1 基質(zhì)尺寸及硬度

基質(zhì)作用：為植物提供生根材料；有助于水流在入口/出口均勻分布/收集；提供微生物生長(zhǎng)的表面積；過(guò)濾和捕獲固體顆粒。其中上層的基質(zhì)材料應(yīng)宜于植物根系生長(zhǎng)，建議種植基質(zhì)的直徑不超過(guò)20mm，深度最小為100mm。

入口和出口部位的基質(zhì)建議直徑為40-80mm，盡量減少堵塞，并應(yīng)從系統(tǒng)頂部延伸到底部。入口區(qū)域建議長(zhǎng)約2米，出口區(qū)域建議長(zhǎng)約1米，有助于水流均勻分布或均勻收集而不會(huì)堵塞，建議入口和出口處使用石籠，便于清理維護(hù)。

基質(zhì)可以為微生物生長(zhǎng)及固體沉降/積聚提供巨大的表面，VSB中的基質(zhì)粒徑范圍從土壤到100毫米巖石。土壤和沙子作為基質(zhì)時(shí)，即使進(jìn)水TSS濃度很小，也很容易堵塞，因此盡量避免采用土壤或砂子基質(zhì)。礫石和巖石作為基質(zhì)時(shí)，較小的粒徑更容易堵塞，較大的粒徑難以施工及后期維護(hù)。碎石灰石作為基質(zhì)，不建議用于VSB系統(tǒng)，由于較強(qiáng)的還原環(huán)境可能導(dǎo)致其分解和溶解，從而造成堵塞。具有高鐵或鋁的基質(zhì)將具有更多的磷結(jié)合位點(diǎn)，并且具有強(qiáng)化除磷效果，但這種現(xiàn)象僅存在于運(yùn)行初始階段的幾個(gè)月?；|(zhì)在10至60毫米范圍內(nèi)，不同尺寸對(duì)應(yīng)的污染物去除效率并沒(méi)有太大變化。因此，建議處理區(qū)基質(zhì)的平均直徑在20至30毫米之間。為了盡量減少基質(zhì)沉降，建議使用莫氏硬度為3或更高的圓形基質(zhì)。

2 坡度

基質(zhì)頂部表面應(yīng)水平或接近水平，以便于種植和日常維護(hù)。從理論上講，底部坡度應(yīng)與水位的坡度相匹配，以便VSB中保持均勻的水深。但是，由于基質(zhì)的滲透系數(shù)隨時(shí)間和位置而變化，以這種方式確定底部坡度是不切實(shí)際的，底部坡度的設(shè)計(jì)更多的是用于系統(tǒng)排水，而不是補(bǔ)充VSB的滲透系數(shù)，一種實(shí)用的方法是沿著從入口到出口的流動(dòng)方向均勻地傾斜底部，建議坡度為0.5-1％，以便于施工和正確排水。

3 入口/出口

入口管道的設(shè)計(jì)必須盡量減少基質(zhì)中短路和堵塞的可能性，并使流量分布均勻。對(duì)于長(zhǎng)寬比小于1的VSB系統(tǒng)，必須特別注意將進(jìn)水?dāng)U散到VSB的整個(gè)寬度。均勻分布流量的推薦方法是使用可在頭部旋轉(zhuǎn)的三通或90度彎頭。如果使用帶孔的管道來(lái)分配流量而不是帶有旋轉(zhuǎn)接頭的管道，則必須盡量減少分配管道中的水頭損失，這一要求限制了所用孔口的數(shù)量和尺寸，并增大了分配管道的管徑，使其速度降低?？卓趹?yīng)均勻設(shè)置，間隔約等于池格寬度的10％。出口管道的設(shè)計(jì)必須盡可能減少短路的可能性，最大限度地均勻收集流量，并允許操作員改變工作水位。

4 系統(tǒng)的深度/寬度/長(zhǎng)度

VSB系統(tǒng)的典型平均基質(zhì)深度為0.3-0.7米，建議深度為0.4-0.6米。如前所述，有證據(jù)表明水流優(yōu)先在根區(qū)下方的基質(zhì)空隙通道中流動(dòng)而形成短路，為了避免這種影響，通常需要更淺的深度，而較淺的深度可能需要更大的面積來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的HRT，建議使用0.40米作為系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)水深（VSB入口處）。而基質(zhì)的深度由入口處的水面高程確定，且應(yīng)比水深高出至少0.1米。

寬度可由達(dá)西定律公式求出，手冊(cè)建議最大寬度為61m，如果超過(guò)61m，則應(yīng)進(jìn)行分隔。

如前所述，大多數(shù)BOD和TSS在VSB的前段被去除，但有人建議最小長(zhǎng)度在12-30米之間，以防止短路，因此手冊(cè)折中建議最小長(zhǎng)度為15米。

研究發(fā)現(xiàn)整體的長(zhǎng)寬比并不是VSB系統(tǒng)的影響因子，對(duì)于單個(gè)格子而言，建議值為1:1-2:1。

5 案例

已知：

進(jìn)水參數(shù)：Q_最大月=200m³/d；BOD_最大月=100mg/L；TSS_最大月=100mg/L；

出水參數(shù)：BOD_出水=TSS_出水=30mg/L；

其它參數(shù)：ALR_BOD=6g/m²/d；ALR_TSS=20g/m²/d；d_基質(zhì)=20-30mm；清潔滲透系數(shù)K=100000m/d；處理區(qū)前端滲透系數(shù)K_i=1%K=1000m/d；處理區(qū)后端滲透系數(shù)K_f=10%K=10000m/d；i=0.5%=0.005；進(jìn)水口水深h_{進(jìn)水口}=0.4m；基質(zhì)設(shè)計(jì)深度H_基質(zhì)=0.6m；后段處理區(qū)起端水深h_后起=0.4m；處理區(qū)前段的最大水頭損失h=10%H_基質(zhì)=0.06m。

求濕地尺寸

1）確定濕地表面積A：

A_BOD=200×100/6=3333m²

A_TSS=200×100/20=1000m²

取最大值，濕地面積為A=3333m²。

其中處理區(qū)前段面積為A_前段=30%×A=30%×3333=1000m²；處理區(qū)后段面積為A后段=2333m²。

2）確定濕地寬度W：

Q：流量，m³/d；K：水力傳導(dǎo)率，滲透系數(shù)，m/d；A_c：斷面面積，m²；W：VSB寬度，m；D_w：水深，m；L：VSB長(zhǎng)度，m；dh：由于阻力所產(chǎn)生的水頭損失，m；S：水力坡度，m/m。

根據(jù)上述公式可得：

3）處理區(qū)前段長(zhǎng)度L_前段：

L_前段=A_前段/W=1000/91.2=11m

水頭損失h_前段=200×11/1000/91.2/0.4=0.06m

4）處理區(qū)后段長(zhǎng)度L_后段：

L_后段=A_后段/W=2333/91.2=25.6m

水頭損失h_后段=200×25.6/10000/91.2/0.4=0.01m

5）確定底部高程：

假定出口底部高程為0.00m，則：

E_出口= E_后段末端=0.00m

E_后段起端=0.000+25.6×0.005=0.13m

E_前段起端=0.000+（25.6+11）×0.005=0.18m

6）確定水面高程：

E_{后段起端S}= E_后段起端+0.4=0.53m

E_{后段末端S}= 0.53-0.01=0.52m

E_{前段起端S}= 0.53+0.06=0.59m

6）確定水深：

h_{前段起端S}= 0.59-0.18=0.41m（近似約等于0.40m，設(shè)計(jì)合理）

h_{后段起端S}= 0.53-0.13=0.40m

h_{后段末端S}= h_出口=0.52-0.00=0.52m

7）確定基質(zhì)深度：

根據(jù)設(shè)計(jì)是否需要讓基質(zhì)頂面保持水平面分為兩種情況：

7.1）頂面為水平面，假定初始頂面高于最高水面，其標(biāo)高為0.65m，類似于超高吧，則基質(zhì)深度為：

h_{前端起端J}=0.65-0.18=0.47m

h_{后段起端J}=0.65-0.13=0.52m

h_{后段末端J}= h_出口J =0.65-0.00=0.62m

基質(zhì)與水面之間的高差為：

h_{高差/前端起端}=0.65-0.59=0.06m

h_{高差/后端起端}=0.65-0.53=0.12m

h_{高差/后端末端}= h_{高差/出口}=0.65-0.52=0.13m

7.2）基質(zhì)頂面與水面高差始終為一常數(shù)，比如0.1m，則基質(zhì)頂面高程為：

h_{前端起端J}=0.59+0.1=0.69m

h_{后段起端J}=0.53+0.1=0.63m

h_{后段末端J}= h_出口J =0.52+0.1=0.62m

基質(zhì)深度為：

h_{前端起端J}=0.69-0.18=0.51m

h_{后段起端J}=0.63-0.13=0.50m

h_{后段末端J}= h_出口J =0.62-0.00=0.62m

參考文獻(xiàn)

[1]. Constructed Wetlands Treatment of MunicipalWastewaters [M]. EPA