基于三維流場數(shù)值模擬的生態(tài)浮床系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用.pdf

1、改革開放以來，隨著城市化和經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)廢水和生活污水產(chǎn)量不斷增加，水處理設(shè)施建設(shè)卻嚴(yán)重滯后，大量的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)處理直接排入河湖水體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了部分水域的自凈能力，氮、磷營養(yǎng)元素富集，導(dǎo)致營養(yǎng)鹽濃度過高，使水質(zhì)惡化，造成水體富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化會破壞水體生態(tài)平衡，降低生物多樣性;危害人體健康;加劇水資源危機，引發(fā)水質(zhì)型缺水并影響社會經(jīng)濟與發(fā)展。
　　生態(tài)浮床技術(shù)基于無土栽培，以浮力材料或輕質(zhì)材料為載體，在富營養(yǎng)化

2、水體水面上種植高等水生植物或改良的陸生植物;通過基質(zhì)的吸附作用、植物根系生長吸收以及根系生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑，消減污染水域中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，實現(xiàn)水質(zhì)凈化。
　　本論文通過浮體材料的選擇與試驗、結(jié)構(gòu)框架的測試，設(shè)計出一款立體三層結(jié)構(gòu)的生態(tài)浮床結(jié)構(gòu);根據(jù)浮床栽種植物的有利因素，著重對三種水生植物黃菖蒲、千屈菜和美人蕉進(jìn)行特性分析，對這三種植物在不同水力停留時間內(nèi)對TN、TP的去除效率進(jìn)行靜態(tài)小試試驗。利用Visual MODFL

3、OW對水體在生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)部的水流狀態(tài)進(jìn)行模擬，模擬不同水動力條件下，水質(zhì)點在生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)的流速和停留時間。再根據(jù)靜態(tài)小試試驗結(jié)果比選出不同水動力條件下最優(yōu)浮床設(shè)計規(guī)模，并進(jìn)行結(jié)果測試驗證，為野外生態(tài)浮床工程方案設(shè)計提供科學(xué)的技術(shù)依據(jù)。
　　浮體材料選用直徑10cm，孔徑1.5cm的硬質(zhì)泡沫浮球。經(jīng)試驗浮球在水中反復(fù)周期的冰凍和融化能承受破壞，結(jié)構(gòu)基本無影響，作為生態(tài)浮床的浮體材料能長期穩(wěn)定的漂浮于水面中，能耐受住低溫，具有一定

4、的抗凍性。采用雙向拉伸塑料土工格柵作為支撐框架。經(jīng)初步結(jié)構(gòu)試驗分析采用土工格柵作為框架的雙層浮床要比單層浮床的浮力大，且浮球個數(shù)越多，所能承受的重量就越大。綜合考慮剛性浮床浮體結(jié)構(gòu)單一、消能性能差、以及經(jīng)濟成本，提出了一種復(fù)合功能三層空間柔性生態(tài)浮床結(jié)構(gòu)。浮床整體主要由土工格柵、浮球、土工布等構(gòu)成。通過植物的特性分析，千屈菜、黃菖蒲和美人蕉三種水生植物生長期較長則水質(zhì)凈化期長，耐污性能強，植株成熟期具有獨特優(yōu)美的景觀效果，故選定這三種作

5、為浮床種植植物。對選用黃菖蒲、千屈菜和美人蕉進(jìn)行靜態(tài)小試試驗，結(jié)果表明美人蕉、千屈菜和黃菖蒲這三種植物在試驗期間內(nèi)（5～6天內(nèi)）對TN、TP有良好的去除效果。
　　利用Visual MODFLOW模擬生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)流場平均運行速度，結(jié)果表明當(dāng)水質(zhì)點的平均速度為0.21m/d時，最佳布置1個浮床單元，浮床上共栽種250株植物;當(dāng)平均速度為0.43m/d時，最佳布置1個浮床單元，浮床上共栽種250株植物;當(dāng)平均速度為4.35m/d時，