Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình hóa hệ thống đầm lầy hình thành từ dòng chảy ngang dưới bề mặt bằng OpenFOAM®
Tóm tắt
Quá trình làm sạch tự nhiên của các chất ô nhiễm là một trong những dịch vụ hệ sinh thái quan trọng mà các đầm lầy cung cấp. Hiện tượng xử lý tự nhiên này được khai thác bằng cách xây dựng các đầm lầy nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt. Có nhiều mô hình đầm lầy được phát triển trong quá khứ, từ các phân tích hồi quy đơn giản đến các hệ thống xác định phức tạp cao. Tuy nhiên, những mô hình này không phù hợp với yêu cầu vừa phải của các chuyên gia môi trường trong việc thiết kế các hệ thống đầm lầy thích hợp. Mô hình hiện tại mô phỏng hành vi động lực học của hệ thống đầm lầy dòng chảy ngang dưới bề mặt bằng cách xem xét động lực học không tuyến tính và vận chuyển chất ô nhiễm, được phát triển trong môi trường động lực học chất lỏng tính toán mã nguồn mở — OpenFOAM®. Sự chuyển động không tuyến tính của nước thải trong môi trường xốp được ghép nối với hiện tượng đa vật lý khuếch tán-nhồi-bị phân hủy của chất ô nhiễm với động lực học tỷ lệ phụ thuộc vào nhiệt độ. Phân tích độ nhạy của mô hình cho thấy rằng, các tham số hình dạng vật liệu lọc của van Genuchten
$$\alpha$$
, n, và hằng số phân hủy
$$\lambda$$
ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của các đầm lầy. Hơn nữa, mô hình rất hữu ích trong việc trực quan hóa các hồ sơ không gian-thời gian của các chất ô nhiễm và động lực học, điều này cuối cùng sẽ hướng dẫn các chuyên gia môi trường trong việc thiết kế tốt hơn cho các hệ thống đầm lầy xử lý.
Từ khóa
#đầm lầy nhân tạo #xử lý nước thải #OpenFOAM #động lực học chất lỏng #phân tích độ nhạyTài liệu tham khảo
Ahrens J, Geveci B, Law C (2005) ParaView: an end-user tool for large-data visualization, chap 36. In: Hansen CD, Johnson CR (eds) The visualization handbook. Elsevier, Burlington, MA, pp 717–731
Bear J (1972) Dynamics of fluids in porous media. Elsevier, New York 764p
Blumm J, Lindemann A (2003) Characterization of the thermophysical properties of molten polymers and liquids using the flash technique. High Temp High Press 35(36):6
Brovelli A, Malaguerra F, Barry D (2009) Bioclogging in porous media: model development and sensitivity to initial conditions. Environ Modell Softw 24(5):611–626
Faulwetter JL, Gagnon V, Sundberg C, Chazarenc F, Burr MD, Brisson J, Camper AK, Stein OR (2009) Microbial processes influencing performance of treatment wetlands: a review. Ecol Eng 35(6):987–1004
Giraldi D, de Michieli Vitturi M, Iannelli R (2010) Fitovert: a dynamic numerical model of subsurface vertical flow constructed wetlands. Environ Modell Softw 25(5):633–640
Greenshields CJ (2015) OpenFOAM-The Open Source CFD Toolbox-User Guide. OpenFOAM Foundation Ltd., version 2.4.0 edn. http://www.openfoam.org
Haberl R (1999) Constructed wetlands: a chance to solve wastewater problems in developing countries. Water Sci Technol 40(3):11–17
Hua G, Zhu W, Zhang Y (2010) A conceptual approach based on suspended solids to estimate clogging time in constructed wetlands. J Environ Sci Health Part A 45(12):1519–1525
Hunt P, Szögi A, Humenik F, Rice J, Matheny T, Stone K (2002) Constructed wetlands for treatment of swine wastewater from an anaerobic lagoon. Trans ASAE 45(3):639–647
Hyánková E, Kriška-Dunajskỳ M, Rozkošnỳ M, Sálek J (2006) The knowledge based on the research of the filtration properties of the filter media and on the determination of clogging causes. In: Proceedings of the 10th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control, pp 23–29
Imfeld G, Braeckevelt M, Kuschk P, Richnow HH (2009) Monitoring and assessing processes of organic chemicals removal in constructed wetlands. Chemosphere 74(3):349–362
Jasak H, Jemcov A, Tukovic Z (2007) Openfoam: a c++ library for complex physics simulations. International workshop on coupled methods in numerical dynamics. vol 1000, pp 1–20
Kadaverugu R (2015) Framework for mathematical modeling of soil-tree system. Model Earth Syst Environ 1(3):17. doi:10.1007/s40808-015-0017-2
Kadaverugu R, Shingare RP, Raghunathan K, Juwarkar AA, Thawale PR, Singh SK (2016) The role of sand, marble chips and typha latifolia in domestic wastewater treatment: a column study on constructed wetlands. Environ Technol 0(0):1–8. doi:10.1080/09593330.2016.1153156 (pMID: 26878342)
Khaleel R, Freeman E (1995) Variability and scaling of hydraulic properties for 200 area soils, hanford site. Westinghouse Hanford Company Report WHC-EP-0883
Kintel M, Wolf C (2014) Openscad. GNU General Public License, p GNU General Public License
Knight RL, Kadlec RH, Ohlendorf HM (1999) The use of treatment wetlands for petroleum industry effluents. Environ Sci Technol 33(7):973–980
Knowles P, Dotro G, Nivala J, García J (2011) Clogging in subsurface-flow treatment wetlands: occurrence and contributing factors. Ecol Eng 37(2):99–112
Kolditz O, Bauer S, Bilke L, Böttcher N, Delfs JO, Fischer T, Görke UJ, Kalbacher T, Kosakowski G, McDermott C et al (2012) Opengeosys: an open-source initiative for numerical simulation of thermo-hydro-mechanical/chemical (thm/c) processes in porous media. Environ Earth Sci 67(2):589–599
Langergraber G, Giraldi D, Mena J, Meyer D, Peña M, Toscano A, Brovelli A, Korkusuz EA (2009) Recent developments in numerical modelling of subsurface flow constructed wetlands. Sci Total Environ 407(13):3931–3943
Liolios KA, Moutsopoulos KN, Tsihrintzis VA (2012) Modeling of flow and bod fate in horizontal subsurface flow constructed wetlands. Chem Eng J 200:681–693
Mara D (2013) Domestic wastewater treatment in developing countries. Routledge, Sterling, VA
Mualem Y (1976) A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resour Res 12(3):513–522
Naz M, Uyanik S, Yesilnacar MI, Sahinkaya E (2009) Side-by-side comparison of horizontal subsurface flow and free water surface flow constructed wetlands and artificial neural network (ann) modelling approach. Ecol Eng 35(8):1255–1263
Nivala J, Knowles P, Dotro G, García J, Wallace S (2012) Clogging in subsurface-flow treatment wetlands: measurement, modeling and management. Water Res 46(6):1625–1640
Orgogozo L, Renon N, Soulaine C, Hénon F, Tomer SK, Labat D, Pokrovsky OS, Sekhar M, Ababou R, Quintard M (2014) An open source massively parallel solver for richards equation: mechanistic modelling of water fluxes at the watershed scale. Comput Phys Commun 185(12):3358–3371
Qadir M, Wichelns D, Raschid-Sally L, McCornick PG, Drechsel P, Bahri A, Minhas P (2010) The challenges of wastewater irrigation in developing countries. Agric Water Manag 97(4):561–568
R Development Core Team (2008) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. http://www.R-project.org, ISBN 3-900051-07-0
Rousseau DP, Vanrolleghem PA, De Pauw N (2004) Model-based design of horizontal subsurface flow constructed treatment wetlands: a review. Water Res 38(6):1484–1493
Schöberl J (2004) Netgen-4.3. Reference Manual, January
Simunek J, van Genuchten MT, Sejna M (2008) Development and applications of the hydrus and stanmod software packages and related codes. Vadose Zone J 7(2):587–600
Stein O, Towler B, Hook P, Biederman J (2007) On fitting the kc* first order model to batch loaded sub-surface treatment wetlands. Water Sci Technol 56(3):93–99
Sun G, Zhao Y, Allen S (2005) Enhanced removal of organic matter and ammoniacal-nitrogen in a column experiment of tidal flow constructed wetland system. J Biotechnol 115(2):189–197
Tang X, Eke PE, Scholz M, Huang S (2009) Processes impacting on benzene removal in vertical-flow constructed wetlands. Bioresour Technol 100(1):227–234
Tanner CC, Clayton JS, Upsdell MP (1995) Effect of loading rate and planting on treatment of dairy farm wastewaters in constructed wetlands I. removal of oxygen demand, suspended solids and faecal coliforms. Water Res 29(1):17–26
Toscano A, Langergraber G, Consoli S, Cirelli GL (2009) Modelling pollutant removal in a pilot-scale two-stage subsurface flow constructed wetlands. Ecol Eng 35(2):281–289
van Genuchten M (1980) A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci Soc Am J 44:892–898
Vymazal J (2005) Horizontal sub-surface flow and hybrid constructed wetlands systems for wastewater treatment. Ecol Eng 25(5):478–490
Vymazal J (2008) Constructed wetlands for wastewater treatment: a review. In: Proceedings of Taal 2007: The 12th World Lake Conference. pp 965–980
Vymazal J (2009) The use constructed wetlands with horizontal sub-surface flow for various types of wastewater. Ecol Eng 35(1):1–17
Wen-Ling Z, Li-Hua C, Ouyang Y, Cui-Fen L, Xiao-Dan T (2011) Kinetic adsorption of ammonium nitrogen by substrate materials for constructed wetlands. Pedosphere 21(4):454–463
Wynn TM, Liehr SK (2001) Development of a constructed subsurface-flow wetland simulation model. Ecol Eng 16(4):519–536