人工湿地处理废水有机物动态模型的

人工湿地处理废水有机物动态模型的研究摘要：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。关键字：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135-145sm，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，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29.63mg／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)。幕罚表生1痛夺案夏季、冬季风闪车草湿地降兼解蹄CO锹D梅的询5喇个川k述值周序号师Y桶o讨(摇mg·L吉-1泊)屋Y俱t至(嫂mg·L焦-1蛮)蒜K/d筐-1在夏季绣冬季哀夏季歌冬季委夏季里冬季逗1吩86.26押196.32槐35.07稀44.93槽0.2999月0.4915蕉2崖255.13橡345.68守55.24版81.21渗0.5101胃0.4829五3宋651.38亏582.44惩108.58奔147.72孙0.5972闯0.4573辨4捉983.38姨677.15妙112.90弦200.92游0.7215呀0.4050洁5纷1440.1柿8边1002.8肌2笔163.67喘230.39伍0.7250喉0.4903碧注春：内①咽停留时间论为姨3蜜d晒，透k棵按著Y宝t俘=Y射o孔·e哨(-能k睬θ妖)汁计算紧；美②川水力负荷拜为雷120能L有／体(飞m唐2吼·d视)赔，平均有机负孕荷从低到高依朋次为柔：塔16.9验5特，予36.0各4捆，救74.0难2裕，焰99.6柜3帽和呀146.58醉g煤／让(蛾m瓜2婆·d初)翻。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的影响郑价冠则冬、夏季湿地垮去才除椅CO地D貌服从指数方程母规律。将风车下草湿地夏季、晃冬季停留时间吹等施于铜3母d盼时晴Y扩o锐和律Y济t表，份的耐5砌组测定结果分银别代人指数方贼程以Y肯t移=Y任o嘱·e浆(-拳k逗θ规)维，获得夏季、吐冬季风车草湿姿地降邻解爹CO龄D扬的秘5征个经k页值，见上表慢1床。兔妈润滑根据晃表撞1甜中挨Y缩o剑与狱k据的对应关系，尾可以分别求出服冬、夏况季弟CO奋D楚的降解系失数钻k(d拖-1工)烈与进纯水险CO据D应的质量浓务度纸(还Y冠o接，这m岁g麻／而L舌)倘的回归方程，奉分别为云：患腔夏季歉：届k=0.00桌03Y传o易+0.372贪7巩，路r=0.90奸1快9些底(1)研执冬季杯：剩k=-0.0荒0002Y蔽o+0.47薄9居1闹，罪r=0.20膜8训3谦悄裁(2)峰4.2恳头温度元对班CO稼D深降解系袍数对k纺的影响吴瞧淋座将屑4筐个进俩水蠢CO恶D萌的质量浓度医：逗490.35阳,867.0分7怨，倾983.3愈8偷和泊1440.2敲0m懂g诱／素L分，依次代入冬雾季伍k慢与拥Y惹o宽的关系灶式岭k=-0.0醉0002狡Y投o以+0.479哭屿1遥，可估算松出饼4秤个科k者，依次是持：高0.469舅3株，援0.461症8港，袖0.459略4选和阀0.450砖3d今-1奋。同理，将上惑述绘4因个进久水乘CO平D凡值代入夏能季壳k田与胶Y判o告的关系停式贫k=0.00孕03Y隶o牲+0.372川租7狗，求浴出偶4四个相应茄的胀k廊，依次是补：毛0.519多8殊，缘0.632奇8摊，督0.721条5荒和漆0.725兰0d俊-1瘦。道沈摘国桨端假设在同一进粥水浓度下番，览k炒与温度成线性刊关系，根据上弹述敏4杰种进水浓度下玉，冬、夏季忽各踪4阻个获k阻值，以及冬、材夏季气钟温芝(就分别葛为帅17.顿9共℃凯和环27.旬2诵℃霜)伶，可以分别求爷出上鲜述桥4旅种进水浓度下撤，敢k狗随温趁度象θ羞(革℃禁)危变化的直线方命程，见奇表举2丸。谈辫表端2每塘柿A完随温度日变化逢的估算方程术Y默o旬/课（肾mg·L德-1宵）伪θ土1率/敢℃肥K笑1堪/d促-1询θ木2战/猛℃朋K哪2莫/d拣-1故估算方程都490.35笋17.9毅0.4693策27.2隙0.5198窜K=0.00霉5可4调θ衫+0.372已6茶867.07板17.9台0.4618赵27.2舰0.6328漂K=0.01鄙8虹4胡θ跑+0.132督4光983.38子17.9慎0.4594猎27.2肥0.7125热K=0.02冰8代2剥θ弯-0.045杜4瓜1440.2滥0怠17.9乞0.4503体27.2璃0.7250联K=0.02筑9妹5俩θ校-0.077衔8借简仅贺根据蝇表序2丰的膨4驾种不同进水浓泡度下瓦、室k继随温利度狂θ累变化的估算方宰程，可以计算递出秋场季漆(恋温摆度层21.题4烂℃焰)谊、上子述售4谈种进水浓度下鞭的婶CO隐D沃降解常芳数毁&政值分别为陶：躬0.488孩2粥，坝0.526体2求，尘0.558误1蒜和霞0.553旷5d暮-1录。同理，可以指计算出春宴季辛(穿温屡度搜23.峡8芳℃扁)渣、上碎述讽4据种进水浓度下旅的色CO生D染降解常数秃值旱分别为亮：息0.501只1丛，厨0.570扮3色，爽0.625古8挂和隐0.624佩3d鬼-1矮。领折氧餐这样秘，麻4久种进水浓度餐、降4碧个季桂节沫(歉温宇度卫)五下人工湿地表的严CO那D窑降解常数无值故汇总在粱表差3利。母嘉表横3眨症真不同温墙度匹(9棋)某风车草人工湿晶地桥的虎CO京D漆降解常数简进元水毒ρ跳(COD请)楼／卷(朱mg.L污-1脆)盯不同温苗度狮CO依D痰降解常毫数遥k/d秤-1债坊冬您季烦(17.内9柜℃毅)兄秋栋季拔(21.课4吊℃纱)矿春放季乎(23.辉8斩℃巴)择夏蝶季劝(27.奶2横℃木)袭

次0.4693惰0.4882酱0.5011译0.5198子867.07驰0.4618芒0.5262此0.5703累0.6328撕983.38椅0.4594套0.5581恰0.6258经0.7215姻1440.2衣0哀0.4503戒0.5535动0.6243匪0.7250璃4.3CO胁D壤降解常淋数步k档的估算模型攻讯锤营根据蝶表瓦3盐中进水浓度抢与主k葬的对应数据，戏可以作出不同段温度下级，全k亲与进水浓度之床间的关系图，仍如矛图魄2极所示。茶图怨2睡表明：冬季低壮温环境下，进努水浓度提高兼，畜k免则减纸小祖(横θ摇1奶)夜；其它高温季云节环境下哑，强k美随进水浓度提消高而增赛大仅(饼θ撇2孙，声θ怕3欣和励θ学4嘉)器。拉仓礼凑图较2光中，不同温度晓下驾，黎k派随进水浓度变愁化的回归方程转分别为：绵初称萌方造程辆θ斥1挑：旬k=0.47涂91-(2×倚10讲-5勤)y霉o盏，哗r=1.00济0广0程幻郊(3)录方乡程续θ乔2睁：荒k=0.46先56+(7×肥10显-5捐)y质o理，透r=0.84乓8饲9到头诉(4)镇方主程统θ密3重，化k=0.45鞠63+0.0挺001y盆o藏，厦锣r=0.8希73乒5忠伟武(坏5)激方卷程妥θ夏4察：漂k=0.44剪32+0.0假002y俘o芦，悠灶r=0.8换85躲6碌征候(威6)金上牛述垮θ灭1晋—θ限4奇的斤4郑个方程可尿用阳k=a+by唤o遥来表示，方程郑中韵a驶值与温度关系配见精图杂3脏，佳b急值与温度关系田见增图漫4贿。梳凉符励图巾3让、征图及4伪可见蝶，搁a他值随温度上升握而下降，京而追b赶值随温度上升里而增加，其回打归关系为：压介胞a=0.54榆82-0.0木039娇心θ声，字r=1.00凉0粗0成渣鸟(7)杯沙见证蜻b=0.0污004+(2垮×10遮-5脂)喉θ悔，尽r=0.99终2恩4肿妖(8)召摄雀镜茄盾改将膏式抓(7贝)既和级式楚(8尊)它代极人弃k=a+by匙o朱中，彼则察k崭与进水浓度的让关系式变为：越记鞭捎搂这k=(-0左.003魂9卖θ味+0.548咳2)+[(2叼×10属-5槽)忙θ塑-0.000您4]y姨o聋。溪削(9)活翁信戒鞭若因式储(7隙)侄用叫a=a岸1纯θ尘+a言2油来表示，茎则税a企l送=-0.00罪3毫9监，利a杯2担=0.548栗2掀夹于泼贷同理，若盟式盖(8升)负用尊b=b罢1尚θ邮+b梢2搏来表示，挨则西b睛1给=2×10滔-5孔，超b疮2狭=-0.00病04事捏脏地寄卷将口k=a+by和o令代秀入掏y啦t寻=y紧o济exp(-k拐t丢)手，掩惜堆驾勺则吊：贪y活l柜=y旱o液exp[-(井a+by叹o搜)t痛]戒，再屡将爽a=a腿1另θ焦+a担2址和秋b=b共1忽θ脉+b馆2及代入泄，隙经虹节贼著则馆：责y丽1窃=y舅o治exp{-[螺(a筋1必θ葵+a赤2它)+(b宾1境θ快+b来2醉)y衫o们]t厅}附泛搁(10)脾求但骤净个式悔(10林)躲中涂：肠y瑞l痒为出吹水燕CO呈D栗的质量浓璃度没m禁g垒／昂L历；可y悉o飘为进省水唉CO健D疮的质量浓野度谁m甩g悔／责L芳；驳θ盗为温度假，场℃妹；联t璃为水力停留时嗓间圆，蜜d;a王1肃,a借2勇，相b索1菊和侄b恭2元均为系数直，系a密1刑=-0.00夸3兄9记，喊a洒2跳=0.548悲2谎，屑b根l遗=2×10父-5段，糕b杨2灰=-0.00命0岸4顷。筑愉蚕扮这样，通过眉式骗(10活)赤，也可以预测古出不同温度、飘进广水歉CO漏D键浓度和停留时云间下的风车草床人工湿地猪场裳废水处理的出累水汉CO毅D飞值。击5体扔实测与模拟结同果的比较蝴忍式涛(10太)皂是根据人工湿档地实际系统的病进水浓度和水烟力停留时间以锻及运行温度环穴境，预测出人晚工湿地的出水姥水质，式威中撑k泛是关键，其估脑算模型的精度凤见郊表旷4箩。瓦表重4疼犯身k怠式的准确性检喝验罚系统运行条件爸k殿K机1贫K觉1蕉误蛇差往/%侵进亿水炉ρ叔（慧CO苦D辽）浙=490.3骗5mg·L房-1蒸

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粥

塌17.柴9夜℃惰0.4693绳0.4578滥-2.45量21.都4躬℃家0.4882阀0.4785危-1.99莫23.婶8竞℃长0.5011炎0.4927筹-1.68喇27.意2辱℃死0.5198课0.5127绑-1.37唐进扫水桨ρ达（禾CO蓄D弄）摊=867.0辰7mg·L山-1穗

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