人工湿地动力学模型的建立

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1、人工湿地动力学模型的建立摘要：人工湿地作为一种较新的水处理技术，对其处理机理的理解还不够充分，对其影响因素的认识还不够全面，因此经常由于设计不当使得出水达不到设计要求或者不能达标排放，有时人工湿地甚至还会成为污染源。因此对湿地污染物去除动力学的研究可以为湿地的设计提供进一步的理论支持。本文概要地介绍了人工湿地污水处理的污染物去除动力学模型的研究进展。　　关键词：人工湿地动力学模型水处理　　ProgressofDevelopmentofKiicModelsforPollutantsRemovalicalandeffectivemethodforent.Usual　kiicmodelsfo

2、rpollutantsremovalinthetreatmentofodelsandMonodmodels，bothofassbalanceofpollutantsinstablestatus.In　future，itisalsonecessarytotakeintoconsiderationtheeffectsofspacedistributionofvegitationandactualresidencetimeinimprovinganddevelopingthemathematicmodels.　　Keyodel；ent　　自西德1974年首次建造人工湿地以来，由于其具有投资低

3、、出水水质好、操作简单、维护运行费用低等特点，被广泛用于生活污水、矿山酸性废水[3-4]、纺织工业[5]和石油工业[6-7]等工业废水的处理。　　人工湿地作为一种较新的水处理技术，对其处理机理的理解还不够充分，对其影响因素的认识还不够全面，因此经常由于设计不当使得出水达不到设计要求或者不能达标排放，有时人工湿地甚至还会成为污染源“”。因此对湿地污染物去除动力学的研究可以为湿地的设计提供进一步的理论支持。　　本文概要地介绍了人工湿地污水处理的污染物去除动力学模型的研究进展。　　1、一级动力学模型　　1.1一级动力学模型简介　　湿地设计通常采用的是一级动力学模型，其基本设计方程被澳大利亚、

4、欧洲、美国广泛应用于湿地的设计和对湿地污染物去除效果的预测。虽然有许多局限性，但由于其参数的求解及计算过程都很简单，因此目前仍把它作为描述湿地中污染物去除的最合适的方程，广泛应用于BOD、营养物、SS和细菌以及金属离子的去除计算。　　用于湿地的一级动力学方程，主要考虑处理负荷与处理效率之间的关系，模型的推导以基质的降解服从一级反应动力学为基础。经常设模型中的一些参数如速率常数等为常量与水力负荷或进水浓度无关，以及湿地中的水流形态为稳定的柱塞流等。这些一级动力学模型有的采用体积速率常数kv来确定湿地所需的体积，有的采用面积速率常数k.来确定湿地所需的面积，kv多用于潜流型人工湿地，而kA

5、则在表面流入工湿地中应用更多。　　这些一级动力学模型通常的表达方式为　C0=Ciexp（－kv.t）（1）　　C0=Ciexp（-kA/q）　　式中：Ci——进水浓度，[M／L3]；　　C0——出水浓度，［M／L3］；　　kv——体积去除速率常数，［1／T］；　　kA——面积去除速率常数，［L／T]；　　t——水力停留时间，[T]；　　q——水力负荷，［L／T］。　　1.2二参数一级动力学模型　　上述的一级动力学模型中只包含一个参数kv或k……在Eckenfelder模型中，如果污染物中存在不可生物降解部分，则需在方程中加人不可生物降解物质浓度项。在湿地中，即使没有不可降解的污染物，大

6、气或地下水的贡献、化学作用以及生物地理化学循环也会产生背景浓度。即使是BOD，由于植物枯叶或其它有机物分解生成BOD，同时内源自养过程积累并将含碳有机物释放回湿地中，也会形成1-10mg／L背景BOD.于是Kadlec和Knight建议引入背景浓度，低于背景浓度的污染物不能被降解，并在一级反应动力学方程中加入背景浓度项C*：　（co—c*）／（ci—c*）＝exp（—kv.t）（3）　　（co—c*）／（ci—c*）＝exp（—kA／q）（4）　　1.3三参数一级动力学模型　　不论单参数还是二参数模型，在运行和设计条件改变时，都不能保持参数的稳定性，于是研究者又在模型中加人了第三个参数

7、，提出了三参数模型。　　1.3.1加入描述水力负荷变化对k值影响的参数m，对k值进行修正：　　kv＝kv′。qm（5）　　研究表明参数m的引入可以提高数据与模型的吻合程度，但并不能消除水力负荷对表观背景浓度的影响。　　1.3.2加入表征扩散特性的参数　　湿地示踪实验结果与考虑扩散的二维速度场相类似，所以在方程中加入扩散参数，得到：（co－c*）／ci－c*）＝［4bEXP（Pe／2）］／　　［（1＋b）2exp（bPe／2）－（1－6）2exp