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

1、隨著點(diǎn)源污染控制水平的提高，非點(diǎn)源污染這一水環(huán)境問(wèn)題逐漸凸顯。人工濕地以其良好的處理效果、較低的運(yùn)行管理成本、能隨機(jī)間歇運(yùn)行、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在城市和農(nóng)業(yè)徑流等面源污染控制中逐漸得到了人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的污水處理理論通常建立在連續(xù)流進(jìn)水、且水量相對(duì)恒定的穩(wěn)態(tài)條件的基礎(chǔ)上，使得現(xiàn)有的理論、參數(shù)、模型在解釋、描述、模擬非穩(wěn)態(tài)濕地的除污效能時(shí)表現(xiàn)出明顯的不足，阻礙了人工濕地技術(shù)由穩(wěn)態(tài)污水處理領(lǐng)域向非穩(wěn)態(tài)領(lǐng)域的擴(kuò)展，其中非穩(wěn)態(tài)條件下最為突

2、出的污水處理問(wèn)題有非點(diǎn)源污染控制中的農(nóng)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(nèi)的水流規(guī)律及其對(duì)處理效果的影響，對(duì)人工濕地技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，尤其是在非點(diǎn)源污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。論文以水平折流濕地和豎向折流濕地為例，通過(guò)基于時(shí)間軸的多點(diǎn)示蹤劑試驗(yàn)，獲得了人工濕地非穩(wěn)態(tài)過(guò)程中的水力停留時(shí)間分布組（RTDs），與穩(wěn)態(tài)水力停留時(shí)間分布對(duì)比，分析了非穩(wěn)態(tài)過(guò)程中濕地內(nèi)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(shí)間分布模型。
　　研究結(jié)果表明，在進(jìn)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(shí)間分布 RTD隨 HRT變化的規(guī)律相似，濃度峰值時(shí)間tp、最短停留時(shí)間tmin、實(shí)際平均停留時(shí)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(nèi)縱向混合、擴(kuò)散現(xiàn)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(fù)荷下，原始RTD濃度曲線(xiàn)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(shí)間tmean縮短，出流峰值提前，但液體在濕地內(nèi)部的縱向混合效應(yīng)卻相應(yīng)減弱，RTD方差σ2減小。用基于出水流量的無(wú)量綱時(shí)間變量φ歸一化處理后的停留時(shí)間分布對(duì)非穩(wěn)態(tài)的水力沖擊負(fù)荷并不敏感，其 RTD濃度曲線(xiàn)C'(φ)在整個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定，具有與穩(wěn)態(tài)情況非常相似的傾斜度、峰值時(shí)間、重心位置，表明人工濕地自身存

5、在獨(dú)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(xiàn)C'(φ)及其統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)進(jìn)行表征。
　　采用 CSTRs+PFD并聯(lián)模型對(duì)非穩(wěn)態(tài)條件下人工濕地的停留時(shí)間分布進(jìn)行模擬，模型具有4個(gè)參數(shù)，即CSTRs的容積占總?cè)莘e的百分?jǐn)?shù)z、串聯(lián)CSTRs的流量占總流量的百分?jǐn)?shù)f、串聯(lián)CSTRs的個(gè)數(shù)n以及PFD的分散數(shù)D。該模型與試驗(yàn)所得的歸一化RTD曲線(xiàn)具有良好的擬合效果。利用該模型對(duì)非穩(wěn)態(tài)下不同時(shí)刻流入人工濕地液