人工濕地非穩(wěn)態(tài)條件下水力停留時間分布規(guī)律研究與模擬.pdf

1、隨著點源污染控制水平的提高，非點源污染這一水環(huán)境問題逐漸凸顯。人工濕地以其良好的處理效果、較低的運行管理成本、能隨機間歇運行、抗沖擊負荷能力強等特點，在城市和農業(yè)徑流等面源污染控制中逐漸得到了人們的關注。傳統(tǒng)的污水處理理論通常建立在連續(xù)流進水、且水量相對恒定的穩(wěn)態(tài)條件的基礎上，使得現有的理論、參數、模型在解釋、描述、模擬非穩(wěn)態(tài)濕地的除污效能時表現出明顯的不足，阻礙了人工濕地技術由穩(wěn)態(tài)污水處理領域向非穩(wěn)態(tài)領域的擴展，其中非穩(wěn)態(tài)條件下最為突

2、出的污水處理問題有非點源污染控制中的農業(yè)和城市徑流的處理。因此，研究非穩(wěn)態(tài)條件下人工濕地內的水流規(guī)律及其對處理效果的影響，對人工濕地技術的進一步發(fā)展和應用，尤其是在非點源污染控制領域的應用具有重要現實意義。論文以水平折流濕地和豎向折流濕地為例，通過基于時間軸的多點示蹤劑試驗，獲得了人工濕地非穩(wěn)態(tài)過程中的水力停留時間分布組（RTDs），與穩(wěn)態(tài)水力停留時間分布對比，分析了非穩(wěn)態(tài)過程中濕地內的水流特征及其變化規(guī)律，建立了非穩(wěn)態(tài)下人工濕地的停留

3、時間分布模型。
　　研究結果表明，在進水流量恒定的穩(wěn)態(tài)條件下，水平折流和豎向折流人工濕地水力停留時間分布 RTD隨 HRT變化的規(guī)律相似，濃度峰值時間tp、最短停留時間tmin、實際平均停留時間tmean和RTD方差σ2均隨HRT的增大而增大。豎向折流濕地RTD方差σ2大于水平折流濕地，其系統(tǒng)內縱向混合、擴散現象比水平折流濕地更為明顯。兩種濕地的有效體積比有效體積比e值均大于1，相同 HRT下，水平折流人工濕地水力效率高于豎向折流

4、濕地。
　　非穩(wěn)態(tài)沖擊負荷下，原始RTD濃度曲線具有不穩(wěn)定性，與穩(wěn)態(tài)情況相比，在水力沖擊前和水力沖擊中，入流液體的平均停留時間tmean縮短，出流峰值提前，但液體在濕地內部的縱向混合效應卻相應減弱，RTD方差σ2減小。用基于出水流量的無量綱時間變量φ歸一化處理后的停留時間分布對非穩(wěn)態(tài)的水力沖擊負荷并不敏感，其 RTD濃度曲線C'(φ)在整個非穩(wěn)態(tài)過程中相對穩(wěn)定，具有與穩(wěn)態(tài)情況非常相似的傾斜度、峰值時間、重心位置，表明人工濕地自身存

5、在獨立于流量變化之外的一種較為穩(wěn)定的特征水流規(guī)律，該規(guī)律可用歸一化RTD濃度曲線C'(φ)及其統(tǒng)計學參數進行表征。
　　采用 CSTRs+PFD并聯(lián)模型對非穩(wěn)態(tài)條件下人工濕地的停留時間分布進行模擬，模型具有4個參數，即CSTRs的容積占總容積的百分數z、串聯(lián)CSTRs的流量占總流量的百分數f、串聯(lián)CSTRs的個數n以及PFD的分散數D。該模型與試驗所得的歸一化RTD曲線具有良好的擬合效果。利用該模型對非穩(wěn)態(tài)下不同時刻流入人工濕地液