非稳态条件下人工湿地有机物的去除效果研究与模拟

发布时间：2020-08-01 12:17

【摘要】：人工湿地污水处理技术在农业和城市雨水径流处理等非点源污染控制领域的应用日益广泛。然而,目前的污水处理理论通常建立在稳态条件的基础上,对于进水水量、水质变动的非稳态条件下的污水处理目前仍缺乏完善的基础理论和研究方法。因此,分析非稳态条件对人工湿地污染物去除的影响机制,探索非稳态条件下人工湿地污染物去除规律,对促进人工湿地在面源污染控制领域的应用具有重要意义。论文以水平折流人工湿地和竖向折流人工湿地为研究对象,在前期非稳态多点示踪剂流态试验的基础上,通过各典型非稳态条件下人工湿地有机物去除效能试验,分析了非稳态下人工湿地的水流规律及其对除污反应动力学的影响机制,将非稳态水动力学特征与除污一级生化反应动力学耦合,建立了基于停留时间分布的人工湿地有机物去除模型,并对模型进行了参数率定、验证和分析。试验结果表明,竖向折流人工湿地与水平折流人工湿地在5倍单峰、8倍单峰、5倍双峰三种水量冲击和初始冲刷特征的非稳态进水条件下,有机物去除效果良好,CODCr、TOC、DOC的次平均出水浓度EMC值分别小于40mg.L-1、20mg.L-1、17mg.L-1,水平折流人工湿地对有机物指标的次平均去除率均大于50%,竖向折流人工湿地对有机物指标的次平均去除率均大于48%。CODCr的次平均出水浓度EMC值均能达到地表水环境V类水质(GB3838-2002)标准和城市绿化杂用水(GB/T18920-2002)及河道类观赏性景观环境用水标准(GB/T18921-2002)。相同非稳态条件下,水平折流人工湿地有机物次平均去除率高于竖向折流人工湿地,但竖向折流湿地面积负荷率更高;从抗冲击负荷看,水平折流人工湿地出水污染物浓度稳定时间短,抗冲击负荷能力更强。两种人工湿地污染物的出水浓度过程均受进水水量和水质变化的双重影响,但水量的冲击较水质的波动对出水污染物浓度变化的影响更为显著。建立了人工湿地基于停留时间分布的污染物去除模型,用于模拟非稳态条件下人工湿地的污染物出水浓度过程(出水浓度随时间的变化)。模型的数学概念为人工湿地出水浓度随时间变化的列向量C(t)等于停留时间分布矩阵X与一级反应动力学列向量F(t)的乘积。模型主要参数为湿地的停留时间分布C????与一级反应速率常数?k(d-1)。其中停留时间分布C????可由RTD分布CSTRs+PFD并联模型计算。当模型参数取值为速率常数?k=5.63d-1,RTD分布参数z=0.324,f=0.890,n=2.2,D=0.279时,水平折流人工湿地基于停留时间分布的DOC去除模型能良好地预测出水DOC浓度在各非稳态过程中的变化;当模型参数取值为?k=1.40d-1,RTD分布参数z=0.631、f=0.849、n=1.6、D=0.110时,竖向折流人工湿地基于停留时间分布的DOC去除模型也能良好地预测出水DOC浓度在非稳态过程中的变化。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

【相似文献】