冲击负荷下水平潜流人工湿地水流规律研究

在示踪剂试验的基础上,利用水力停留时间分布（RTD）,探讨了冲击负荷下水平潜流人工湿地的水流规律.结果表明：水平潜流人工湿地在恒定负荷和冲击负荷条件下的实际平均停留时间均大于表观停留时间,混合效应是导致流态偏离理想推流态的主要原因;水力冲击使入流污染物（包括冲击前、冲击中以及冲击后进入的污染物）在系统内部的接触反应时间缩短,其中峰值时间、最短停留时间和实际平均停留时间的相对大小依次均为：恒定负荷＞冲击负荷后＞冲击负荷前＞冲击负荷中;采用基于动态流量的时间变量进行归一化处理后的RTD对人工湿地所处的水力负     

人工湿地水力停留时间分布模拟

将人工湿地视为在纵向分散活塞流反应器（PFD）的主流道上并联一个n级串联完全混合反应器（CSTRs）所组成的系统.在这一物理概念的基础上,推导了模拟人工湿地水力停留时间分布（RTD）的CSTRs＋PFD并联模型.模型所包含的4个参数（串联CSTRs个数n,串联CSTRs容积占系统总容积的百分数z,进入串联CSTRs的流量占总流量百分数f,PFD的分散数D）对RTD的峰值时间、峰值高度、平均停留时间、停留时间分布方差具有良好的调节作用.与传统模型相比,该模型能更准确地反映不同人工湿地的特征水流规律.模型采用基于流量的无量纲时间变量,可应用于非稳态变流量下人工湿地RTD的模拟.用前期示踪剂试验所获得的5条水平潜流人工湿地的RTDs对该模型进行验证,当这4个参数取值为z=0.41、f=0.57、n=3、D=0.667时,该模型计算所得RTD与实测RTDs拟合程度良好,较传统PFD或CSTRs模型能更好地反映该人工湿地RTD早期高峰、峰值集中、尾部倾斜拖长的流态特征.     

反应器理论在复合垂直流构建湿地水流流态研究中的应用

运用反应器理论研究了一种新型的复合垂直流构建湿地系统(IVCW)的水流流态,由示踪剂试验得到水流停留时间分布(RTD),从而确定了IVCW在水力负荷为200～800mm/d时,停留时间为19～35h,并由RTD曲线的特征值确定IVCW的水流流态介于理想推流与完全混合流之间,同时应用离散流模型,不仅较好地模拟了IVCW的实际水流流态,还得到了水流的Peclect准数在11～19之间.通过有植物与无植物系统的对照发现植物根系有利于IVCW的水流流态接近理想推流状态.     

人工湿地构型对水产养殖废水含氮污染物和抗生素去除影响

利用水平潜流人工湿地和下行-上行复合垂直流人工湿地净化水产养殖废水,研究水流方式、水力停留时间对水产养殖废水中含氮污染物、抗生素等典型污染物净化效果的影响.结果表明,复合垂直流人工湿地对含氮污染物具有较好的去除效果,对TN、NH_4~+-N的去除率在水力停留时间为3 d时可分别达到58%、80%.采用BIOLOG微平板技术和高通量测序对两个人工湿地入流端基质微生物群落的分析发现,复合垂直流人工湿地因其内部结构有利于水流流向及溶解氧条件使得微生物活性和多样性均较高,Nitrospira属分布较多是氨氮去除效果较好的主要原因.水力停留时间对NO_3~--N、NO_2~--N的去除有较大影响,维持在3~4 d对各类含氮污染物可获得较好的去除效果.采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对抗生素去除效果进行研究发现,人工湿地构型对抗生素的去除效果差异不大,两种人工湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲唑和氟甲砜霉素,当水力停留时间从1 d延长至3 d可提高磺胺甲唑的去除率至50%以上.     

潜流人工湿地水动力学研究方法进展

人工湿地污染物去除的物理、化学和生物学机制是随水流在多孔介质中的迁移过程中发生的,水动力过程决定了废水(包括其中的污染物)和介质表面的接触程度及反应时间,并由此影响到水质净化效果。人工湿地水动力学的研究对于其优化设计、运行管理具有重要意义。综述了目前人工湿地水动力学研究的相关方法,包括:盐分示踪获得停留时间分布(residence time distribution,RTD)曲线的方法、染料示踪获得水流运移图像的方法,由RTD曲线进行水力效率评价的方法,以及水动力过程模拟的数学方法等。并对人工湿地水动力学的研究及其应用前景进行了展望。     

复合垂直流湿地反应动力学及水流流态的研究

 提出一种新型的复合垂直流湿地系统(IVCW),并对其反应动力学和系统的实际流态进行了研究.经过中试的运行试验,得到了系统对COD去除的反应速率方程,由示踪剂试验确定了系统中水流的停留时间分布(RTD),提出RTD的不同是湿地处理效率差异的主要原因,进而运用串联反应器模型和离散流模型两种非理想流态模型,模拟IVCW的实际水流流态,经过比较发现离散流模型模拟的效果较好.     

人工湿地处理废水有机物动态模型的研究

以风车草人工湿地处理猪场废水,研究人工湿地处理废水有机物的动态模型.人工湿地一年四季连续运行,秋季和春季湿地以相同进水浓度和不同水力停留时间的方式运行;冬季和夏季以相同水力停留时间和不同进水浓度的方式运行.COD作为有机物降解的建模指标.结果表明,湿地进出水COD服从指数方程规律.提出了基于运行温度和进水浓度的湿地出水COD预测模型,预测结果误差在10%以内.     

不同布水方式下水平潜流人工湿地的水力效率

通过对4种布水方式(一般水平流式、波流式、对角流式、多点进水式)下水平潜流人工湿地的脉冲示踪剂试验,获得了不同布水方式的水平潜流人工湿地的水力停留时间分布曲线,并计算出水平潜流人工湿地的表观停留时间、平均停留时间、峰值停留时间.同时,根据不同停留时间的对比关系计算不同布水方式的相对水力效率.最后,由停留时间分布函数的对数正态分布拟合模型和连续混合反应器模型分别估算上述停留时间和相对水力效率.结果表明,不同布水方式和不同计算方法得到的水力效率为波流式一般水平流式对角流式多点进水式.     

折流人工湿地模拟装置的水力特性研究

为研究折流人工湿地的水力特性,构建了一系列不同长宽比和折流模式的人工湿地模拟装置(简称装置),通过示踪实验得到停留时间分布密度图(简称RTD曲线),并计算装置的水力特性参数。结果表明,长宽比2∶1的水平推流装置的回收率为远远小于长宽比4:1的水平推流装置,说明过小的长宽比会引起滞留现象。水平折流装置在无基质填充时,水力特性与水平推流装置基本相同,在填充基质后,回收率急剧下降到20%以下,水力特性反而变差。四廊道上下折流装置与其他装置相比显著减少了死区,同时保证较高的回收率(1.5 h内64.56%),具有较满意的水力特性。     

人工湿地处理污水的效率与研究展望

文章阐述了人工湿地处理技术国内外的研究现状,人工湿地对有机物、氮、磷等的去除效率,分析了影响人工湿地处理效率的因素.表明人工湿地的类型、湿地植物种类、基质类型、湿地中微生物的种类和数量、温度、水力停留时间、水力负荷、湿地的运行管理等都会影响人工湿地的处理效率.根据人工湿地在污水处理中的研究和应用现状,指出了今后的研究方向.     

去除预处理生活污水的潜流人工湿地中试除氮性能

为研究人工湿地除氮机制,构建并考察了中试潜流人工湿地对不同形态氮的去除效果,并通过分析出水各种形态氮的分布和湿地系统内部不同形态氮的二维分布特征研究了人工湿地的除氮机制. 结果表明,进水ρ(TN)为30～115 mg/L,ρ(NH₄+-N)为25～60 mg/L,ρ(COD_Cr)为90～190 mg/L,水力停留时间为4 d条件下,氮素被有效去除,TN去除率为32%～70%,NH₄+-N去除率为33%～73%;试验系统脱氮的主要方式为硝化/反硝化作用;湿地上部主要进行硝化反应,中下部主要进行反硝化反应;湿地下半部对NH₄+-N去除贡献有限,硝化作用受限;欲提高系统除氮效率,需提高溶解氧水平并改善有机氮矿化条件.      

多塘湿地对降雨径流的截留特点

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征. 结果表明:①多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值. 降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m3/(m2·d). 降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长. ②进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响. ③降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%. 研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.      

水平潜流人工湿地小试系统处理污水厂尾水试验研究

采用水平潜流人工湿地小试系统对不同浓度污水厂尾水进行深度处理,探求城市污水用以景观用水的补给可行性。试验表明,在水力停留时间为1.5天,pH为8的运行条件下,在进水CODcr,浓度低于170mg/L,NH3-N浓度低于16.1mg/LTN浓度低于50.17mg/L的情况下,出水基本能达到景观回用水水质要求。     

Application of computational fluid dynamic to model the hydraulic performance of subsurface flow wetlands

A subsurface flow wetland(SSFW)was simulated using a commercial computational fluid dynamic(CFD)code.The constructed media was simulated using porous media and the liquid resident time distribution(RTD)in the SSFW was obtained using the particle trajectory model.The effect of wetland configuration and operating conditions on the hydraulic performance of the SSFW were investigated.The results indicated that the hydraulic performance of the SSFW was predominantly affected by the wetland configuration.The hydr...     

人工湿地对城市生活污水的深度净化效果研究：冬季和夏季对比

采用改进的三级串联垂直流人工湿地对大连2个典型城市污水处理厂的二级出水进行深度净化处理,在大连户外自然条件下常年连续运行,对该人工湿地在夏季、冬季和初春气候条件的运行效果进行对比,重点考察了其对COD、 TN、 NH⁺₄-Ｎ和TP的去除效果.其中夏季（6～8月）COD、 TN、 NH⁺₄-Ｎ和TP平均去除率分别达到了88.5%、 76%、 100%和98%,冬季（11月～次年1月）去除率分别达到了88%、 85.3%、 86.4%和97%;初春(2～4月)去除率分别达到了87.7%、 76.7%、 70.3%和95.5%.夏季、 冬季和初春出水水质为：COD为2.8、 3.8和3.9 mg·L^-1;TP为0.02、 0.05和0.07 mg·L^-1;TN为6.8、 2.9和9.2 mg/L;NH⁺₄-Ｎ为0.01、 0.3和8.1 mg/L.结果表明,该人工湿地对大连城市生活污水深度净化效果显著,其中COD和TP去除效果稳定,出水水质好于《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类质量标准;而出水中TN和NH⁺₄-Ｎ分别达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A和一级B标准.各污染物在夏季、 冬季和初春的脱除负荷分别达到了COD为4.9、 5.1和5.0　g·(m²·d)^-1;TN为3.4、 3.0和5.5　g·(m²·d)^-1;NH⁺₄-Ｎ为0.2、 0.6和3.7　g·(m²·d)^-1;TP为0.15、 0.30和0.28　g·(m²·d)^-1.对比不同季节人工湿地对各种污染物的去除率及脱除负荷,各污染物的去除受季节影响并不显著,但是NH⁺₄-Ｎ和TN的去除受进水污染负荷影响较大.     

龙河人工湿地在北方冬季低温条件下的运行效率

人工湿地有着建设及运营成本低、水质净化效果好等显著优点,在河道水质净化等领域受到广泛应用.但是由于冬季低温条件下运行效果不佳,制约了人工湿地在北方的推广应用.通过构建"物化预处理(高效沉淀池)+人工湿地(潜流湿地+表流湿地)"工艺模式的多级复合人工湿地(3万t/d),探究冬季低温条件下人工湿地结合冰封保温措施对龙河水质...     

垂直潜流人工湿地中有机物去除动态规律研究

在分析垂直潜流人工湿地不同高度有机物去除率及其形态变化的基础上,推求出各形态有机物在垂向沿程的平均去除速率,建立了进水浓度和进水水力负荷规律曲线.结果表明.在本实验条件下.垂直潜流人工湿地中有机物的去除主要集中在布水管至布水管下10 cm的基质层内,进水水力负荷越小,该基质层内有机物的去除率也越高;在以粗砂作为垂直潜流人工湿地的基质、进水水力负荷≤0.5 m3/(m2·d)的条件下,垂直潜流人工湿地对有机物去除的有效高度为60 cm;布水管下10 cm基质层不同类型有机物的平均降解速率都处于最大,随着垂向沿程深度的增加.各类型有机物的平均降解速率都呈较大幅度递减趋势;以砂子为基质的垂直潜流人工湿地进水浓度和进水水力负荷规律曲线可表示为(Cin-Cou)×q=1107.02-2.96 Cin× q.     

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究进展及展望

人工湿地（CW）与微生物燃料电池（MFC）的耦合系统是一种新型的生物电化学系统。该系统可以在生物产电的同时进行废水处理。结合近年来对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）的系统产电和污染物降解性能的研究,综述了CW-MFC系统的最新研究进展,主要从系统结构（湿地植物、微生物、电极材料、基质材料）和影响系统运行因素（水力停留时间、溶解氧、有机负荷及废水成分、氧化还原电位）2个方面概述。最后总结了CW-MFC面临的挑战及今后的发展方向,并展望了该系统的研究潜力。