人工湿地的堵塞规律研究及机理探讨

发布时间：2017-06-20 08:16

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【摘要】：人工湿地技术作为一种生态处理技术,基建和运行费用较低,操作管理简单,对负荷变化适应能力强,并且还具有美学和生态价值,因此在水环境的改善中获得了广泛的应用。但在工程实践中,人们逐渐发现堵塞是湿地运行中一个普遍存在的问题,极大地制约了湿地的应用和推广。本文以人工湿地的堵塞为对象,首先研究了雨水径流人工湿地的堵塞过程及影响因素,然后借助对人工湿地堵塞现象的分类,探讨了湿地堵塞的机理,最后评估分析了闲置操作对湿地堵塞恢复的影响。主要研究内容如下：(1)为了对雨水径流人工湿地进行研究,本文建立了多个模型装置,并采用了半人工配置雨水的方法。通过对模型装置的研究,结果表明可以根据堵塞机理,将湿地划分为两个区域：前端的区域Ⅰ和后端的区域Ⅱ。在区域Ⅰ,湿地的堵塞物质主要来自于悬浮物的截留作用。在该区域,微生物起缓解湿地堵塞的作用,不同的植物起到了不同的作用；而在区域Ⅱ,湿地的堵塞物质主要来自于生物膜的生长。但总体而言,前端悬浮物的截留作用是雨水径流人工湿地堵塞的主要原因。在湿地的堵塞过程中,湿地的渗透系数和累积负荷之间呈现了负指数的相关关系。随着湿地逐渐堵塞,湿地内短流区域面积、水力效率和平均水力停留时间都会略微有所增加。植物的存在通过改变湿地内的水流路径,进而影响了湿地的水力停留时间以及有效体积率的变化。(2)将人工湿地的堵塞现象进行了分类,通过对不同堵塞现象的研究,进一步探讨了湿地堵塞的机理,并对比分析了微生物对湿地堵塞的影响。研究发现在四种堵塞现象(无机颗粒、有机颗粒、生物膜、有机颗粒+生物膜堵塞)中,无机颗粒的堵塞是内部堵塞的过程,堵塞严重的区域位于0-30 cm区域,而其余三种堵塞现象因为各自不同的原因,皆发生的是表层堵塞。生物膜的生长对湿地渗透系数的影响要远大于对湿地孔隙率的影响。对比分析的结果表明生物膜的生长不仅占据了湿地的有效空间,减小了湿地的孔隙率和渗透系数,同时还会和颗粒物质相互作用,增强湿地的截留作用,将颗粒物质粘结在一起,加速湿地的堵塞。(3)以不同堵塞现象下的湿地模型为对象,研究了在闲置操作的情况下,各自的恢复规律。结果发现除了无机颗粒的堵塞,其他三种堵塞都会出现十分显著的恢复。当闲置时间足够长时,这三种堵塞可以基本恢复到模型装置运行前的状态。其中,生物膜的堵塞恢复最快,其次是生物膜和有机颗粒共同作用的堵塞,最后是有机颗粒的堵塞。在这些装置的堵塞恢复当中,微生物起到了至关重要的作用,微生物越多的装置,堵塞恢复也越快。生物膜堵塞的恢复是由于外部营养物质缺乏,微生物进入内源呼吸阶段,逐渐衰减所引起的,其变化过程可以使用微生物衰减方程来进行模拟。有机颗粒堵塞的恢复是因为微生物以有机颗粒作为底物,进行降解,减少了堵塞物质所致。
【关键词】：堵塞规律 堵塞机理 雨水径流 人工湿地 微生物 堵塞恢复
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究进展13-21
• 1.2.1 评价堵塞的方法研究13-16
• 1.2.2 人工湿地堵塞机理的研究16-18
• 1.2.3 影响人工湿地堵塞的因素的研究18-21
• 1.3 存在的问题21-22
• 1.4 论文的主要研究内容22-24
• 1.4.1 研究内容22
• 1.4.2 技术路线22-23
• 1.4.3 主要创新点23-24
• 2 雨水径流人工湿地的堵塞过程及影响因素研究24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 试验材料和方法24-30
• 2.2.1 实验装置24-26
• 2.2.2 实验过程26-27
• 2.2.3 测定方法27-30
• 2.3 试验结果与讨论30-39
• 2.3.1 湿地内堵塞物的分布30-31
• 2.3.2 湿地渗透系数的变化规律31-33
• 2.3.3 影响湿地堵塞的因素33-37
• 2.3.4 湿地水力条件的变化情况37-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 人工湿地的不同堵塞现象研究及机理探讨40-60
• 3.1 引言40
• 3.2 试验材料和方法40-43
• 3.2.1 实验装置40-42
• 3.2.2 装置的运行42-43
• 3.2.3 参数的测定43
• 3.3 试验结果与讨论43-59
• 3.3.1 人工湿地不同堵塞现象的发展过程43-52
• 3.3.2 不同堵塞过程的对比52-59
• 3.4 本章小结59-60
• 4 闲置操作下人工湿地堵塞的恢复研究60-75
• 4.1 前言60
• 4.2 结果与讨论60-73
• 4.2.1 生物膜堵塞的恢复61-65
• 4.2.2 有机颗粒堵塞的恢复65-69
• 4.2.3 无机颗粒堵塞的恢复69-70
• 4.2.4 生物膜和有机颗粒堵塞的恢复70-73
• 4.3 本章小结73-75
• 5 结论与展望75-78
• 5.1 结论75-76
• 5.2 工程建议76-77
• 5.3 问题和展望77-78
• 参考文献78-82
• 作者简历82

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本文编号：465010