人工濕地處理廢水有機(jī)物動態(tài)模型的研究(1)

1、    人工濕地處理廢水有機(jī)物動態(tài)模型的研究(1)    以風(fēng)車草人工濕地處理豬場廢水，研究人工濕地處理廢水有機(jī)物的動態(tài)模型。人工濕地一年四季連續(xù)運(yùn)行，秋李和春季濕地以相同進(jìn)水濃度和不同水力停留時間的方式運(yùn)行；冬季和夏季以相同水力停留時間和不同進(jìn)水濃度的方式運(yùn)行。COD作為有機(jī)物降解的建模指標(biāo)。結(jié)果表明，濕地進(jìn)出水COD服從指數(shù)方程規(guī)律。提出了基于運(yùn)行溫度和進(jìn)水濃度的濕地出水COD預(yù)測模型，預(yù)測結(jié)果誤差在10以內(nèi)。 關(guān)鍵詞：人工濕地 風(fēng)車草 廢水處理 有機(jī)物 模型 人工濕地已廣泛應(yīng)用于廢水處理，然而，人工濕地的設(shè)計

2、和運(yùn)行常常缺乏模型的指導(dǎo)。本研究以風(fēng)車草潛流式人工濕地處理養(yǎng)豬場廢水為研究對象，重點討論在同一廢水來源、相同的潛流式人工濕地和統(tǒng)一的水力停留時間下(3 d)，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷(以COD表示)和氣溫對COD降解常數(shù)左的影響，以及基于進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷和氣溫丸值與出水水質(zhì)預(yù)測模型。 1 模擬人工濕地的構(gòu)成 人工濕地的剖面如圖1所示，長度為1 m，寬0.5m，高0.8m，由磚和水泥砌成。濕地內(nèi)填充粒徑35cm的碎石60cm厚作為處理床，處理床上種植風(fēng)車草，試驗在大棚內(nèi)進(jìn)行。風(fēng)車草植株根系發(fā)達(dá)，分蘗數(shù)14-16個株，高度135-145sm，每組8株，分兩行栽種。濕地進(jìn)水通過位于濕地前部的進(jìn)水槽從處理床前端底部分

3、多孔均勻進(jìn)水，從另一端上部多孔均勻出水。 2 COD降解的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)反應(yīng)器中反應(yīng)物的流動特征和凈化機(jī)理，通常把人工濕地看作推流反應(yīng)器1-3。在理想的推流反應(yīng)器中，反應(yīng)物濃度隨空間和時間而變化，并遵循： Yt=Yoexp(-kt)式中：t反應(yīng)器物料的理論停留時間，d； Yt出口COD的質(zhì)量濃度，mgL； Yo進(jìn)口COD的質(zhì)量濃度，mgL； KCOD降解常數(shù)4。 在上述方程中，兌反映濕地廢水COD的降解速度，它與廢水性質(zhì)、進(jìn)水特征、廢水處理系統(tǒng)的整體特征以及系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境條件等有關(guān)5。 3 實驗方法 測試前先運(yùn)行2個月，以讓處理床掛膜；運(yùn)行時每隔3 d進(jìn)1次廢水，進(jìn)水量90L室，進(jìn)水濃度低于當(dāng)

4、季正式測試時的最低進(jìn)水濃度。 為了研究季節(jié)性氣溫(水溫)對濕地降解COD的影響，將試驗按4個不同季節(jié)進(jìn)行測試，試驗連續(xù)進(jìn)行1 a。其中，秋季和春季運(yùn)行采用同一個進(jìn)水濃度范圍，廢水在濕地的停留時間(HRT)采用5個方式(5，4，3，2，1 d)，秋季春季試驗平均進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為736.29土29.63 mgL，5種停留時間運(yùn)行下的水力負(fù)荷分別為72，90，120，180和360L(m2·d)，有機(jī)負(fù)荷(以COD計)依次為：53.01，66.26，88.35，132.53和265.06 g(m2·d)。冬季和夏季試驗運(yùn)行采用同一個停留時間(3d)，5個不同的進(jìn)水濃度范圍(

5、見表1)。     表1 夏季、冬季風(fēng)車草濕地降解COD的5個k值    序號    Yo(mg·L-1)    Yt(mg·L-1)    K/d-1    夏季    冬季    夏季    冬季 

6、0;  夏季    冬季    1    86.26    196.32    35.07    44.93    0.2999    0.4915    2    255.13&

7、#160;   345.68    55.24    81.21    0.5101    0.4829    3    651.38    582.44    108.58    147.72 &#

8、160;  0.5972    0.4573    4    983.38    677.15    112.90    200.92    0.7215    0.4050    5   

9、 1440.18    1002.82    163.67    230.39    0.7250    0.4903    注：停留時間為3d，k按Yt=Yo·e(-k)計算；水力負(fù)荷為120 L(m2·d)，平均有機(jī)負(fù)荷從低到高依次為：16.95，36.04，74.02，99.63和146.58g(m2·d)。 試

10、驗期間各組每天連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水是豬場廢水經(jīng)沉淀和厭氧處理后的出水再按試驗所需用清水調(diào)配而成。在同一季節(jié)內(nèi)，試驗不同停留時間或不同進(jìn)水水質(zhì)的運(yùn)行和測試均重復(fù)3次。            論文作者：廖新弟;駱世明;吳銀寶;汪植三摘以風(fēng)車草人工濕地處理豬場廢水，研究人工濕地處理廢水有機(jī)物的動         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于

11、商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。 每一個季節(jié)測試結(jié)束，將試驗植物沿床面上30cm剪割掉，各組繼續(xù)在低濃度下繼續(xù)運(yùn)行。 4 結(jié)果與討論 4.1 進(jìn)水濃度對COD降解系數(shù)A的影響 冬、夏季濕地去除COD服從指數(shù)方程規(guī)律。將風(fēng)車草濕地夏季、冬季停留時間等于3 d時Yo和Yt，的5組測定結(jié)果分別代人指數(shù)方程Yt=Yo·e(-k)，獲得夏季、冬季風(fēng)車草濕地降解COD的5個k值，見表1。 根據(jù)表1中Yo與k的對應(yīng)關(guān)系，可以分別求出冬、夏季COD的降解系數(shù)k(d-1)與進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度(Yoo 0.3727，r=0.9019 (1) 冬季

12、：k=-0.000 02Yo 0.4791，r=0.2083 (2) 4.2 溫度對COD降解系數(shù)k的影響 將4個進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度：490.35,867.07，983.38和1440.20mgL，依次代入冬季k與Yo的關(guān)系式k=-0.000 02 Yo 0.479 1，可估算出4個k，依次是：0.469 3，0.461 8，0.459 4和0.450 3 d-1。同理，將上述4個進(jìn)水COD值代入夏季k與Yo的關(guān)系式k=0.000 3Yo 0.372 7，求出4個相應(yīng)的k，依次是：0.519 8，0.632 8，0.721 5和0.725 0d-1。 假設(shè)在同一進(jìn)水濃度下，k與溫度成線性關(guān)系

13、，根據(jù)上述4種進(jìn)水濃度下，冬、夏季各4個k值，以及冬、夏季氣溫(分別為17.9和27.2)，可以分別求出上述4種進(jìn)水濃度下，k隨溫度()變化的直線方程，見表2。    表2 A隨溫度日變化的估算方程    Yo/（mg·L-1）    1/    K1/d-1    2/    K2/d-1    估算方程&

14、#160;   490.35    17.9    0.4693    27.2    0.5198    K=0.0054 0.3726    867.07    17.9    0.4618    27.2

15、    0.6328    K=0.0184 0.1324    983.38    17.9    0.4594    27.2    0.7125    K=0.0282-0.0454    1440.20  

16、60; 17.9    0.4503    27.2    0.7250    K=0.0295-0.0778 根據(jù)表2的4種不同進(jìn)水濃度下、k隨溫度變化的估算方程，可以計算出秋季(溫度21.4)、上述4種進(jìn)水濃度下的COD降解常數(shù)&值分別為：0.488 2，0.526 2，0.558 1和0.553 5 d-1。同理，可以計算出春季(溫度23.8)、上述4種進(jìn)水濃度下的COD降解常數(shù)禿值分別為：0.501 1，0.5

17、70 3，0.625 8和0.624 3 d-1。 這樣，4種進(jìn)水濃度、4個季節(jié)(溫度)下人工濕地的COD降解常數(shù)無值匯總在表3。    表3 不同溫度(9)風(fēng)車草人工濕地的COD降解常數(shù)-1)    不同溫度COD降解常數(shù)k/d-1    冬季(17.9)    秋季(21.4)    春季(23.8)    夏季(27.2)  

18、60; 0.4693    0.4882    0.5011    0.5198    867.07    0.4618    0.5262    0.5703    0.6328    983.38  

19、60; 0.4594    0.5581    0.6258    0.7215    1440.20    0.4503    0.5535    0.6243    0.7250 4.3 COD降解常數(shù)k的估算模型 根據(jù)表3中進(jìn)水濃度與k的對應(yīng)數(shù)據(jù)，可以作出不同溫度

20、下，k與進(jìn)水濃度之間的關(guān)系圖，如圖2所示。圖2表明：冬季低溫環(huán)境下，進(jìn)水濃度提高，k則減小(1)；其它高溫季節(jié)環(huán)境下，k隨進(jìn)水濃度提高而增大(2，3和4)。 圖2中，不同溫度下，k隨進(jìn)水濃度變化的回歸方程分別為：            論文作者：廖新弟;駱世明;吳銀寶;汪植三摘以風(fēng)車草人工濕地處理豬場廢水，研究人工濕地處理廢水有機(jī)物的動         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)

21、絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。 方程1：k=0.4791-(2×10-5)yo，r=1.0000 (3) 方程2：k=0.4656 (7×10-5)yo，r=0.8489 (4) o， r=0.8735(5) o， r=0.8856(6) 上述14的4個方程可用k=a byo來表示，方程中a值與溫度關(guān)系見圖3，b值與溫度關(guān)系見圖4。 圖3、圖4可見，a值隨溫度上升而下降，而b值隨溫度上升而增加，其回歸關(guān)系為：a=0.5482-0.0039 ，r=1.000 0(7

22、) b=0.0004 (2×10-5)，r=0.992 4 (8) 將式(7)和式(8)代人k=a byo中，則k與進(jìn)水濃度的關(guān)系式變?yōu)椋?k=(-0.0039 0.5482) (2×10-5)-0.0004yo。 (9) 若式(7)用a= a1 a2來表示，則al=-0.0039，a2=0.5482 同理，若式(8)用b= b1 b2來表示，則b1=2 ×10-5，b2=-0.0004 將k=a byo代入yt=yoexp(-kt)， 則：yl=yoexp-(a byo)t，再將a= a1 a2和b= b1 b2代入， 則：y1=yoexp-( a1 a2) (

23、b1 b2)yot (10) 式(10)中：yl為出水COD的質(zhì)量濃度mgL；yo為進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度mgL；為溫度，；t為水力停留時間，d;a1,a2，b1和b2均為系數(shù)，a1=-0.0039，a2=0.5482，bl=2×10-5，b2=-0.0004。 這樣，通過式(10)，也可以預(yù)測出不同溫度、進(jìn)水COD濃度和停留時間下的風(fēng)車草人工濕地豬場廢水處理的出水COD值。     5 實測與模擬結(jié)果的比較 式(10)是根據(jù)人工濕地實際系統(tǒng)的進(jìn)水濃度和水力停留時間以及運(yùn)行溫度環(huán)境，預(yù)測出人工濕地的出水水質(zhì)，式中k是關(guān)鍵，其估算模型的精度見表4。

24、    表4 k式的準(zhǔn)確性檢驗    系統(tǒng)運(yùn)行條件    k    K1    K1誤差/%    進(jìn)水（COD）=490.35mg·L-1     17.9    0.4693    0.4578  

25、0; -2.45    21.4    0.4882    0.4785    -1.99    23.8    0.5011    0.4927    -1.68    27.2    0

26、.5198    0.5127    -1.37    進(jìn)水（COD）=867.07mg·L-1     17.9    0.4618    0.4419    -4.31    21.4    0.5262  

27、;  0.4890    -7.07    23.8    0.5703    0.5213    -8.59    27.2    0.6328    0.5669    -10.41   

28、; 進(jìn)水（COD）=983.38mg·L-1     17.9    0.4594    0.4317    -4.85    21.4    0.5581    0.4923    -11.79    23.8

29、0;   0.6258    0.5301    -15.29    27.2    0.7215    0.5837    -19.09    進(jìn)水（COD）=1440.20mg·L-1     17.9   

30、; 0.4503    0.4179    -7.19    21.4    0.5535    0.5051    -8.74            論文作者：廖新弟;駱世明;吳銀寶;汪植三摘以風(fēng)車草人工濕地處理豬場廢水，研究人工濕地處理廢水有機(jī)物的動         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。    23.8    0.6243 &