垂直流人工湿地内水流流态分析_范立维

环境保护垂直流人工湿地内水流流态分析＊范立维1,卢泽湘2,海热提3,腾航1(1福建农林大学资源与环境学院,福建福州350002;2福建农林大学材料工程学院,福建福州350002;3北京化工大学环境科学与工程技术中心,北京100029)摘要:通过示踪剂实验,采用停留时间分布(RTD)理论对不同出水口高度下垂直流人工湿地内的水流流态进行了分析。研究表明水流在垂直流人工湿地中的流动是介于理想的活塞流和全混流之间的非理想流动状态;不同出水口高度下,垂直流人工湿地内水流流态的不同主要体现在水流在人工湿地内停留时间的长短上面,而水流的分散程度相差不大;出水口较高时,水流在垂直流人工湿地内的平均停留时间也较长,该水流流态有利于污染物在人工湿地中的降解。关键词:出水口;垂直流人工湿地;停留时间分布;水流流态AnalysisoftheWaterFlowPatternsintheVerticalFlowConstructedWetlands＊FANLi-wei1,LUZe-xiang2,HAIRe-ti3,TENGHang1(1CollegeofEnvironmentalandResourceSciences,FujianAgricultureandForestryUniversity,FujianFuzhou350002;2CollegeofMaterialEngineering,FujianAgricultureandForestryUniversity,FujianFuzhou350002;3CenterofEnvironmentalScienceandTechnology,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China)Abstract:Thewaterflowpatternsintheverticalflowconstructedwetlandswereanalyzedwithdifferentheightofwa-teroutlet,basedonthetracerexperimentbyusingthetheoryoftheresidenttimedistribution(RDT).Theresultsindica-tedthattheactualflowpatternwasbetweentheidealplugflowandcontinuousstirredflow.Themaindifferenceoftheflowpatternunderdifferentheightofwateroutletwasthemeanresidenttimeandthedifferenceofthedispersioncanbeneglec-ted.Whenthewateroutletwashigher,themeanresidenttimewaslonger,andthiswasfavorabletothedegradationofthepollutantsintheverticalflowconstructedwetland.Keywords:wateroutlet;verticalflowconstructedwetland;residenttimedistribution;flowpattern＊基金项目:福建省自然科学基金资助项目(2009J05018)。作者简介:范立维(1980-),女,毕业于北京化工大学,博士,讲师,主要从事水污染控制方面的研究。E-mail:fanlw@163.com通讯作者:卢泽湘。人工湿地污水处理技术具有处理效果好、投资少、能耗低和维护管理方便等特点,是一项适合我国国情的污水资源化技术[1-4]。人工湿地污水处理主要是依靠湿地内部的填料及植物根系表面的生物膜对污水中的污染物进行降解来实现的,因此人工湿地可以看成是一个体积庞大的生化反应器。湿地生化反应器内的水流流态直接关系到污水中污染物与生物膜的接触机会和时间,从而影响湿地的净化性能[5-11]。人工湿地内水流流态十分复杂,受包括出水口高度在内的湿地结构、布水方式以及填料粒径和装填方式等诸多因素的影响[12-22]。目前关于人工湿地内水流流态的分析研究工作还较少,一定程度上限制了人工湿地处理效率的提高,不利于该项技术的合理使用和不断发展。本文通过示踪剂实验,采用反应器理论中的停留时间分布(RTD)对不同出水口高度下垂直流人工湿地内的水流流态进行了分析,以期为垂直流人工湿地的运行管理和优化设计提供科学依据。1实验材料与方法1.1实验材料与装置实验所用人工湿地装置的长宽高分别为1.0m、0.5m和0.8m。湿地填料装填方式如图1所示。填料装填体积为0.25m3,总高500mm,平均孔隙率为0.320