基于三维流场数值模拟的生态浮床系统的设计和应用

发布时间：2017-06-15 00:09

  本文关键词：基于三维流场数值模拟的生态浮床系统的设计和应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：改革开放以来,随着城市化和经济的快速发展,工业废水和生活污水产量不断增加,水处理设施建设却严重滞后,大量的工业废水、生活污水未经处理直接排入河湖水体,远远超出了部分水域的自净能力,氮、磷营养元素富集,导致营养盐浓度过高,使水质恶化,造成水体富营养化。水体富营养化会破坏水体生态平衡,降低生物多样性；危害人体健康；加剧水资源危机,引发水质型缺水并影响社会经济与发展。生态浮床技术基于无土栽培,以浮力材料或轻质材料为载体,在富营养化水体水面上种植高等水生植物或改良的陆生植物；通过基质的吸附作用、植物根系生长吸收以及根系生态系统的物质转化途径,消减污染水域中的氮、磷等营养物质,实现水质净化。本论文通过浮体材料的选择与试验、结构框架的测试,设计出一款立体三层结构的生态浮床结构；根据浮床栽种植物的有利因素,着重对三种水生植物黄菖蒲、千屈菜和美人蕉进行特性分析,对这三种植物在不同水力停留时间内对TN、TP的去除效率进行静态小试试验。利用Visual MODFLOW对水体在生态浮床系统内部的水流状态进行模拟,模拟不同水动力条件下,水质点在生态浮床系统内的流速和停留时间。再根据静态小试试验结果比选出不同水动力条件下最优浮床设计规模,并进行结果测试验证,为野外生态浮床工程方案设计提供科学的技术依据。浮体材料选用直径10cm,孔径1.5cm的硬质泡沫浮球。经试验浮球在水中反复周期的冰冻和融化能承受破坏,结构基本无影响,作为生态浮床的浮体材料能长期稳定的漂浮于水面中,能耐受住低温,具有一定的抗冻性。采用双向拉伸塑料土工格栅作为支撑框架。经初步结构试验分析采用土工格栅作为框架的双层浮床要比单层浮床的浮力大,且浮球个数越多,所能承受的重量就越大。综合考虑刚性浮床浮体结构单一、消能性能差、以及经济成本,提出了一种复合功能三层空间柔性生态浮床结构。浮床整体主要由土工格栅、浮球、土工布等构成。通过植物的特性分析,千屈菜、黄菖蒲和美人蕉三种水生植物生长期较长则水质净化期长,耐污性能强,植株成熟期具有独特优美的景观效果,故选定这三种作为浮床种植植物。对选用黄菖蒲、千屈菜和美人蕉进行静态小试试验,结果表明美人蕉、千屈菜和黄菖蒲这三种植物在试验期间内(5-6天内)对TN、TP有良好的去除效果。利用Visual MODFLOW模拟生态浮床系统内流场平均运行速度,结果表明当水质点的平均速度为0.21m/d时,最佳布置1个浮床单元,浮床上共栽种250株植物；当平均速度为0.43m/d时,最佳布置1个浮床单元,浮床上共栽种250株植物；当平均速度为4.35m/d时,最佳布置4个浮床单元,浮床上共栽种1000株植物；当平均速度为20.80m/d时,最佳布置21个浮床单元,浮床上共栽种5250株植物。对预测方案进行验证,在流速最大接近1m/s的的河道内布置了4个生态浮床单元,结果表明随着时间的推移,TN的去除率逐渐升高,在5天后达到最大去除率7.42%,这与小试试验中TN的去除趋势一致,证明设计方案的合理性以及模型模拟水流在浮床系统内部流动的可行性。
【关键词】：生态浮床 Visual MODFLOW 水力停留时间
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究进展13-17
• 1.2.1 国外研究进展13
• 1.2.2 国内研究进展13-17
• 1.3 Visual MODFLOW简介及应用情况17-19
• 1.4 研究内容及技术路线19-20
• 2 立体式生态浮床结构设计20-34
• 2.1 结构设计原则20
• 2.2 浮体的选择及浮体材料冻融试验20-28
• 2.3 结构框架的测试28-32
• 2.4 结构设计成果32-34
• 3 生态浮床植物的选择与试验分析34-49
• 3.1 植物的选择34-35
• 3.2 植物的特性分析35-40
• 3.3 植物的生长试验40-43
• 3.4 不同停留时间条件下植物去除TN、TP的效果43-49
• 3.4.1 供试植物43
• 3.4.2 试验设计43
• 3.4.3 试验水样采集和分析43-48
• 3.4.4 结论48-49
• 4 生态浮床流场数值模拟49-56
• 4.1 生态浮床系统模型概化49-50
• 4.2 边界条件确定50
• 4.3 含水层参数的确定50
• 4.4 水流模型计算50-56
• 5 方案设计及结果验证56-60
• 5.1 方案设计56-57
• 5.1.1 设计依据56-57
• 5.1.2 设计结果57
• 5.2 方案结果验证与分析57-59
• 5.3 结论59-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 主要结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 学位论文评阅及答辩情况表67

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4 记者 陶世安;863海洋技术两课题获重要进展[N];人民日报海外版;2010年

5 吴佩佩;生物浮床治理池塘水体富营养化[N];中国渔业报;2013年

6 实习生 李哲;用陆生植物“吸”河内污物[N];文汇报;2006年

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8 ;科技人员用水面无土栽培技术 成功修复被污染河道[N];大众科技报;2006年

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