基于CFD的臭氧接觸池優(yōu)化.pdf

1、由于臭氧具有強(qiáng)氧化性，能有效氧化分解有機(jī)污染物、滅活病原微生物，尤其是滅活隱孢子蟲和賈第蟲(簡稱兩蟲)，使得臭氧-活性炭工藝作為飲用水深度處理的主流工藝，在國內(nèi)外都得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是現(xiàn)有臭氧接觸池，由于設(shè)計(jì)不合理，使得池內(nèi)回流和短流現(xiàn)象嚴(yán)重，T10值較低，水力效率不高。而臭氧接觸池的水力效率直接影響到臭氧的消毒效率。根據(jù)消毒動力學(xué)，滅活效率取決于CT值（臭氧濃度C與消毒時(shí)間T的乘積）。當(dāng)保持出水CT10不變時(shí)，提高T10值，就可

2、以降低C值，亦即臭氧投加量，因而也降低溴酸鹽得生成量。因此，通過臭氧接觸池的優(yōu)化，提高T10，是控制副產(chǎn)物的重要途徑。本文即是針對臭氧接觸池池型結(jié)構(gòu)優(yōu)化這一問題而提出的。
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）成為了模型和優(yōu)化水力效率的重要工具。本文即是利用CFD為研究工具來模擬和優(yōu)化臭氧接觸池。
　　本文首先選取兩種具有典型池型結(jié)構(gòu)的臭氧接觸池（池型Ⅰ和池型Ⅱ），通過建立VOF（Volume of Fluid）

3、模型，在不考慮曝氣對池內(nèi)水流流態(tài)影響的情況下，以T10/HRT為評價(jià)指標(biāo)對池型Ⅰ和池型Ⅱ進(jìn)行優(yōu)化，得到一個(gè)水力條件較優(yōu)的臭氧接觸池。在得到一個(gè)水力條件較優(yōu)的臭氧接觸池后，通過在該接觸池適當(dāng)?shù)奈恢迷黾訐醢澹ㄔ黾訐醢宓姆桨腹灿腥N，分別為方案一、方案二和方案三)對池型Ⅰ進(jìn)行優(yōu)化，以提高水力效率。在計(jì)算臭氧接觸池內(nèi)臭氧濃度分布時(shí)，考慮到直接以臭氧接觸池為研究對象，數(shù)值模擬的計(jì)算量較大。因此以和臭氧接觸池曝氣室內(nèi)具有相同氣液傳質(zhì)過程的鼓泡柱為研

4、究對象，通過建立描述氣液傳質(zhì)過程的歐拉（Eulerian）模型模擬得到鼓泡柱內(nèi)臭氧濃度分布，在驗(yàn)證該模型的基礎(chǔ)上將該模型運(yùn)用到臭氧接觸池內(nèi)。最后，在池型優(yōu)化的基礎(chǔ)上，通過建立組元輸送模型模擬得到臭氧接觸池內(nèi)臭氧濃度分布和CT值分布。
　　通過研究得到以下結(jié)論：①通過模擬發(fā)現(xiàn)兩種典型的臭氧接觸池（池型Ⅰ和池型Ⅱ）內(nèi)都存在嚴(yán)重的短流和回流現(xiàn)象；②計(jì)算得到池型Ⅰ的T10/HRT為0.246，池型Ⅱ的T10/HRT為0.126。池型Ⅰ的水

5、力效率要優(yōu)于池型Ⅱ的水力效率。但是池型Ⅰ水力效率依然是很低的；③通過方案一、方案二和方案三的優(yōu)化后，池型Ⅰ的T10/HRT分別為0.346、0.388和0.406，水力效率分別提高了48％、58%和65%。方案三更優(yōu)；④通過模擬發(fā)現(xiàn)，除鼓泡柱曝氣頭附近（柱高小于0.86m）臭氧濃度和實(shí)驗(yàn)測量的值相差較大外，其余部分（柱高大于0.86m）臭氧濃度和實(shí)驗(yàn)測量值較吻合。這說明了在鼓泡柱內(nèi)所建的模擬氣液傳質(zhì)過程的模型是正確的；⑤組元輸送模型計(jì)算