二級垂直流人工濕地水分運移和多組分溶質(zhì)反應(yīng)遷移過程模擬.pdf

1、隨著我國城市化進(jìn)程加快，城市雨水徑流帶來的內(nèi)澇及其污染問題愈加嚴(yán)重，垂直流潛流人工濕地（VF CWs,Vertical Flow Constructed Wetlands）以其顯著的抗沖擊負(fù)荷能力、低能耗低維護(hù)成本和良好的景觀效應(yīng)而成為現(xiàn)代“海綿城市”中控制、儲蓄、處理徑流雨水的理想技術(shù)手段。目前以實驗為主的對于VF CWs中由微生物主導(dǎo)的污染物生物化學(xué)降解過程研究仍普遍存在“黑箱”現(xiàn)象，不能正確和準(zhǔn)確地描述其內(nèi)部真實的反應(yīng)過程。本文通

2、過數(shù)值模擬手段，建立二維的二級垂直流潛流人工濕地在水流遷移-溶質(zhì)擴(kuò)散-微生物生化耦合作用下的動力學(xué)模型，模擬二級VF CWs在不同出流方式、不同填料方式和不同溫度下對重慶市徑流雨水的處理效果，分析總結(jié)在不同運行條件下濕地中不同深度處雨水中主要污染物的遷移轉(zhuǎn)化及其降解微生物的生長代謝活性變化規(guī)律。研究主要成果和結(jié)論如下：
　　對于不同的出流方式，在二級垂直流濕地出水面設(shè)置等間隔的不透水隔斷（A-S2出流方式）能有效提高濕地的有效體積

3、比和水力效率，同時提升了溶解氧（DO）在濕地中的傳遞效果，復(fù)氧后DO濃度回升更快，高濃度持續(xù)時間更長，在120min的進(jìn)水間隔中，水下15cm處的DO濃度能保持6.0mg/L以上近80min；A-S2出流方式下CR（易生物降解COD）降至50mg/L以下時間較完全的滲流出流方式（A-S出流方式）縮短了22min；良好的溶解氧環(huán)境也促進(jìn)了亞硝化單胞菌和硝化細(xì)菌的活性，A-S2出流方式下同時間段內(nèi)增加的NO3--N濃度是A-S的4.23倍，

4、脫氮效果因此更佳；改善的溶解氧環(huán)境也使除磷效果所有提升。
　　對于填料不同的組合方式，采用粒徑較小（例如0.06~4mm的砂）的填料能有效促進(jìn)溶解氧在濕地中的傳遞效果，新進(jìn)水加入后，細(xì)填料能使DO濃度迅速回升并且保持長時間高濃度，這直接促進(jìn)了硝化作用，從而間接促進(jìn)了反硝化作用；三層填料粒徑從上到下宜采用中、細(xì)、粗的排列方式，并保證其飽和含水量θs的變化規(guī)律為上>中>下，飽和導(dǎo)水率Ks為下≥上>中，這種排列方式能在保證濕地脫氮效果的

5、前提下使其以較高的有效體積比及水力效率運行；上中下填料粒徑分別為4～8mm/0～2mm/16～32mm的ZXC1型促進(jìn)了亞硝化單胞菌的活性，在其中主要發(fā)生了以NO2--N為中間產(chǎn)物的脫氮過程；10～20mm/0.06～4mm/16～32mm的ZXC2型促進(jìn)了硝化細(xì)菌的活性，在其中主要是發(fā)生了以NO3--N為中間產(chǎn)物的脫氮過程。
　　對于不同的溫度，以20℃為參照，在硝化最適溫度25℃時，硝化速率明顯加快，硝化細(xì)菌較亞硝化單胞菌活性

6、提升更快，說明硝化細(xì)菌對溫度升高更加敏感， 由于被促進(jìn)的硝化率，反硝化率也有小幅度提升；在反硝化最適溫度30℃時，反硝化速率比20℃時提升了近40％，N2-N濃度峰值高出20%；溫度上升10℃，濕地中硝化速率提升一倍以上。在溫度較低的15℃和10℃時，亞硝化單胞菌仍保持較高的NH4+-N轉(zhuǎn)化活性，說明亞硝化單胞菌抗低溫能力較強。10℃時反硝化細(xì)菌的活性被大大抑制，反硝化效果較20℃時大幅度降低。
　　在重慶的夏季，徑流水