垂直流人工濕地水力學(xué)規(guī)律與數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、人工濕地是20世紀(jì)70年代興起的污水處理技術(shù)，具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、耗能低、易建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，尤其間歇進(jìn)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(yīng)用。但是，直到最近人們對(duì)人工濕地各種去污機(jī)理和途徑尚未得到全面、細(xì)致的了解和掌握，大多人工濕地的設(shè)計(jì)與運(yùn)行依然建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)水質(zhì)目標(biāo)和長(zhǎng)期運(yùn)行效果缺乏準(zhǔn)確可靠的預(yù)測(cè)手段和長(zhǎng)期有效的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，使建成的人工濕地處理效果不盡相同或無(wú)法最大限度的發(fā)揮其凈化功能，限

2、制了人工濕地技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
　　 本課題主要針對(duì)垂直潛流人工濕地，從水力學(xué)角度利用改進(jìn)型停留時(shí)間分布曲線和水力學(xué)效率研究了間歇進(jìn)水垂直潛流人工濕的水流規(guī)律，并討論了水力條件對(duì)濕地凈化效果的影響；從反應(yīng)器流動(dòng)特性模型和污染物降解一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型角度研究了間歇進(jìn)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(jí)動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)提出

3、了垂直流人工濕地簡(jiǎn)化的機(jī)理模型，并對(duì)小試系統(tǒng)的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)和污染物降解規(guī)律進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。
　　 在間歇進(jìn)水垂直流人工濕地水力學(xué)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(duì)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(fù)荷、停留時(shí)間、進(jìn)水流速、進(jìn)水周期、布水方式對(duì)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(duì)間歇進(jìn)水垂直流人工濕出水流量及停留時(shí)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(dāng)采用

4、相同日水力負(fù)荷和間歇進(jìn)水周期，適當(dāng)?shù)靥岣哌M(jìn)水流速或在相同日水力負(fù)荷和進(jìn)水流速下，采用較短間歇進(jìn)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(jìn)水流速，連續(xù)和間歇運(yùn)行模式對(duì)系統(tǒng)水力效率綜合影響效果無(wú)顯著差異，但在相同日水力負(fù)荷下，采用間歇進(jìn)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(jìn)水流速下，間歇進(jìn)水方式較連續(xù)進(jìn)水方式系統(tǒng)的日水力負(fù)荷減小，能夠保證污染物足夠的停留時(shí)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(dāng)提高系統(tǒng)的水力負(fù)荷率。
　　 在反應(yīng)器流動(dòng)特性模型和污染物去除一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型研究方面：采用若干串聯(lián)的完全混合反應(yīng)器模型對(duì)間歇進(jìn)水垂直流人工濕地的停留時(shí)間分布曲線進(jìn)行了擬合，揭示了間歇進(jìn)水垂直流人工濕地的流動(dòng)特性類似于3個(gè)串聯(lián)的完全混合反應(yīng)器水流特點(diǎn)。建立在理想推流反應(yīng)器或3個(gè)串聯(lián)的完全混合反應(yīng)器基礎(chǔ)上

6、的污染物降解一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以模擬間歇進(jìn)水VFCW系統(tǒng)有機(jī)物、氨氮和總氮去除效果，得出了有機(jī)物、氨氮、總氮的一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)和背景濃度值以及一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)溫度修正系數(shù)。
　　 在二維動(dòng)態(tài)水力學(xué)模擬方面：采用地下水模擬軟件HYDROUS-2D對(duì)間歇進(jìn)水垂直流人工濕地不同工況下出水流量、出水累計(jì)流量和停留時(shí)間分布進(jìn)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(xué)參數(shù)值，為垂直流人工濕地的水力學(xué)模型深入研究提供

7、了基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為人工濕地對(duì)污染物去除機(jī)理模型提供了水力學(xué)模擬平臺(tái)。
　　 在污染物降解機(jī)理模型研究方面：以二維動(dòng)態(tài)水力學(xué)模型為基礎(chǔ)，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(jiǎn)單機(jī)理模型。通過(guò)與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了該機(jī)理模型對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有機(jī)物、氮污染物、無(wú)機(jī)磷去除效果模擬的有效性和各組分在濕地系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)態(tài)規(guī)律變化。
　　 通過(guò)以上研究，加強(qiáng)了間歇進(jìn)水垂直流人工濕地內(nèi)部水流規(guī)律的