速，从而加快砂粒的沉淀，去除部分有机物。旋
流沉砂池由进水口、出水口、沉砂区、贮砂区等组成。进水沿切线方向进入，并在桨叶分离机的控制下在池中旋转，出水沿与进水相反的方向流出沉
砂池。在旋流作用下，砂粒与有机污泥分离，在离心力作用下被抛向池壁，并沿池壁下滑进入贮砂区。旋流沉砂池具有泥砂分离效果好、占地面积小
、投资运行费用低等优点，比较适合在中小型污水处理厂使用。4.2.2旋流沉砂池设计计算(1)选型计算设计流量，选用ZXS6钟氏沉
砂设备，其外形及安装尺寸详见表4.2[32]。表4.2ZXS6钟氏沉砂设备外形及安装尺寸设计水量/(m3/h)沉砂池直径A/m
贮砂区直径B/m进水渠宽度C/m出水渠宽度D/m锥斗底径E/m贮砂区深度F/m7202.431.00.450.9000.301.3
5沉砂区底坡降G/mH/m进水渠水深J/mK/m沉砂区深度L/m电机功率/kW0.400.300.400.801.150.55图4
.2ZXS型钟式沉砂池吸砂机(2)参数校核①表面负荷(4.10)②水力停留时间沉砂区体积(4.11)b.水力停留时间
(4.12)满足水力停留时间小于30s。③进水渠流速(4.13)而经过细格栅后进入沉砂池的流速为0.7m/s,则进水渠
宽度(4.14)④进水渠宽度为了创造平稳的进水条件，进水渠直线段宽度为，小于4.5m，所以选择4.5m。⑤出水渠流速
(4.15)⑥出水渠宽度出水渠宽度为2倍的进水渠宽，所以是9m。并且为了防止短流，与进水渠道有不大于270°的夹角。4.3O
rbal氧化沟4.3.1Orbal氧化沟简介氧化沟是改良的活性污泥法。在氧化沟中污水和活性污泥通过一条闭合式曝气渠道进行连续循
环。氧化沟曝气池占地面积比一般的生物处理要大，但是由于其不设初沉池，所以污水处理厂的占地总面积并没有增大，因此在经济方面更具有竞争
力。氧化沟根据构造和特征，可以分为Passver氧化沟、Carrousel氧化沟、Orbal氧化沟、交替式氧化沟等[31]。本次设
计中选用了Orbal氧化沟，其结构见图4.3。Orbal氧化沟是一种多级氧化沟，由三个同心沟组成。由沉砂池出来的水，经过处于缺氧状
态的外沟，发生硝化-反硝化反应。在中沟的溶解氧可以根据负荷的变化进行调节。内沟处于好氧状态，使污水在进入二沉池前去除剩余的有机物和
氨氮。Orbal氧化沟具有出水水质好、可同时进行硝化反硝化、脱氮效率高；易于适应不同水量和水质的变化；易于维护；节能等优点[31]
。图4.3Orbal氧化沟结构图4.3.2Orbal氧化沟设计计算(1)已知条件①设计水量②设计进出水水质表4.3
Orbal氧化沟设计进出水水质BOD5浓度TSS浓度VSS浓度TN(认为不含硝态氮)氨氮设计进水水质VSS/TSS=0.740
mg/L30mg/L设计出水水质20mg/L15mg/L③设计参数延时曝气法的污泥产率系数在0.3-0.6之间，本设计取
。混合液悬浮固体浓度(MLSS)在2500-4500mg/L之间，取,混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）(MLVSS/ML
SS=0.75)。污泥龄需要大于15天，所以取。此外，自身氧化系数取，20℃时的脱氮速率为，原水碱度（以CaCO3计）。(3)设
计计算①去除BOD5浓度a.氧化沟中出水溶解性BOD5浓度(4.16)b.好氧区的容积(4.17)c.好氧区的水力停留
时间(4.18)d.进水中含有的悬浮固体惰性部分(4.19)e.剩余污泥量(4.20)每去除1kgBOD5产生的干污泥量
(4.21)②脱氮计算a.已被氧化的氨氮量设进水中不存在硝态氮，则剩余污泥中的含氮量为12.4%.。用于生物合成需要的总氮为
(4.22)b.需要氧化的氨氮量(4.23)c.脱氮所需脱氮量(4.24)d.碱度平衡氧化1mgNH3-N消耗7.
14mg/L碱度；氧化1mgBOD5和还原1mgNO3--N可以分别产生0.1mg/L和3.57mg/L碱度。则剩余碱
度(4.25)e.脱氮率（温度为10℃时）(4.26)f.脱氮所需池容(4.27)g.停留时间(4.28)③总容积
(4.29)总停留时间(4.30)满足要求。校核污泥负荷(4.31)在之间，满足要求。④需氧量计算a.设计需氧量取微生物
氧化分解有机底物所需氧率为，活性污泥微生物自身氧化所需氧量，则去除BOD5需氧量为(4.32)剩余污泥BOD5需氧量（用于合成的
部分）为(4.33)1kgNH3-N硝化需要消耗4.6kgO2,则去除氨氮的需氧量为(4.34)剩余污泥中NH3-N的耗氧量
为(4.35)每还原1kgNO3--N可以产生2.86kgO2，则脱氮产氧量为(4.36)总需氧量为(4.37)考虑安全
系数1.4，则设计需氧量为(4.38)校核(4.39)满足规定中的。b.标准状态下需氧量(4.40)取，，，在三沟系统中，
溶解氧比例为外沟:中沟:内沟=0.2:1:2，充氧量分配按外沟：中沟：内沟=65：25：10考虑。则供氧量分别为(4.4
1)(4.42)(4.43)各沟道标准需氧量分别为(4.44)(4.45)(4.46)总标准需氧量为(4.47)校核
(4.48)⑤尺寸计算设氧化沟1座。Orbal氧化沟中直线段应尽可能的短，弯曲部分一般为总体积的70-90%之间。本设计取总容积
的80%为弯道部分，20%为直线段。(4.49)(4.50)氧化沟的有效水深与曝气、混合及推流设备的选择有关，宜为3.5-4.
5m之间，本设计中取4.0m。本设计采用曝气转盘，所以超为0.5m。外沟、中沟、内沟之间隔墙厚度取为0.25m，则(4.
51)(4.52)a.直线段长度取外沟宽度为7m、中沟宽度为6m、内沟宽度为6m，则，取9.20m。(4.53)b
.中心岛半径(4.54)解得r=1.93m，取r=2mc.校核各沟道的比例(4.55)(4.56)(4.57)
(4.58)(4.59)(4.60)基本满足各沟道容积比（一般为50:33:17左右）。⑥进出水管及调节堰a.进水水管污泥
回流比在75-150%之间，所以取污泥回流比为R=100%。进出水水管流量，进出水管控制流速一般小于1m/s，旋流沉砂池出水流速
0.42m/s。进出水管直径，取0.9m。(4.61)校核进出水管流速(4.62)满足要求。b.出水堰计算氧化沟出水处
设置安装可调节堰的出水竖井，以便于调节曝气转碟的淹没深度。取堰上水头高H=0.2m，则堰宽,取1.4m。(4.63)每边留0
.3m，以满足可调节堰的安装要求，则出水竖井长度(4.64)出水竖井位于中心岛，曝气转碟上游，宽度B取1.2m（考虑安装高度
），则平面尺寸为，出水孔尺寸为，正常运行时，堰顶高出孔口底边0.1m，调节堰在0.3m范围内可上下调节。⑦曝气设备选择本设计
采用ZPQ型转盘曝气机，单碟（ds）充氧能力为，其规格参数详见表4.4[32]。表4.4ZPQ型转盘曝气机规格和性能型号转盘直
径/mm转速/(r/min)盘片数量/（片/m）单位单盘片功率/kW最大浸没深度/mm动力效率/单沟跨度/mZPQ14005040
.755002.3a.外沟道所需碟片数量(4.65)表4.4可知，每米轴安装的4片碟片，最外侧碟片距池内壁0.25m，则，为
了设计的对称性，取6组。(4.66)(4.67)校核，满足要求。(4.68)故外沟道安装6组曝气转碟，每组上共有碟
片20片。校核，满足要求。(4.69)b.中沟道所需碟片数量(4.70)表4.4可知，每米轴安装的4片碟片，最外侧碟片距池内壁
0.25m，则，为了设计的对称性，取4组。(4.71)(4.72)校核，满足要求(4.73)故中沟道安装4组曝气
转碟，每组上共有碟片13片。校核，满足要求。(4.74)c.内沟道所需碟片数量(4.75)表4.4可知，每米轴安装的4片碟片
，最外侧碟片距池内壁0.25m，则(4.76)为了与中沟道匹配便于安装取4组。，取7片。(4.77
)校核，满足要求。(4.78)故内沟道安装4组曝气转碟，每组上共有碟片7片。校核，满足要求。(4.79)根据上述计算
，氧化沟共设轴长7m的短轴转碟6组及轴长（6+6）m的长轴转碟4组。氧化沟所需电机功率(4.80)4.4二沉池(辐流式沉砂池
）4.4.1二沉池简介二沉池是生物处理后的沉淀池，主要作用是对泥水混合物进行分离，使混合液澄清和污泥浓缩、将分离后的污泥回流到
氧化沟。沉淀池中发生层状沉淀和压缩沉淀。二沉池由进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区组成。其主要类型包括平流式二次沉淀池、辐流式
二次沉淀池等。本次设计采用了向心流辐流式二次沉淀池。与普通辐流式二次沉淀池相比，克服了中心流速大、对池底污泥干扰等缺点，使容积利用
率大大提高[32]。进出水方式选择为周边进水周边出水。4.4.2二沉池设计计算(1)设计参数根据设计规定次沉淀不少于2个，因
此本设计中取n=2座，单池设计流量,，MLSS4000mg/L，污泥回流比R=100%设表面负荷，沉淀时间t=
2.5h，污泥停留时间T=2h（氧化沟采用的是延时曝气法），沉淀池污泥浓度(2)设计计算①沉淀池部分水面面积(4.
81)②池子直径(4.82)鉴于定型设备规格，取D=20m，满足池径在16-50m之间的要求。根据池径选择BGQ-2
0型周边传动刮泥机，其具体参数见表4.5[32]。表4.5BGQ-20型周边转动刮泥机主要技术参数型号池径/m周边线速/(m/m
in)功率/kW周边单个轮压/kN滚论轮距/m池边深/mmBGQ-2020500.742520.43000-5000③校核堰口负
荷(4.83)④校核固体负荷(4.84)G值一般可达⑤澄清区高度(4.85)⑥污泥区高度(4.86)⑦池边水深缓冲
层高度0.3m(4.87)池径比(4.88)池直径与有效水深之比在6-12之间，满足要求。⑧污泥斗高设污泥斗上口直径，底
直径，斗壁与水平夹角60°，则(4.89)⑨池总高二沉池池底坡度不宜小于0.05，所以取0.05，排泥设备中心立柱的直径为1.
5m。池中心与池边落差(4.90)因采用机械排泥，所以超高，故池总高(4.91)⑩进水部分设计采用环形平底槽，孔径为50
mm的布水孔。a.流入槽设流入槽宽，设槽中流速槽中水深(4.92)b.布水孔数布水孔平均流速一般取0.3-0.8m/
s；导流絮凝区平均停留时间t在池周有效水深2-4m时，取360-720m；污水的运动黏度v与水温有关；导流絮凝区的平均速度梯度
一般可取10-30s-1。取，则布水孔平均流速(4.93)布水孔数(4.94)c.孔距(4.95)d.校核布水孔水流收
缩断面的流速(4.96)因设有短管，取,设导流絮凝区的宽度与配水槽同宽，则导流絮凝区平均向下流速(4.97)导流絮凝区的平均
速度梯度(4.98)之间，满足要求。?出水部分设计a.采用周边出水槽取安全系数，则水槽宽(4.99)b.出水堰的设计采用
出水三角堰，设计堰上水头，三角堰的角度，则过流堰宽(4.100)当时，过堰流量(4.101)每池应该布置的出水堰总数,取9
7个。(4.102)c.集水槽沉淀池集水槽为施工方便一般设计为平底，沿途接纳出流堰流出之水，故槽内水流
系属非均匀稳定流。当沿槽长溢入流量均匀，且为自由跌水出流，则槽宽(4.103)集水槽临界水深为(4.104)集水槽起端水深(
4.105)d.出水管设计在池周边设1个出水管，管径取，则周边槽管内流速(4.106)?排泥部分设计为了防止冲刷管道或造成淤
积，排泥管直径一般不小于200mm。因此取排泥管的设计直径为200mm，静水压力排泥。4.5垂直潜流人工湿地(1)已知条件
①设计水量②进出水水质表4.6人工湿地进出水水质单位：mg/L化学需氧量(COD)生化需氧量（BOD5）悬浮物（SS）
总氮氨氮总磷进水水质6020151出水水质50108(5)0.5注：水温大于12℃时满足括号外的控制指标，小于等于12℃时满足括号
内的控制指标。③设计参数选择垂直潜流人工湿地，填料：碎石（粗砂砾），植物：芦苇。辽宁省为北方，北方垂直潜流人工湿地的水力负荷宜为
0.2-0.5之间，取。(3)设计计算①湿地面积(4.107)②填料本设计中填料选为鹅卵石，孔隙度取n=0.5，水
力停留时间在1-3d之间，根据小试结果取t=2d。填料容积(4.108)填料高度(4.109)③校核a.以BOD5
去除校核湿地面积反应速率选取，设最不利时冬季水温T=10℃。设计水温下的反应速率常数(4.110)以BOD5去除校核湿地面积
(4.111)b.以TN去除校核湿地面积公式模型总氮背景值，一般取，水温20℃时总氮速率，一般潜流湿地取水温10℃下的总氮速率
常数(4.112)以TN去除校核湿地面积(4.113)c.以经验估算公式校核湿地面积设全年运行t=52周，湿地水力负荷
(4.114)经过多种方法校核，选择湿地面积为A=70000m2。则填料高度为，取0.6m。(4.116)校核则填料容积，水
力停留时间，与小试结果也基本相符。a.中以BOD5去除校核湿地面积，也满足要求。④湿地布置潜流人工湿地单元的宽度比宜在3:1以下
，单元长度宜在20-50m之间。设长宽比为2:1,即，则长度L=374m,宽度B=187m。该湿地长为8格，宽为8格，
则每单元长L=47m,宽B=23m。人工湿地单元面积=，满足要求。⑤填料布置垂直潜流人工湿地填料分3层，各层级配为（由下往
上），底层：300mm大鹅卵石，粒径30-100mm；第二层：300mm小鹅卵石，粒径10-30mm；第三层：200m
m粘土（满足植物生长所需）。⑥湿地植物潜流人工湿地适合栽种的植物，本设计选择栽种9株/m2的芦苇，则需要万株芦苇。⑦集、配水
及出水系统湿地系统的进出水布置有推流式、分级进水式、具有回流的推流式、分散进水-回流的组合式等四种方式，详见图4.4[34]。本设
计采用分级进水和出水的方式。图4.4人工湿地系统的布水形式使用穿孔管，以保证集配水的均匀性，。穿孔管长度与人工湿地单元的宽度相
同为23m。管孔间距要小于等于人工湿地单元宽度的10%，所以选为2m。穿孔管周围选用粒径大于管孔孔径的基质。⑧防渗层对垂直潜
流人工湿地的底部和侧面进行防渗处理。先夯实湿地底层土壤，再采用100mm厚的水泥砂浆加3mm厚防水层结构作为防渗层，渗透系数为
[33]。4.6污泥处理与处置4.6.1污泥处理概述为了实现污泥减量化、稳定化和无害化，尽量回收和利用污泥中的能源和资源。
根据污水处理工艺的不同，污泥可以分为初沉污泥、剩余污泥、消化污泥和化学污泥等。此外，污水处理厂还会排除的污泥包括栅渣和沉砂池沉渣。
栅渣呈垃圾状，沉砂池沉渣中密度较大的无机颗粒含量较高，所以这两者一般作为垃圾处置[6]。本工艺流程中需要处理的污泥主要来自剩余污泥
。4.6.2污泥处理设计计算①污泥量二级处理的剩余污泥量，含水率P=99.4%。则剩余污泥容积量为(4.117)②贮泥池
设贮泥池2座，贮泥时间T=0.5d池容(4.118)贮泥池尺寸：③污泥脱水a.加药系统选用聚丙烯酰胺（PAM）对污泥进行调
理，投药量在0.15-0.5%之间，取0.2%。则(4.119)配置成浓度为1%的溶液（按水密度算），则(4.120)b.
浓缩脱水一体机污泥处理构筑物个数不应小于2个，脱水设备需要考虑1台备用。本设计采用带宽为1.0m的3DP型带式浓缩脱水一体机。该
脱水机不仅可以浓缩、脱水单机运行，还可以同时进行浓缩脱水与压力脱水。其具体参数见表4.7[32]。表4.73DP型带式浓缩脱水
设备外形、安装尺寸及性能浓缩段总面积/m2压滤段面积/m2总长/m总宽/m总高/m压力控制系统功率/kW压滤段主电机功率/kW浓缩
段电机功率/kW耗水量/(m3/h)重量/kg带宽1.0m3.724.666.882.033.002.22.21.59.0868
04脱水后污泥的含水率小于80%，外运至污泥处理厂处理。4.7工艺系统构筑物布置4.7.1平面布置(1)平面布置原则[3
0]各处理构筑物应布置紧凑，保持约5-10m的距离。主要管线尽可能的考虑重力自流，避免迂回曲折，以减少水头损失。污泥处理构筑物为
便于管理，单独城区。综合楼等位于夏季主风向的上方向，尽量与处理构筑物保持一定的距离。在厂区修筑道路时，要考虑方便运输，且不分割所在
区域的功能。(2)平面布置图表4.8构筑物几何特性构筑物名称尺寸(m)结构类型数量提升泵房钢筋混凝土1格栅间钢筋混凝土2（1用
1备）旋流沉砂池钢筋混凝土2（1用1备）Orbal氧化沟中心沟半径2m，直线段9.18m，外沟宽7m，中沟宽6m，内沟宽6
m钢筋混凝土1二沉池钢筋混凝土2垂直潜流人工湿地单元钢筋混凝土64贮泥池钢筋混凝土1污泥脱水间钢筋混凝土1污泥泵房钢筋混凝土1综合
楼钢筋混凝土1宿舍钢筋混凝土1传达室钢筋混凝土1平面布置图见附录B。4.7.2高程布置(1)设计计算①水头损失水头损失包
括各构筑物的水头损失和构筑物之间连接管道的水头损失。各构筑物的水头损失根据计算结果及估算确定。连接管道的水头损失包括沿程水头损失h
1和局部水头损失h2[35]。计算公式如下：(4.121)式中i为单位管长的水头损失；L为构筑物管长，m；为局部阻力系数。计算
结果如表4.9所示。表4.9垂直潜流人工湿地系统各构筑物及连接管道水头损失汇总表设计流量/L/s流速v/m/s管径/mmh1/m
h2/mh/m出水管115.740.964001.850.0431.897垂直潜流人工湿地系统0.8垂直潜流人工湿地至二沉池75.
230.64000.80.1240.924二沉池0.6二沉池至Orbal氧化沟115.740.739000.080.1220.2
02Orbal氧化沟0.4Orbal氧化沟至旋流沉砂池150.460.429000.030.0300.060旋流沉砂池0.65
旋流沉砂池至细格栅150.460.73000.030.1120.137细格栅0.44合计6.110取垂直潜流人工湿地的出水端地面标
高为相对标高0.000m，垂直潜流人工湿地出水端标高为-0.200m各构筑的水面标高及池底标高见表4.10。表4.10各
处理构筑物的水面标高及池底标高构筑物名称水面标高/m池底标高/m细格栅2.7501.750旋流沉砂池2.168-0.282Orba
l氧化沟2.000-2.000二沉池2.430-2.500垂直潜流人工湿地-0.200-1.000②泵的选择a.污水提升泵根
据水量和扬程选择350QH0.2-11型混流泵3台（2用1备），其具体参数见表4.11[36]。表4.11350QH0.2-11
型混流泵性能参数型号流量/m3/h扬程/m转速/r/min电机功率/kW效率/%350QH0.2-1146913.75980377
1.5b.污泥回流泵根据流量及扬程选择350QZ-70G潜水轴流泵2台（1用1备），其参数见表4.12[36]。表4.1235
0QZ-70G潜水轴流泵性能参数型号流量/m3/h扬程/m叶片安装角/度转速/r/min电机功率/kW叶轮直径/mm350QZ-7
0G7748.980147030300c.剩余污泥提升泵根据流量及扬程选择ZW40-20-15自吸无堵塞排污泵2台（1用1备），
其参数见表4.13[36]。表4.13ZW40-20-15自吸无堵塞排污泵性能参数型号流量/m3/h扬程/m电机功率/kW转速
/r/min效率/%必需汽蚀余量/mZW40-20-1520152.22900452.55经济费用分析本设计中的经济分析只对投资
费用和运行费用进行了粗略的计算，只作为参考。5.1投资费用(1)构筑物建设费用构筑物主体采用钢筋混凝土结构，墙体厚取250
mm（如Orbal氧化沟、垂直潜流人工湿地）或300mm（如格栅间、旋流沉砂池等），池底厚取300mm。钢筋混凝土按每立方15
00元计，则需要总费用约3000万元。(2)设备费用表5.1设备费用一览表序号设备名称型号数量单价/万元总价/万元1进水提升
泵350QH0.2-113（2用1备）6182回转式格栅除污机TGS-5002363螺旋输送机-11.51.54旋流式除砂机ZXS
62（1用1备）1.535转盘曝气机ZPQ型103306推进器-2367周边传动吸泥机BGQ-20125258污泥回流泵350QZ
-70G2（1用1备）5109剩余污泥提升泵ZW40-20-152（1用1备）3610污泥浓缩脱水一体机3DP型2（1用1备）20
4011加药泵-2（1用1备）2412管道及闸阀等配件15013机修车间配套设备5014实验室检测设备50合计399.5(3)材
料费a.填料费用：需要购买鹅卵石7.6万吨，85元/吨，需要费用646万元。b.植物费用：1株芦苇的单价为0.8元，需要种植6
3万株，需要费用50.4万元。总投资费用=3000+399.5+646+50.4=4095.9万元5.2运行
费用(1)电费表5.2主要设备型号及能耗明细表序号设备名称型号数量单机功率/kW总运行时间/h耗电量/1进水提升泵350QH
0.2-113（2用1备）372417762回转式格栅除污机TGS-50020.552426.43螺旋输送机-11.524364旋
流式除砂机ZXS62（1用1备）0.552413.25转盘曝气机ZPQ型2000.752436006推进器-211245287周边
传动吸泥机BGQ-2010.742417.768污泥回流泵350QZ-70G2（1用1备）30247209剩余污泥提升泵ZW40-
20-152（1用1备）2.22452.810污泥浓缩脱水一体机3DP型2（1用1备）5.924141.611加药泵-2（1用1备
）2.52460合计6971.76每度电为0.725元/度，所以需要费用(2)人工费实际工程需要雇用10人，每人5000元/月
，需要费用60万元/年。(3)药剂费需要消耗聚丙烯酰胺1.24kg/d，456.2kg/a，每吨价格为2万元，约为1万元/年
。(3)总运行费用可处理污水量为每吨水的处理费用为所种植的芦苇收割后可作为造纸及器具加工的原料，芦根还可作为重要，因此会带来一定
的经济效益，所以实际运行费用可能比0.67元/吨低。6结论在本设计中经过对水量及水质分析，对不同工艺的比较之后，采用垂直潜流人
工湿地处理城镇生活污水。根据计算结果，污水经过预处理、Orbal氧化沟及垂直潜流人工湿地处理后其水质满足一级A标准，也可以作为城市
绿化、消防用水等城市杂用水使用。小试实验结果表明水力停留时间为2天时，垂直潜流人工湿地的COD及NH4+-N的平均去除率达到了79
.31%和10.67%。针对计算结果及相关制图规范绘制了污水处理厂的总平面布置图、高程图、各处理构筑物的结构图等7张图纸。经过经济
费用核算得到，污水处理厂的处理单位废水的运行费用为0.67元/吨。综上所述，人工湿地系统不仅可以对污水进行处理，还可以有机地结合生
态景观建设，实现良好的社会、经济、环境效益，因此作为深度处理单元具有深远的意义。参考文献[1]中华人民共和国环境保护部.
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