模块化人工湿地的水力效率研究

摘要

传统的潜流式人工湿地主要利用卵石、砾石、炭渣等填料构建,存在着施工成本高、易堵塞和适应性低等问题。为了解决潜流式人工湿地存在的问题,设计了一种人工湿地模块,于2019年5月至10月,在上海市中国水产科学研究院池塘生态工程研究中心实验基地,构建了模块化人工湿地;采用脉冲示踪剂分析法,在植物种植、布水方式和水力负荷的6种组合方式下,研究了示踪剂在模块化人工湿地中的水力停留时间分布密度和模块化人工湿地的水力效率。研究结果表明,在模块化人工湿地中,植物根系易形成“滞水区”,减小了模块化人工湿地的有效体积比,缩短了平均水力停留时间,使模块化人工湿地水力效率增大;布水方式对模块化人工湿地的水力效率影响很大,与中间集中进水和侧表面均匀进水的布水方式下的水力效率相比,在全横断面均匀进水的布水方式下,模块化人工湿地的水力效率分别提高了155.60%和17.06%,进水水流分布越均匀,模块化人工湿地系统内的水流态越接近理想推流态;随着模块化人工湿地中水力负荷的增加,水流速度增大,植物根系对水流的滞留作用减弱,水流停留时间产生的影响减弱,模块化人工湿地系统达到稳定的时间和最大浓度的时间缩短,但是超过最小水力停留时间后,其水力效率迅速减小;与传统推流式和波流式人工湿地相比,模块化人工湿地中种植的植物、布水方式和水力负荷对其水力效率有显著影响。