人工湿地处理废水有机物动态模型的研究

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1、人工湿地处理废水有机物动态模型的研究论文廖新弟;骆世明;吴银宝;汪植三摘要：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，秋李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。关键词：人工湿地风车草废水处理有机物模型　　人工湿地已广泛应用于废水处理，然而，人工湿地

2、的设计和运行常常缺乏模型的指导。本研究以风车草潜流式人工湿地处理养猪场废水为研究对象，重点讨论在同一废水来源、相同的潜流式人工湿地和统一的水力停留时间下(3d)，进水有机负荷(以COD表示)和气温对COD降解常数左的影响，以及基于进水有机负荷和气温丸值与出水水质预测模型。　　1模拟人工湿地的构成　　人工湿地的剖面如图1所示，长度为1m，宽0.5m，高0.8m，由砖和水泥砌成。湿地内填充粒径3—5cm的碎石60cm厚作为处理床，处理床上种植风车草，试验在大棚内进行。风车草植株根系发达，分蘖数14-16个／株，高度135-1

3、45sm，每组8株，分两行栽种。湿地进水通过位于湿地前部的进水槽从处理床前端底部分多孔均匀进水，从另一端上部多孔均匀出水。　　2COD降解的数学模型　　根据反应器中反应物的流动特征和净化机理，通常把人工湿地看作推流反应器[1-3]。在理想的推流反应器中，反应物浓度随空间和时间而变化，并遵循：　　　　Yt=Yoexp(-kt)　　式中：t——反应器物料的理论停留时间，d；　　　　　Yt——出口COD的质量浓度，mg／L；　　　　　Yo——进口COD的质量浓度，mg／L；　　　　　K——COD降解常数[4]。　　在上述方程中

4、，兑反映湿地废水COD的降解速度，它与废水性质、进水特征、废水处理系统的整体特征以及系统运行的环境条件等有关[5]。　　3实验方法　　测试前先运行2个月，以让处理床挂膜；运行时每隔3d进1次废水，进水量90L／室，进水浓度低于当季正式测试时的最低进水浓度。　　为了研究季节性气温(水温)对湿地降解COD的影响，将试验按4个不同季节进行测试，试验连续进行1a。其中，秋季和春季运行采用同一个进水浓度范围，废水在湿地的停留时间(HRT)采用5个方式(5，4，3，2，1d)，秋季春季试验平均进水COD的质量浓度为736.29土29

5、.63mg／L，5种停留时间运行下的水力负荷分别为72，90，120，180和360L／(m2·d)，有机负荷(以COD计)依次为：53.01，66.26，88.35，132.53和265.06g／(m2·d)。冬季和夏季试验运行采用同一个停留时间(3d)，5个不同的进水浓度范围(见表1)。　　表1　夏季、冬季风车草湿地降解COD的5个k值序号Yo(mg·L-1)Yt(mg·L-1)K/d-1夏季冬季夏季冬季夏季冬季186.26196.3235.0744.930.29990.49152255.13345.6855.248

6、1.210.51010.48293651.38582.44108.58147.720.59720.45734983.38677.15112.90200.920.72150.405051440.181002.82163.67230.390.72500.4903　　注：①停留时间为3d，k按Yt=Yo·e(-kθ)计算；②水力负荷为120L／(m2·d)，平均有机负荷从低到高依次为：16.95，36.04，74.02，99.63和146.58g／(m2·d)。　　试验期间各组每天连续进水，进水是猪场废水经沉淀和厌氧处理后的出

7、水再按试验所需用清水调配而成。在同一季节内，试验不同停留时间或不同进水水质的运行和测试均重复3次。　　每一个季节测试结束，将试验植物沿床面上30cm剪割掉，各组继续在低浓度下继续运行。　　4结果与讨论　　4.1进水浓度对COD降解系数A的影响　　冬、夏季湿地去除COD服从指数方程规律。将风车草湿地夏季、冬季停留时间等于3d时Yo和Yt，的5组测定结果分别代人指数方程Yt=Yo·e(-kθ)，获得夏季、冬季风车草湿地降解COD的5个k值，见表1。　　根据表1中Yo与k的对应关系，可以分别求出冬、夏季COD的降解系数k(d-

8、1)与进水COD的质量浓度(Yo，mg／L)的回归方程，分别为：夏季：k=0.0003Yo+0.3727，r=0.9019　(1)冬季：k=-0.00002Yo+0.4791，r=0.2083　　(2)　　4.2温度对COD降解系数k的影响　　将4个进水COD的质量浓度：490.35,867.07，983.38和14