人工湿地技术是一项建造和运行费用低、水质净化效果较好的污水资源化生态工程技术,其水力学因素对于系统处理效果的影响较大,而国内对于人工湿地系统内部机理,特别是对水力学方面的研究较少。目前湿地的构建设计往往主要借助传统经验公式和实际工程经验,影响了人工湿地净化功能的有效发挥。为此本文对人工湿地系统的重要水力学问题和优化设计进行了较全面地研究,并提出了新型的优化设计方法。 在总结了国内外湿地研究的基础上,研究表明了IVCW系统相对于其他类型人工湿地系统在污水处理效果和卫生条件、占地面积等方面的优越性,还分析了水力学因素包括污水水力负荷、水力停留时间、系统水深等对湿地系统处理效果的影响,进而通过试验数据重点讨论了水力停留时间和堵塞的问题,最后确定了IVCW系统一级反应动力模型的重要参数即去除速率常数k的值。然后,引入了三个重要的而目前被研究较少的人工湿地系统的计算模型即Monod反应动力学模型、Ergun公式水流流动模型、离散型水流流动模型;通过IVCW中试系统的试验数据,表明了离散型水流流动模型在IVCW系统中的良好的预测性和可行性。 最后,在传统设计方法的基础上,提出了应用上述三种计算模型在各种类型湿地系统设计计算过程中的具体水力学优化方法。重点介绍了Ergun公式水流流动模型、Monod反应动力学模型在潜流式湿地系统设计优化应用和离散型水流流动模型在复合垂直流湿地系统设计方法上的应用,同时总结了IVCW系统有别于传统设计的步骤和方法,为今后复合垂直流湿地建造和应用提供设计参数优化和设计方法的参考。 以上研究可为人工湿地优化设计和高效运行提供参考,有助于人工湿地技术在污水处理实践中得到合理、有效地运用和不断发展。