1、近些年鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展迅速、城鄉(xiāng)人口不斷聚集，使得水環(huán)境和水生生態(tài)系統(tǒng)遭到了一定程度的破壞，污水產(chǎn)生量也隨之不斷增加。水污染嚴重是我國目前實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展利用水資源的難題之一。因此，為保護水資源，促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，如何有效治理廢水污染是亟待解決的問題關(guān)鍵所在。
　　目前，我國用于解決水體污染的各種治理方法層出不窮。例如被廣泛采用的人工濕地系統(tǒng)處理工藝，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，雖然該技術(shù)目前已經(jīng)獲得了大量的試驗數(shù)據(jù)及經(jīng)驗參數(shù)，但是在實際

2、工程項目中，該技術(shù)還存在很多問題，如占地面積大、易受水力負荷及布水方式影響、易產(chǎn)生堵塞飽和等。
　　因而，本研究針對目前人工濕地存在的主要問題，結(jié)合實際情況，將曝氣工程與人工濕地進行組合，適當改進，構(gòu)建了人工曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)，在國內(nèi)外研究基礎(chǔ)上，針對嘉興石臼漾水廠水源生態(tài)濕地示范工程中的義莊河河道人工生態(tài)微孔曝氣工程的特性，首次嘗試利用基于計算流體動力學(xué)(CFD)的數(shù)值模擬方法進行模擬與分析。
　　通過對液固兩相混合物湍流模

3、型與活性污泥2號模型的分析與耦合，建立了河道液-固兩相湍流反應(yīng)動力學(xué)模型，對各污染物進行建模，實現(xiàn)了對河道內(nèi)水質(zhì)濃度場分布的模擬與研究，并結(jié)合實際測量數(shù)據(jù)驗證了模型的準確性;同時還針對該人工生態(tài)曝氣工程探討了曝氣器外圍速度場的演變過程及其基于多相流的曝氣過程，結(jié)合速度矢量圖，氣相體積分數(shù)分布云圖等綜合考慮溶解氧濃度對系統(tǒng)的影響，為進一步確定該系統(tǒng)優(yōu)化方向及最佳工藝參數(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，取得了如下主要成果:
　　(1)針對目前

4、人工濕地存在的主要問題，結(jié)合實際情況，以嘉興市石臼漾水源生態(tài)濕地工藝項目為依托，將義莊河道曝氣工程與人工濕地進行組合，適當改進，構(gòu)建了人工曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)，并對其構(gòu)造、凈化機理及水力學(xué)特性進行了分析。
　　(2)對嘉興石臼漾水廠水源生態(tài)濕地示范工程中義莊人工曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)的安裝背景資料作了簡要概述，將該工程曝氣模型進行一定程度的簡化。
　　(3)通過對液固兩相混合物湍流模型與ASM2模型的分析與耦合，建立河道液-固兩相湍流

5、反應(yīng)動力學(xué)模型，找出Fluent中各源項的共同點，即為各組分的實際反應(yīng)速率與Fluent中的各源項可以相互轉(zhuǎn)換，對各污染物進行建模，實現(xiàn)了對河道內(nèi)水質(zhì)濃度場分布的模擬與研究，同時結(jié)合實際測量數(shù)據(jù)驗證模型。雖然模擬與實測結(jié)果在相比之下存在一定的偏差，但該模型的模擬結(jié)果基本能反映出水質(zhì)濃度隨時空變化的總體特征，也可將模型進行進一步優(yōu)化研究。
　　(4)通過對穩(wěn)態(tài)進水條件下水質(zhì)的模擬，可知河道內(nèi)有良好的好氧和缺氧交替環(huán)境，硝化和反硝化進

6、行順利，其中氨氮、總磷水質(zhì)提高了一個類別，總氮的去除效果明顯，但由于其進水絕對數(shù)值太高，未能達到提高一個類別的目標，同時也說明了工程河道現(xiàn)有運行狀態(tài)良好，具有一定的抗沖擊負荷能力，本模型模擬出的各指標模擬值均高于實測值，相對誤差除氨氮以外，其余指標的相對均控制在10％以內(nèi);通過對動態(tài)進水條件下水質(zhì)的模擬，得出了同一橫斷面上各點濃度平均值隨時間變化的分布結(jié)果和不同位置處水質(zhì)濃度的模擬值與實測值的對照圖，可以看出模擬結(jié)果與實際測量值基本吻合

7、，各污染物水質(zhì)濃度在時間上和空間上的分布及變化趨勢基本一致，但仍存在一定的偏差，在靠近曝氣管道的區(qū)域，COD、總磷及氨氮的濃度都有較為明顯的下降，然而總氮濃度的下降趨勢并不明顯，從污染物的垂直分布特征來看，在該曝氣區(qū)域內(nèi)河道污染物在深度0-50cm之間濃度普遍較高，表層以下濃度逐漸下降，50-100cm間污染物濃度下降幅度較大，隨后濃度波動較小。
　　(5)采用與耦合模型相同的模型結(jié)構(gòu)簡化方案，探索液氣兩相流模型應(yīng)用于該系統(tǒng)的模擬

8、結(jié)果，在GAMBIT和FLUENT的軟件平臺上建立了液氣兩相流模型，通過分析系統(tǒng)內(nèi)部不同截面的壓力場，速度場，氣相體積分布的變化，反映了在該人工生態(tài)曝氣工程的運行情況下對水體流場引起的變化，與第三章水質(zhì)濃度凈化結(jié)果對比可知，在靠近曝氣管道的區(qū)域，水體的流動更為劇烈，壓力變化更為明顯，氣相體積分數(shù)更高，污染物濃度有較為明顯的下降，得出若需提高曝氣充氧效果，提升系統(tǒng)凈化效率，應(yīng)當布置合理的曝氣管道結(jié)構(gòu)，盡可能多的增加水體的流動，這為進一步探