人工湿地去除重金属的动力学研究

论文摘要

湿地系统对重金属具有持续有效的脱除能力,同时,湿地系统处理重金属废水是一个比较新的研究课题。人工湿地去除重金属相关动力学模型的探索和研究的不到位或不够深入,使得湿地工程在实际构建和运行过程中缺少相应的指导和优化。本文在已有人工湿地动力学模型的基础上,通过实验研究人工湿地去除重金属的动力学模型,为人工湿地的优化设计和高效运行提供进一步的理论支持和参考,有助于人工湿地在处理含重金属废水的实践中得到合理、有效的运用和不断的发展。系统水力停留时间分布是影响污染物去除的一个重要因素,本研究对实验所建两个湿地芦苇床进行了系统停留时间分布实验,对实验结果进行了多釜串联模型和轴向扩散模型的模拟,分析了系统的非理想性。拟合结果显示,碎石芦苇床在流量为65L/h和60L/h时,焦炭芦苇床在流量为40L/h和50L/h时,拟合效果相对较好。对实验构建系统进行重金属废水进水实验,对实验所得数据进行Langmuir和Freundlich方程拟合,结果表明焦炭系统的拟合效果较好,碎石系统则无法用Langmuir和Freundlich方程拟合。一级动力学模型拟合结果显示,除金属Pb的去除不符合一级动力学模型外,金属Zn和金属Cu的一级模型拟合效果都比较好,得到Zn的一级动力学模型体积去除率常数为0.2326(焦炭床)和0.1222(碎石床);Cu的则为0.2017(焦炭床)和0.3739(碎石床)。同时也引入了更符合微生物反应规律的Monod模型,并将它用于潜流式人工湿地系统的水力负荷和水力停留时间这两个重要的水力学参数上,所得关系式对湿地系统的正常运行有非常重要的现实指导意义。湿地植物在系统处理重金属废水过程中具有直接吸收和间接促进作用,对比实验结果显示,种植有芦苇的湿地系统对重金属的去除率和没有种植芦苇的湿地系统相比有明显的增加。对焦炭芦苇床,Cu、Zn、Pb去除率分别增加了24.49%、17.27%、2.58%;对碎石芦苇床,Cu、Zn、Pb去除率分别增加了26.36%、10.51%、0.98%。最后,在总结已做工作的基础上,简要讨论了进一步的工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 重金属废水处理工艺现状
• 1.3 人工湿地在重金属废水处理中的应用
• 1.3.1 人工湿地系统概述
• 1.3.2 国内外人工湿地系统处理重金属废水现状
• 1.3.3 人工湿地系统去除重金属的作用机理
• 1.4 人工湿地的主要数学模型
• 1.4.1 衰减方程
• 1.4.2 一级动力学模型
• 1.4.3 Monod动力学模型
• 1.4.4 生态动力学模型
• 1.4.5 其它模型
• 第二章 停留时间分布实验研究及模型模拟
• 2.1 实验湿地系统地构建
• 2.2 停留时间分布实验
• 2.2.1 示踪剂的选择
• 2.2.2 床层空隙率的测定
• 2.2.3 实验分析方法
• 2.2.4 实验安排
• 2.3 实验误差分析
• 2.4 各床层停留时间实验结果和分析
• 2.5 实验结果的模型模拟
• 2.5.1 多釜串联模型在停留时间分布上的应用
• 2.5.2 轴向扩散模型在停留时间分布上的应用
• 第三章 重金属废水动态处理及模型研究
• 3.1 实验方法与结果
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验测定方法和分析仪器
• 3.1.3 实验结果
• 3.2 实验湿地系统计算模型研究
• 3.2.1 等温吸附模型的研究
• 3.2.2 一级动力学模型的研究
• 3.2.3 Monod模型的研究和应用
• 第四章 芦苇对重金属的吸收及在湿地系统中的作用
• 4.1 实验方法和样品分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 植物各器官干重金属含量分析
• 4.2.2 芦苇在去除重金属湿地系统中的作用
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果