基于CFD的寒區(qū)輻流式二沉池模型建立與優(yōu)化調(diào)控研究.pdf

1、松花江綜合整治是恢復(fù)松花江水環(huán)境的重要手段，而其沿岸污水處理廠設(shè)計(jì)與建設(shè)承擔(dān)重要的點(diǎn)源污染物的削減工作，其中二沉池作為污水處理廠的一個(gè)重要構(gòu)筑物，它制約著最終處理效果。針對(duì)于此，本課題在“十二·五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題“馬家溝城鎮(zhèn)污水深度減排技術(shù)集成與工程示范”的支撐下，開(kāi)展基于CFD的寒區(qū)輻流式二沉池研究工作，研究寒區(qū)輻流二沉池?cái)?shù)學(xué)模型建立以及通過(guò)對(duì)模擬中結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和實(shí)際運(yùn)行參數(shù)變化對(duì)沉淀的影響，為本“十二·五”示范工程建設(shè)提供高

2、效可靠的技術(shù)參數(shù)，改善二沉池流態(tài)，解決二沉池占地面積大，流態(tài)不均勻所導(dǎo)致的固液分離效果不佳的問(wèn)題，從而保障實(shí)際污水處理廠的二沉池運(yùn)行效果。
　　本文以哈市某污水廠輻流式二沉池為模擬對(duì)象，利用計(jì)算流體力學(xué)對(duì)其速度場(chǎng)和濃度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。哈市冬季污水水溫常低于10℃，模擬中對(duì)粘度的選擇取10℃時(shí)水的粘度1.3077×103Pa·s。通過(guò)分析采用RNG的k-ε兩方程紊流模型和Mixture多相流模型，分別對(duì)池內(nèi)的水流速度場(chǎng)和懸浮物濃度場(chǎng)

3、進(jìn)行了模擬，以Wells對(duì)實(shí)際運(yùn)行的沉淀池試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)比驗(yàn)證了建模中各模型的準(zhǔn)確性和合理性，確定了模擬得到的速度場(chǎng)和濃度場(chǎng)與實(shí)際情況符合，分析發(fā)現(xiàn)該二沉池存在明顯的異重流和回流現(xiàn)象，池中水流流態(tài)分布很不均勻。
　　利用已確定的建模方式對(duì)該二沉池不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的各工況點(diǎn)進(jìn)行模擬，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括進(jìn)水導(dǎo)流筒、出水口和本文提出的一種擾流板形式。經(jīng)過(guò)分析提出了二沉池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化方案，確定了導(dǎo)流筒淹沒(méi)深度與二沉池中心高度比應(yīng)控制在0

4、.50～0.58，導(dǎo)流筒半徑與二沉池半徑比控制在0.065~0.069，出水設(shè)置為內(nèi)置雙側(cè)堰，位置控制在距池壁2.0m。確定本文提出的水平式擾流板為減輕進(jìn)水異重流現(xiàn)象和回流區(qū)面積的一種手段，確定擾流板距導(dǎo)流筒最佳垂直距離與池深比控制在0.17。
　　利用已確定的建模方式對(duì)結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化完畢的二沉池不同運(yùn)行參數(shù)的各工況點(diǎn)進(jìn)行模擬，主要運(yùn)行參數(shù)包括進(jìn)口流速、懸浮顆粒濃度和懸浮固體顆粒粒徑、密度。確定進(jìn)口流速0.10m/s為該二沉池最佳運(yùn)

5、行工況，確定在可實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)懸浮物濃度越小，懸浮固體顆粒粒徑、密度越大，對(duì)沉淀影響越為有利，提出以投加絮凝劑等方式人為提高懸浮固體顆粒粒徑、密度可以提高二沉池運(yùn)行效率。
　　通過(guò)工程局部經(jīng)濟(jì)分析比較，研究所提供的技術(shù)參數(shù)節(jié)省占地33.3％，節(jié)省二沉池總投資29.5%，可以減輕寒冷地區(qū)輻流式二沉池進(jìn)水異重流和池中回流現(xiàn)象，提高二沉池的運(yùn)行效率，可為污水廠高效運(yùn)行、松花江水質(zhì)改善提供技術(shù)支撐，既對(duì)污水達(dá)標(biāo)排放、污水廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排要求有重