湿地水环境水力原位生物修复方法及效能研究

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湿地具有多种重要的生态功能与重大的社会经济价值,随着城镇化与工业化的快速推进,湿地水环境污染问题日益严重,对于污染湿地水环境的治理修复刻不容缓。大庆市龙凤湿地是我国最大的城中湿地,其水环境状况在大庆市资源开发、人类生活、农业生产的影响之下每况愈下,对龙凤湿地水环境进行改善修复迫在眉睫。本研究在现阶段水环境修复方法的基础之上,结合气升式反应器机理,开发出以水力驱动的可原位同步修复龙凤湿地水环境底泥及水体污染的有效方法。通过CFD模拟技术探寻了该反应技术内在的能量场及各相间扩散分布;通过小型反应装置模拟水力原位生物修复方法,根据水体及底泥各污染指标的降解效果确定了最佳的修复条件通过反应器试验对比普通曝气方法研究了该技术方法对于水体及底泥各污染指标的降解效能;。研究表明:流场中叶轮的转矩与流体的来流速度、密度、叶轮的内外径、高度、叶片翼型的基本参数(安装角、稠密度,相对厚度、)有关;流体在流经轴流叶轮时,压力在轴向上由下而上总体呈下降趋势,总体速度呈先上升后下降趋势,叶轮旋转对于局部压力场和速度场均有影响。流体压力呈径向对称分布,在叶轮进口处,压力由叶轮外部至内略有增大,在轴心处达到最大值,此时速度最小,在叶轮中部及出口,压力由外壁面至叶轮边缘逐渐减小,在出口轴心位置达到最小。流体速度在叶轮中部时最大。水力原位生物修复体系内流场在气体速度入口处速度最大,进入上升区域压力变小,速度变大,在液面处,气泡破碎,少量气泡随流体进入下降区继续流动。轴流叶轮和搅拌器的搅拌作用会影响流场流线,使得流动呈螺旋形。反应器底部主要以泥相为主;反应器中部,以水相为主,气相含量随着上流高度的增加逐渐增多。对水环境修复条件进行正交优化试验,得出曝气及搅拌时间是水体COD、TP降解效能、底泥厚度削减量与底泥G值增长率的主要影响因素,影响水体NH3-N和TN降解率的主要因素为曝气强度,影响底泥有机质削减率的主要因素为搅拌位置。本模拟试验得出水力原位生物修复方法对水环境修复的最佳条件组合为搅拌高度为5cm,时间为9小时,曝气量为6L/min。水力原位生物修复方法可有效改善水环境表观指标、降解有机污染物与营养盐,提升恢复水环境自我修复能力。试验后,水体透明度明显增加,底泥表面形成氧化层,底泥厚度削减量达到6.5cm。底泥有机质降解量达到27.33%,水体COD降解率达到80.9%;水体NH3-N、TN、TP降解率分别达到76.0%,79.0%,69.2%,水体溶解氧浓度提升至4.26mg/L左右;底泥微生物的可生物降解能力G值的增长率达到328.45%,水环境自净能力明显提升。
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