垂直流人工濕地水力學規(guī)律與數(shù)學模型研究.pdf

1、人工濕地是20世紀70年代興起的污水處理技術，具有工藝設備簡單、投資少、耗能低、易建設、運行維護簡便等優(yōu)點，尤其間歇進水垂直流人工濕地有著較好的脫氮效果在世界各地得到廣泛應用。但是，直到最近人們對人工濕地各種去污機理和途徑尚未得到全面、細致的了解和掌握，大多人工濕地的設計與運行依然建立在經(jīng)驗的基礎上，對設計水質(zhì)目標和長期運行效果缺乏準確可靠的預測手段和長期有效的運行經(jīng)驗，使建成的人工濕地處理效果不盡相同或無法最大限度的發(fā)揮其凈化功能，限

2、制了人工濕地技術的發(fā)展和應用。
　　 本課題主要針對垂直潛流人工濕地，從水力學角度利用改進型停留時間分布曲線和水力學效率研究了間歇進水垂直潛流人工濕的水流規(guī)律，并討論了水力條件對濕地凈化效果的影響；從反應器流動特性模型和污染物降解一級動力學模型角度研究了間歇進水垂直流人工濕地水流流態(tài)和污染物降解規(guī)律，并提出了一級動力學參數(shù)；從人工濕地滲流規(guī)律和污染物遷移規(guī)律出發(fā)，以地下水模擬軟件HYDROUS-2D和活性污泥動力學模型為基礎提出

3、了垂直流人工濕地簡化的機理模型，并對小試系統(tǒng)的水力學實驗和污染物降解規(guī)律進行了模擬驗證。
　　 在間歇進水垂直流人工濕地水力學性能和凈化效果的影響規(guī)律研究方面：探討了濕地植物及配水方式對垂直潛流人工濕地水流規(guī)律及水力效率的影響，揭示水力負荷、停留時間、進水流速、進水周期、布水方式對垂直流人工濕地系統(tǒng)凈化效果的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，植物對間歇進水垂直流人工濕出水流量及停留時間分布影響較小，但在一定程度上可以提高系統(tǒng)的水力效率。當采用

4、相同日水力負荷和間歇進水周期，適當?shù)靥岣哌M水流速或在相同日水力負荷和進水流速下，采用較短間歇進水周期可提高系統(tǒng)的有效容積，改善系統(tǒng)的水力性能，有助于提高CODcr、NH4-N、TN的去除率。采用相同進水流速，連續(xù)和間歇運行模式對系統(tǒng)水力效率綜合影響效果無顯著差異，但在相同日水力負荷下，采用間歇進水方式可以保證較高的流速，從而獲得較高的水力效率。在相同進水流速下，間歇進水方式較連續(xù)進水方式系統(tǒng)的日水力負荷減小，能夠保證污染物足夠的停留時間

5、，有利于污染物的去除。布水不均勻使得水流出現(xiàn)短流，濕地上部有效空間不能充分發(fā)揮。因此在保證處理效果的前提下，提高布水均勻性，可適當提高系統(tǒng)的水力負荷率。
　　 在反應器流動特性模型和污染物去除一級動力學模型研究方面：采用若干串聯(lián)的完全混合反應器模型對間歇進水垂直流人工濕地的停留時間分布曲線進行了擬合，揭示了間歇進水垂直流人工濕地的流動特性類似于3個串聯(lián)的完全混合反應器水流特點。建立在理想推流反應器或3個串聯(lián)的完全混合反應器基礎上

6、的污染物降解一級動力學模型可以模擬間歇進水VFCW系統(tǒng)有機物、氨氮和總氮去除效果，得出了有機物、氨氮、總氮的一級反應速率常數(shù)和背景濃度值以及一級反應速率常數(shù)溫度修正系數(shù)。
　　 在二維動態(tài)水力學模擬方面：采用地下水模擬軟件HYDROUS-2D對間歇進水垂直流人工濕地不同工況下出水流量、出水累計流量和停留時間分布進行了模擬，提出了適用于模擬石英砂為填充基質(zhì)的垂直流人工濕地系統(tǒng)的水力學參數(shù)值，為垂直流人工濕地的水力學模型深入研究提供

7、了基礎的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，為人工濕地對污染物去除機理模型提供了水力學模擬平臺。
　　 在污染物降解機理模型研究方面：以二維動態(tài)水力學模型為基礎，借鑒活性污泥模型、兩步硝化模型提出了能夠描述垂直流人工濕地多組分污染物遷移轉(zhuǎn)化的簡單機理模型。通過與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比，驗證了該機理模型對實驗系統(tǒng)有機物、氮污染物、無機磷去除效果模擬的有效性和各組分在濕地系統(tǒng)內(nèi)動態(tài)規(guī)律變化。
　　 通過以上研究，加強了間歇進水垂直流人工濕地內(nèi)部水流規(guī)律的