非稳态条件下人工湿地磷的去除效果与模拟

摘要

进水水量、水质随时间变化的非稳态条件下的污水处理不同于传统的污水处理，适用于传统稳态污水处理的技术并不能有效的应用在非稳态领域。人工湿地以其独特的优势在非稳态污水处理领域的研究和应用受到越来越多的关注。但对人工湿地现有理论和模型的研究大多停留在稳态，在解释和模拟非稳态的除污效能时表现出明显不足，特别是非稳态条件下水动力学特征对污染物的影响机制尚不明确，这大大阻碍了人工湿地技术向非稳态的发展。因此研究非稳态条件下的水动力学特征及其除污模型，对人工湿地的发展和应用，尤其是在径流处理等非点源污染控制领域的应用具有非常重要的现实意义。论文以水平折流和竖向折流人工湿地为对象，通过基于时间轴的多点示踪剂试验，获得了两种湿地在不同冲击条件不同时刻入流液体的停留时间分布组；结合暴雨径流处理人工湿地进水水质和水量的冲刷特性，设定非稳态条件下总磷去除效能试验，分析非稳态条件下人工湿地总磷去除效能，将非稳态水动力学特征与除污一级生化反应动力学相耦合，建立非稳态条件下的除污模型，并对模型进行验证和分析。
　　研究结果表明，非稳态的不同水力负荷对湿地内的水流规律产生了不同的影响，距冲击时刻越近的流入液体受到的影响越大，5倍单峰冲击对冲击前约20h流入的液体仍有影响，双峰冲击对冲击前约40h流入的液体仍有影响。采用无量纲时间变量Φ对非稳态条件下的RTD浓度曲线归一化处理，得到的归一化RTD对水力负荷、示踪剂投加量等不敏感，表明人工湿地本身具有独立于流量变化之外的较稳定的水流规律。
　　竖向折流和水平折流人工湿地在不同的非稳态进水条件下，总磷的去除效果良好，水平折流和竖向折流人工湿地对总磷的去除效果受进水水量和水质变化的影响，而受水量变化的影响更为显著。且水平折流人工湿地对总磷的次平均去除率整体高于竖向折流人工湿地，但单位面积负荷率却远远低于竖向折流人工湿地。
　　采用CSTRs+PFD并联模型对人工湿地RTD进行模拟，当f=0.890，z=0.324， n=2.2，D=0.279时，该并联模型能够良好的模拟水平折流人工湿地试验测得的RTDs曲线；当f=0.849，z=0.631，n=1.6，D=0.110时，该并联模型能够良好的模拟竖向折流人工湿地试验测得的RTDs曲线。该模型可与基于停留时间分布的除污模型相耦合，用来预测人工湿地非稳态下总磷的出水浓度变化过程。模型包括两个参数，分别为湿地的停留时间分布 C’(Φ)和一级反应速率常数 kv（d-1）。当kv=0.17d-1，模型模拟竖向折流人工湿地5倍单峰冲击条件下总磷出水浓度与实际出水浓度具有良好的相关性；当kv=0.12d-1，模型模拟竖向折流人工湿地5倍双峰冲击条件下总磷出水浓度与实际出水浓度具有良好的相关性。当kv=2.21d-1，模型模拟水平折流人工湿地5倍单峰冲击条件下总磷出水浓度与实际出水浓度具有良好的相关性；当kv=1.87d-1，模型模拟水平折流人工湿地5倍双峰冲击条件下总磷出水浓度与实际出水浓度具有良好的相关性。

目录

1 绪 论

1.1非稳态条件下的废水处理及其面临的问题

1.2人工湿地技术在径流处理非稳态领域的应用

1.3非稳态条件下人工湿地磷的去除研究

1.4课题研究的意义及目的

1.5课题研究的内容、技术路线和创新点

2 试验内容与方法

2.1试验装置与流程

2.2试验内容与试验安排

2.3分析测试项目及方法

2.4数据处理计算方法

3 非稳态条件下人工湿地的停留时间分布特征研究与模拟

3.1 竖向折流人工湿地的停留时间分布特征

3.2 水平折流人工湿地的停留时间分布特征

3.3CSTRs+PFD 并联模型对非稳态条件下人工湿地停留时间分布的模拟

3.4小结

4 非稳态条件下人工湿地除磷效果研究

4.1非稳态条件下人工湿地磷的平均去除效果

4.2 竖向折流人工湿地非稳态条件下磷的进出水浓度过程

4.3 水平折流人工湿地非稳态条件下磷的进出水浓度过程

4.4本章小结

5 非稳态条件下人工湿地磷的去除模拟

5.1非稳态条件下人工湿地磷的去除模型

5.2 非稳态条件下人工湿地磷的去除模型的参数率定

5.3 模型的验证

5.4本章小结

6 结论与建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

附录