水平潜流人工湿地水动力模拟及去污实证研究

水平潜流人工湿地（HSSFCWs）中污染物脱除效果与废水和介质表面的接触程度及反应时间密切相关，该过程由其水动力过程决定。主要研究：（1）不同填充/布水方式以及长期运行后生物膜和根系影响下HSSFCWs的水力停留时间分布函数（RTD）及其水力效率评价；（2）通过集总式推流模型（PFM）、弥散推流模型（DPFM）、连续完全混合反应器模型（CSTRM）以及本研究建立的分布式多流弥散模型（MFDM）和滞水-动水模型（SFDM）的对比研究，探索适合HSSFCWs的水动力学模型；（3）验证不同水力效率HSSFCWs的水质净化效果，为HSSFCWs的设计提供参考；（4）将BOD去除和氮素转化的动力学模型（一级动力学和Monod动力学）嵌合到水动力学模型中，进行计算机辅助模拟，并进行实验验证；（5）HSSFCWs运行新工艺的水动力学机理模拟；（6）从水动力驱动角度，建立HSSFCWs设计、运行管理模型。

水平潜流人工湿地中污染物的脱除与废水和填料介质表面的接触程度和反应时间密切相关，该过程由其水动力过程决定。本项目主要采用实验模拟的方法进行相关研究。主要研究手段包括：物理模拟（实验室搭建小试模拟装置，测试人工湿地运行过程中的各项物理、化学、生物学指标）、计算机模拟（将实验获得的相关数据带入模拟模型进行计算机模拟，并和实验结果进行对比分析）。. 主要获得如下成果：（1）获得水平潜流人工湿地的水力停留时间分布函数的数学形式，对数正态分布函数能够较好地模拟水平潜流人工湿地的水力停留时间分布。（2）获得了均一介质填充水平潜流人工湿地水动力模型，发现对流弥散模型能够较好地模拟均一介质填充水平潜流人工湿地的水动力过程。（3）提出了分层填充介质中水平潜流人工湿地水动力模拟的多流弥散模型，并对水平潜流人工湿地多流弥散模型进行了实验验证，可用于人工湿地设计。（4）将有效体积比、短路值、水力效率等引入潜流人工湿地水力效率的评价中，并对不同水动力过程的人工湿地进行评价，为人工湿地的设计提供参考。（5）对波流式、出水回流式、以及不同进出水方式的人工湿地的水力效率进行了实验研究和分析评价，从水动力学（“死区”、“滞水区”、“短路区”）方面对其脱氮效果的差异机制进行分析。（6）不同水动力条件下，对不同形态氮素在潜流人工湿地中的时空分布进行模拟分析，为高效脱氮人工湿地的设计提供技术依据。（7）在研究方法上，采用透明装置和填料以及示踪剂染色获得潜流人工湿地的水流流态、利用透明塑料丝线模拟植物根系对人工湿地水动力过程的影响，为该领域的研究提供了一种可行的创新性方法。. 主要结论：小流量、多批次进水的潜流人工湿地水力效率更高；下部进水、上部出水的人工湿地具有更高的水力效率；多点进水的水力效率排序为：阶梯进水>前端多点进水>一般推流式>前端+1/2处进水；多流弥散模型（MFDM）能够较好拟合人工湿地的物质迁移过程，可用于人工湿地的设计；NH4+-N降解主要集中在湿地前段，湿地后段大量NO3-的存在保证了的反硝化作用进行；硝酸盐氮在湿地下部分布较小，在湿地上部分布相对较多，人工湿地下部是反硝化过程的主要场所。