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.     

潜流人工湿地基质结构与水力特性相关性研究

利用数值模拟方法结合实验手段,研究基质结构与系统水力特性的相关性,数值模拟结果表明,填料渗透系数对人工湿地水力效率影响很大,单层结构人工湿地系统中,填料渗透系数越大,流场分布越不均匀;由上到下填料渗透系数逐渐增加的分层填充方式能有效避免短流及死区的发生,提高系统水力效率.根据数值模拟结果构建两个人工湿地对比小试实验系统,并开展示踪实验对模拟结果进行验证,示踪实验结果表明,分层填充结构水力特性显著优于单层结构潜流人工湿地,二者有效体积比分别为0.87和0.49.可见,数值模拟方法能够有效应用于潜流人工湿地基质结构参数优化方面.     

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。     

非稳态条件下人工湿地水流规律及其对水力停留时间的影响

由于降水的随机性,处理农业或城市径流的人工湿地通常在进水水量波动的非稳态条件下工作.为研究在非稳态条件下人工湿地的水流规律,在基于时间轴的多点示踪剂试验的基础上,利用RTD(水力停留时间分布)探讨了单峰和双峰两种水力冲击非稳态条件下水平潜流人工湿地中的水流规律.结果表明,非稳态过程的水量变化对不同时刻流入人工湿地的液体的RTD影响明显.用基于出水流量的非线性无量纲时间变量(φ)对原始RTD进行归一化处理,所得的RTD浓度曲线[C'(φ)]在整个非稳态过程中相对稳定,具有相似的倾斜度、峰值时间(单峰冲击下为0.83~1.00,双峰冲击下为0.87~1.08)、重心位置(单峰冲击下为1.08~1.25,双峰冲击下为1.05~1.25)及相关统计学参数,表现出一种独立于流量变化之外的相对稳定的特征水流规律.与稳态基流量下的t_mean(平均停留时间)相比,水力冲击使人工湿地t_mean呈冲击前持续缩短、冲击后又快速回升的趋势(单峰、双峰冲击下最大值与最小值相差分别约为30和32 h);而t_mean'(归一化平均停留时间)在非稳态过程中却相对稳定(单峰、双峰冲击下最大值与最小值相差分别约为0.15和0.20),适合作为非稳态下表征人工湿地水流规律和停留时间的特征参数.研究显示,归一化RTD易于模拟,可用其描述非稳态下人工湿地的水流规律以及水流规律对污染物接触反应时间的影响.      

炉渣填料组合潜流湿地对不同污染程度河水处理效果研究

利用炉渣作填料的水平潜流(HFCW)+垂直潜流(VFCW)组合而成的人工湿地系统处理污染河水,研究了不同进水浓度时湿地系统对河水中有机物和氮磷营养物质的去除效果。结果表明:在满水位运行(水深75 cm),水力负荷为0.4 m3/(m2·d)的条件下,组合潜流人工湿地对河水中有机物有较高的处理效率,进水ρ(COD)为100 mg/L左右,去除率稳定在90%以上;同时具有较强的营养物质去除效果,进水氨氮、硝态氮、总磷质量浓度分别为6~12,8~16,3~9 mg/L,氨氮、硝态氮、总磷去除率分别维持在45%、80%、55%以上;垂直潜流湿地复氧效果优于水平潜流湿地,以水平潜流人工湿地作为一级处理单元的组合方式对硝态氮有较好的去除效果。     

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.     

不同组合类型人工湿地污水处理效果比较

构建室内潮汐流-水平潜流和水平潜流-潮汐流2种不同组合人工湿地系统,探讨不同组合人工湿地系统对污染物的去除效果。研究结果表明:1)当进水总有机碳平均质量浓度为75.9 mg/L,氨氮平均质量浓度为99.4 mg/L时,潮汐流-水平潜流和水平潜流-潮汐流人工湿地系统对总有机碳的去除率分别为90.2%和91.3%,氨氮平均去除率分别为19.5%和39.2%,总氮平均去除率分别为10.3%和30.5%。水平潜流-潮汐流人工湿地系统对氮素表现出较好的去除能力。2)在进水氨氮浓度不变,降低潮汐流-水平潜流组合人工湿地进水的总有机碳浓度至23.1 mg/L,同时,升高水平潜流-潮汐流进水的总有机碳浓度至105.0 mg/L时,2组湿地系统对氮素的平均去除率均得到大幅度提高,氨氮去除率分别为78.9%和80.6%,总氮平均去除率也分别升高到45.4%和51.8%。     

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.     

2种人工湿地污水净化效果及其耐污染负荷冲击能力研究

依托建立在新沂河河漫滩的人工湿地中试工程开展现场试验,研究分析2种人工湿地对污染河水的净化效果及耐污染负荷冲击能力.结果表明:在相同的进水浓度条件下,垂直流人工湿地对CODMn的净化效果明显优于潜流,平均去除率高出13.7%,而两者对NH+4-N的净化效果没有明显差异,且都保持较高水平,平均去除率均高于80%;潜流和垂直流人工湿地自身构造不同引起的水流运行方式及截留、过滤作用的差异对有机污染物的去除影响较大,而对NH+4-N的净化效果影响较小;进水污染负荷变化对人工湿地污染物去除效率影响显著,垂直流人工湿地耐CODMn污染负荷冲击能力明显强于潜流,而对NH+4-N污染负荷变化,两者都表现出了较强的耐受能力,差异不明显.     

基于中性盐提取的土壤重金属固液分配与自由态金属离子浓度测定

采用0.01mol·L-1CaCl2、0.002mol·L-1Ca(NO3)2和纯水(UPW)3种常用提取剂对我国南方两种典型农田重金属污染土壤进行提取试验.同时,应用土壤重金属固液分配多表面模型来预测提取液中重金属含量,结合道南膜技术(DMT)测定Ca(NO3)2提取液中自由态金属离子浓度,并与ECOSAT模型计算值进行比较.结果表明,提取剂中Ca2+浓度增加能显著提高土壤重金属溶出率,而提取液pH、溶解态有机碳(DOC)浓度却随溶液Ca2+浓度增加而降低.多表面模型(Multi-Surface Model)对大部分提取液金属浓度有较好的预测效果,部分土样提取液Cu、Pb、Zn浓度的预测效果较差.DMT测定的Ca(NO3)2提取液自由态重金属浓度与模型计算值较为一致,能够较准确地测定土壤溶液自由态重金属离子浓度.     

水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物（COD、TP、TN和NH₄⁺-N）去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH₄⁺-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因（nirS）丰度远高于硝化功能基因（nxrA）和氨氧化功能基因（AOB-amoA）.在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高（55%和48%）.除此之外,TN和NH₄⁺-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.     

潜流型人工湿地基质堵塞特性试验研究

为解决设计不当或管理不善等原因造成的湿地堵塞问题,深入揭示湿地堵塞特性及形成机制,试验研究了芦苇潜流型水平流湿地和垂直流湿地的堵塞特性,并以此比较了2种湿地长期运行的稳定性.结果表明,湿地堵塞后土壤中有机质积累量较大,在湿地中各测量点达到了1.5%～5%,其主要积累区域在湿地前部表层,积累量为4%～5%,对有机物积累量与土壤深度进行数值分析发现,两者之间呈显著函数关系;水平流湿地和垂直流湿地内部堵塞机制不同,故堵塞后水平流湿地水力停留时间为3.515 4 d,较正常值缩短21.88%,而堵塞垂直流湿地水力停留时间为5.464 8 d,较正常值增长21.44%.湿地堵塞后污染物去除效率明显降低,波动较大,2种湿地比较发现,垂直流湿地的堵塞情况较水平流湿地更为严重.     

环境内分泌干扰物在人工湿地中的去除研究

考查了水平潜流人工湿地对城市生活污水中的8种内分泌干扰物去除效果。结果表明:在水力负荷为0.17m/d,水力停留时间为4.6 d情况下,水平潜流人工湿地对雌激素酮(E1)、雌激素三醇(E3)、双酚A(BPA)、辛基酚(OP)、17β-雌二醇(E2)、17a-雌二醇(17a-E2)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)的平均去除率分别为81.4%、39.3%、73.9%、44.1%、69.7%、82.2%、65.2%。其中,4-正壬基酚(4-n-NP)在湿地出水中未检测到。人工湿地中内分泌干扰物去除效果沿程变化结果表明,湿地前段对内分泌干扰物的去除效果优于后段,说明人工湿地前段微生物的降解更有效。     

石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地净化河水的研究

利用石灰石和黄铁矿-石灰石水平潜流人工湿地处理受到污染的河水,了解它们对河水中污染物,尤其是对氮和磷的去除效果,并分析这些矿物的作用,考察了水力停留时间变化对2种人工湿地污染物净化效果的影响.结果表明,污染物去除效果的最佳停留时间出现在3 d左右,COD、TN和TP的平均去除率分别达到51%、70%和95%.在相同进水水质和水力负荷运行条件下,石灰石和黄铁矿-石灰石这2种人工湿地对COD的平均去除率分别为53.93%和51.66%,对NH4+-N的平均去除率分别为82.13%和77.43%,对TN的平均去除率分别为66%和72.06%,对TP的平均去除率分别为50.9%和97.35%.2种人工湿地对COD的去除效果差距不大,黄铁矿-石灰石人工湿地的脱氮除磷效果优于石灰石湿地,对磷有较好的去除效果,不受温度影响且净化效果稳定,适宜长期稳定运行.     

水平潜流人工湿地COD去除回归方程的建立及应用

目前对于人工湿地的研究大部分仅局限于单个湿地,其结果缺乏广泛代表性.为考察水平潜流人工湿地对于生活污水中主要污染物指标COD的去除率,建立更为详细的人工湿地回归方程,用以指导人工湿地设计,本研究按照＂黑箱模型＂理论,将所搜集的1500多组数据按照季节、水力负荷、种植植物类型以及气候类型分类,分析不同因素对于人工湿地去除...     

水平潜流人工湿地处理邻二氯苯废水研究

采用水平潜流人工湿地(SFCW)处理邻二氯苯(o-DCB)废水,构建了基质分别为壤土、 细沙和粗砂的3套芦苇湿地中试系统W-L、 W-F、 W-C和无植物的壤土湿地对照组W-Z.结果表明,最佳水力停留时间为5 d,最适表面负荷率为150 mg·(m²·d)^-1,湿地组W-L、 W-F、 W-C和W-Z对o-DCB的去除率分别为81.2%、 71.1%、 72.4%和65.2%;8月中旬湿地运行效果最好,进入10月后性能有所下降,各个湿地系统对o-DCB废水处理效果顺序为W-L>W-C>W-Z>W-F,壤土和粗砂基质具有各自的优势;o-DCB浓度和溶解氧(DO)在湿地W-L和W-Z空间分布状况表明DO有利于o-DCB降解;o-DCB残留量在各层土壤中沿水流方向递减,随深度加深而增加;在芦苇组织中呈阶梯状分布,根、 茎、 叶中平均残留值分别为30.28、 14.85和 6.18 μg·g^-1.     

潜流人工湿地填料筛选及其对小城镇微污染水的修复性能评价

为了选择适合小城镇潜流人工湿地的填料,选取小城镇较为常见的材料(废砖、卵石、碎石),结合物化性质,研究25℃下填料对磷的吸附效果,并分析了填料种类对野外潜流人工湿地运行的影响。结果表明:(1)25℃时,3种填料对磷的吸附量随着溶液中初始磷浓度的增加而增加,吸附能力依次为废砖>碎石>卵石;(2)野外潜流人工湿地运行过程中,随HRT的延长,组合填料湿地WL1和废砖填料WL2湿地对总磷的净化效果有所提高,且WL2湿地对总磷的去除效果略优于WL1。因此,可以选择废砖作为小城镇潜流人工湿地系统的填料。     

以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤的修复效果

为了同步实现城市污水净化和荒漠化土壤修复,以荒漠化土壤(沙土)作为人工湿地基质(基质深度分别为0.1和0.6 m),分析不同运行条件(植物种类、水力负荷、基质深度、季节变化等)下湿地对净化城市污水、修复荒漠化土壤的效果. 结果表明:经过2 a的修复,城市污水中污染物作为荒漠化修复的肥源可以快速富集到荒漠化土壤中. 与原沙相比,沙土中w(有机质)、w(TN)、w(碱解氮)、w(TP)、w(速效磷)及电导率均极显著增加(P<0.01),而pH并无显著变化(P>0.05). 沙土容重极显著降低(P<0.01),孔隙率极显著增大(P<0.01). 当城市污水作为荒漠化土壤修复水源时,即使水力负荷低至0.0075 m3/(m2·d),植物仍能正常生长. 基质深度为0.1 m的潜流湿地在不同水力负荷时对污水中COD_Cr、TN、TP的最低平均去除率分别为59.46%、77.45%、62.36%;基质深度为0.6 m的潜流湿地对污水中三者的平均去除率分别为59.24%、32.02%、57.89%;基质深度为0.6 m的表面流湿地对污水中三者的平均去除率则分别为80.40%、14.00%、29.31%. 研究显示,以城市污水为水源和肥源对荒漠化土壤修复2 a后,沙土中养分含量均显著增加,沙土结构也得到明显改善,各湿地在夏秋季对污水中COD_Cr、TN、TP均有较好的去除效果.