进出水位置对水平潜流人工湿地水力效率影响及可视化分析研究

通过对水平潜流人工湿地9种不同进出水方式进行NaCl脉冲示踪实验,得到不同进出水方式下的水力停留时间分布密度曲线,计算其平均水力停留时间、表观水力停留时间、峰值停留时间等水力学参数,根据不同停留时间的对比关系计算相对水力效率。此外,利用染料进行不同进出水方式下的可视化示踪实验,通过MATLAB图像处理,获得高对比度的流态图像。识别不同进出水方式下的"死区"分布,计算"死区"相对面积用以表征其水力效率。结果表明:(1)进出水方式为中进上出和下进上出时,水力效率相对较高;(2)水力分布散度会对水力效率造成较大影响;(3)相比有效体积比,采用水力学效能所得到的排序结果更能代表水平潜流人工湿地的实际水力效率;(4)出水口位置对水平潜流人工湿地"死区"分布和面积有较大影响,在实际水平潜流人工湿地的设计中,出水口位置设置在上部、转角处设计为圆角将有助于减小"死区"面积、提高水力效率,有利于发挥人工湿地最大除污效果。     

水平潜流人工湿地在不同水力负荷下的水力效率及可视化分析

构建水平潜流人工湿地装置,通过NaCl示踪脉冲实验,得到不同水力负荷条件下的水力停留时间分布密度曲线,根据不同停留时间的关系计算相对水力效率,并利用染料,进行不同水力负荷下的可视化示踪实验,通过MATLAB处理得到高对比度的流态图像。观察"死区"分布,计算"死区"相对面积用以表征其水力效率。结果表明,湿地装置进水水力负荷较高或较低时,水力效率均较低,且水力负荷较大时更明显;水力分布散度(σ2θ)的大小会对水平潜流人工湿地水力效率造成较大影响;在不同水力负荷下,采用水力学效能(λ)所得到的排序结果相比短路值(s)和有效体积比(e)更能代表实际水平潜流人工湿地的水力效率。     

非均质多孔介质对水平潜流人工湿地水力效率的影响

对比以不同粒径(4～9、8～12、11～17mm)非均质多孔介质(玻璃珠)作为基质的水平潜流人工湿地(以有机玻璃板材模拟)的水力效率、水力停留时间等参数,并参照其流态变化进行分析。结果表明:(1)均以上端为进水口、下端为出水口,水流流经不同粒径玻璃珠的水平潜流人工湿地会产生不同的流态。(2)玻璃珠粒径小(4～9mm)的水平潜流人工湿地中,染料在其中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间最大,空间利用率最大,则有效体积比最大,染料流经区域面积最大;转角处染料呈圆角流过,死区范围小。(3)当玻璃珠粒径为4～9mm时,水平潜流人工湿地具有最长的平均水力停留时间(0.437 8h)和最小的水流散度(标准方差为0.052 5),使得水平潜流人工湿地的有效体积比最高(0.495 7),水力效率也最高(0.469 6)。随着粒径的增大,平均水力停留时间缩短,水流散度增大,而有效体积比和水力效率均呈减小趋势。(4)合理的水力停留时间分布能够提高有效体积比,而有效体积比越高,即污水在水平潜流人工湿地中运动并最终能够迁移到出水口的有效空间越大,污染物与基质以及附着在基质上的微生物的接触越充分,从而提高污染物的去除率。     

潜流式湿地系统停留时间分布实验结果分析

鉴于水力停留时间对人工湿地系统处理效果和构建设计的重要性,通过示踪实验测定了潜流式湿地系统的停留时间分布,结合反应器理论,对实验测定的不同进水流量范围的停留时间响应结果,分别以多釜串联模型以及移位正态分布函数进行拟合,并进一步对系统的水力平均停留时间、系统的流动形态以及非理想性进行了分析和讨论,为湿地系统的水力学优化设计和实际运行提供理论基础和技术参数.     

潜流人工湿地水力学特性及工程设计

以净化低污染水体的潜流人工湿地水力学特性工程设计为重点,系统开展了室内外实验研究,并利用Peelet数分析了水平潜流人工湿地碎石床渗流返混程度。结果表明,潜流人工湿地集水花管孔口出流计算、基质填料内渗流计算、碎石床平均水力停留时间计算可分别借鉴薄壁孔口恒定淹没出流、线性或非线性渗流、活塞流理论;但受工程实际条件及运行淤堵等影响,工程实测结果均小于理论计算值。基于室内外实验成果,提出一套包括集配水系统水力计算、填料内渗流计算、平均水力停留时间计算在内的潜流人工湿地水力学特性计算方法和参数选择,可为人工湿地技术的工程设计提供借鉴。     

出水口位置对垂直潜流人工湿地净化的影响

研究出水口位置对垂直潜流人工湿地净化的影响。垂直潜流人工湿地以间歇进水方式运行,进水水力负荷为0.125m3/(m2.d),进水来自南宁市琅东污水处理厂初沉池出水。研究结果表明,出水口位置对垂直潜流人工湿地净化有显著影响。与底部出水相比,中部出水的TN、SS和COD去除率分别提高了8.01%、8.48%、7.99%,出水NO-3-N质量浓度降低了9.38 mg/L;但NH+4-N去除率则降低了26.25%,TP去除率降低了21.21%。     

曝气对水平潜流人工湿地水力特性的影响

通过构建曝气及未曝气潜流人工湿地小试实验系统,以NaCl为示踪剂开展示踪实验,研究曝气对人工湿地水力特性的影响。实验结果表明,两对比系统均存在不同程度的短流及死区现象,短流主要发生在床体表层,而死区则存在于床体底层。其中未曝气人工湿地系统的流场分布不均匀现象较为严重,示踪剂滞留在床体底层难以回收,系统水力效率较低(0.56)。比较而言,由于气流对水体的扰动作用,曝气对人工湿地系统水力效率有明显改善作用,减缓了床体表层水流速度,提高了示踪剂回收率,缩小了死区的范围,曝气人工湿地系统的水力效率为0.75。     

分层式潜流人工湿地水力学特性数值模拟与分析

人工湿地水力学特征对其污染物去除过程有重要影响.采用计算流体力学软件FLUENT中的多孔介质模型对分层式潜流人工湿地内部的流场进行模拟,并分析了不同进出口位置对湿地水力学行为的影响.模拟结果表明,分层式潜流人工湿地基质层内部速度分布的差异较大,水流多从进口端的左半部汇人下部砾石层以大于3.69×10-4m/s的速度出流...     

水力停留时间变化对2种人工湿地净化效果的影响

依托建立在新沂河河漫滩的人工湿地中试工程开展现场实验,研究分析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:水力停留时间的变化显著影响潜流和垂直流湿地污染物净化的效果,2种湿地高锰酸盐指数和氨氮(NH4+-N)去除效果随水力停留时间的变化均呈现先上升后下降的趋势。垂直流人工湿地显示出比潜流湿地更好、更稳定的污染物净化效果,其高锰酸盐指数和NH4+-N去除效果的最佳停留时间均出现在2 d左右,2种污染物的去除率分别达到93.1%和87.7%;而潜流湿地在水力停留时间为2 d左右时高锰酸盐指数去除率最高,达到92.3%,在2.5 d左右的时候NH4+-N去除率最高,达到81.5%。潜流和垂直流湿地都适合应用于新沂河污染河水的处理,在设计和实践应用中,两者的水力停留时间参数均可设定为2 d。     

潜流湿地对典型选控性有机污染物去除的预测

建立潜流湿地有机污染物迁移转化模型,采用多孔介质模型描述潜流湿地的水力特性,并引入Monod方程相耦合,实现对湿地系统内部流场及水质浓度的同时模拟。通过实验,校核模型参数,并验证模型。结果表明,该模型能较好模拟潜流湿地中有机污染物的去除效果;计算条件下,在不同基质填料的潜流湿地中都会出现滞水区和快速通道,影响水力效率与污染物去除效果;预测了不同填料系统中7种典型选控性有机污染物的去除效果,其处理效率:苯胺苯酚二甲苯甲苯苯硝基苯氯苯,可通过优选填料提高吸附量和延长停留时间来提高选控性有机物的处理效果。