新薛河人工湿地运行效果和主要影响因素研究

论文摘要

南四湖流域由于多年来围垦圈圩等人类无序活动的干扰以及流域污染物排放,导致流域内结构性污染严重,湖水水质污染严重。点源、面源污染使南四湖的自然生态环境受到了严重破坏,湖滨湿地面积大大减少,湖泊的生态功能退化。随着南水北调东线工程调水日期的日益临近,南四湖面临着严峻而紧迫的输水工程水质保障任务,国家对南水北调东线工程的水质要求是:2010年输水干线全线持续稳定达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅲ类水质标准的要求。经过几年来的综合治理,南四湖湖泊水质已经得到了一定的改善,但距国家调水水质目标要求仍有一定的距离。本课题来源于国家水体污染控制重大专项“南四湖退化湿地生态修复及水质改善技术与示范课题”（编号2009ZX07210-009）。以新薛河人工湿地为研究对象,通过近一年的现场调查和实验,研究新薛河人工湿地自构建以来对河水中污染物的处理效果,以及因素的变化对处理效果的影响,并通过人工湿地模型的构建,对湿地的运行参数进行优化,为人工湿地的优化运行从而使湿地达到更好的出水水质打下基础。本文的研究成果如下:1.通过近一年的新薛河人工湿地的现场调查和实验,分析了微山县环保局历年的监测数据和本次实验的监测数据。分析结果表明,新薛河人工湿地对污染河水有较好的净化效果,COD（5月份除外）和氨氮（10、11月份除外）的出水浓度基本达到了地表Ⅲ类水质标准;污染物的浓度沿着工艺流程逐渐降低,由于基质释放磷的原因,导致五级湿地总磷的出水浓度高于四级湿地的出水浓度;随着温度的升高COD的去除率波动较大、氨氮的去除率明显提高、总氮的去除率缓慢提高、总磷的去除率有缓慢提高的趋势,随着进水浓度的增大COD的去除率增大、氨氮的去除率有增大的趋势、总氮的去除率先平稳后小幅度降低;人工湿地中COD和氨氮的进水浓度逐年降低,污染物的去除率也逐年降低。DO沿工艺流程变化并不明显,其值比较稳定,湿地中水体的pH值是中性略偏碱性。2.人工湿地污染物的去除率受很多因素的影响,运用回归分析理论建立数学模型模拟人工湿地的去污过程,确定污染物去除率与进水浓度、水温、进水流量间以及去除率与湿地面积间的相关关系。研究结果表明,氨氮的去除率与水温呈显著的正相关,与进水流量呈显著的负相关,总氮的去除率与水温呈显著的正相关,COD的去除率与COD进水浓度呈显著的正相关,COD、氨氮、总氮的去除率分别与湿地面积的回归关系符合二次曲线的关系,即与气温较低的春冬季节相比,人工湿地在夏秋季节更适合处理氨氮浓度和总氮浓度较高的污染河水,适当的减少湿地的进水流量是提高氨氮去除率的有效方法,减少人工湿地进水COD浓度是降低人工湿地的出水COD浓度一种有效方法。应用本文得到的回归方程,通过简单的计算即可对给定条件下人工湿地系统的净化效果进行预测。3.针对新薛河人工湿地的进出水数据建立了BP神经网络模型,模型采用一个输入层、一个隐含层、一个输出层的三层神经网络,隐含层包括17个节点,输入层选取进水端具有代表性的5个参数组成,输出层由3个主要出水指标组成。模型建立后,把经过筛选的前16组数据带入模型进行训练,并用后4组数据对网络进行验证。结果表明,基于BP人工神经网络人工湿地神经网络模型可以反映出人工湿地工艺对污染物的去除特点,对出水的预测结果与实测出水的误差相差不大,神经网络模型具有较好的泛化能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 人工湿地技术概述
• 1.2.1 人工湿地的定义
• 1.2.2 人工湿地的分类
• 1.2.3 人工湿地的主要组成部分
• 1.2.4 人工湿地的污染物去除机理
• 1.2.5 人工湿地技术的优缺点
• 1.2.6 人工湿地的国内外发展历史
• 1.3 论文的研究目的与意义、主要内容与技术路线及课题来源
• 1.3.1 研究目的与意义
• 1.3.2 主要内容与技术路线
• 1.3.3 课题来源
• 第2章 新薛河人工湿地设计概况以及实验概况
• 2.1 新薛河人工湿地设计概况
• 2.1.1 工程选址
• 2.1.2 工艺流程
• 2.1.3 主要单元设计
• 2.1.4 设计进水水质与进水流量
• 2.2 实验概况
• 2.2.1 实验目的和内容
• 2.2.2 实验方法及实验仪器
• 2.2.3 数据处理方法
• 第3章 新薛河人工湿地运行效果研究
• 3.1 新薛河人工湿地进出水水质
• 3.2 人工湿地对污染物的沿程去除效果
• 3.2.1 COD 的沿程去除效果
• 3.2.2 氨氮的沿程去除效果
• 3.2.3 总氮的沿程去除效果
• 3.2.4 总磷的沿程去除效果
• 3.3 温度的变化对去除效果影响
• 3.4 进水浓度的变化对去除效果影响
• 3.4.1 进水浓度的变化对COD 去除效果影响
• 3.4.2 进水浓度的变化对氨氮去除效果影响
• 3.4.3 进水浓度的变化对总氮去除效果影响
• 3.5 年际的变化对去除效果影响
• 3.6 DO 和PH 值随工艺流程的变化
• 3.7 本章小结
• 第4章 人工湿地污染物去除率主要影响因素优化
• 4.1 回归分析理论概述
• 4.2 污染物去除率与进水浓度、水温、进水流量的关系研究
• 4.2.1 数据的选取
• 4.2.2 氨氮去除率与进水浓度、水温、进水流量的关系研究
• 4.2.3 总氮去除率与进水浓度、水温、进水流量的关系研究
• 4.2.4 COD 去除率与进水浓度、水温、进水流量的关系研究
• 4.3 污染物去除率与湿地面积的关系研究
• 4.3.1 数据的选取
• 4.3.2 氨氮去除率与湿地面积的关系研究
• 4.3.3 总氮去除率与湿地面积的关系研究
• 4.3.4 COD 去除率与湿地面积的关系研究
• 4.4 回归方程的应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于人工神经网络人工湿地运行效果研究
• 5.1 人工神经网络简介
• 5.2 训练样本的选择以及预处理
• 5.2.1 训练样本
• 5.2.2 训练样本的归一化
• 5.3 网络的拓扑结构
• 5.3.1 输入输出层数的确定
• 5.3.2 隐含层节点数的确定
• 5.4 网络参数的确定
• 5.4.1 节点转移函数的选择
• 5.4.2 学习算法的选择
• 5.4.3 动量项系数确定
• 5.4.4 学习率的确定
• 5.5 网络的训练与验证
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 不足和建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研工作
• 1 发表的学术论文
• 2 进行的科研工作
• 致谢