【摘 要】
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厌氧环境是诱发污水管道产生H2S、CH4等有毒有害气体的主要原因。结合我国污水收集系统内建筑排水立管与市政污水管道之间设置化粪池加剧了污水管道通风不畅的现状,课题组提出变革管道拓扑结构将建筑排水立管与污水管道直连构建增强污水管道通风系统,能够有效提高污水管道通风量及氧分压条件,实现改善管道气相空间环境。本文以增强污水管道通风技术为基础,搭建管道氧气传质反应器同时结合计算流体动力学（Computat
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（52000146）； 博士后科学基金（2020M673351）； 陕西省重点研发计划项目（2019ZDLSF06-04）；
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厌氧环境是诱发污水管道产生H2S、CH4等有毒有害气体的主要原因。结合我国污水收集系统内建筑排水立管与市政污水管道之间设置化粪池加剧了污水管道通风不畅的现状,课题组提出变革管道拓扑结构将建筑排水立管与污水管道直连构建增强污水管道通风系统,能够有效提高污水管道通风量及氧分压条件,实现改善管道气相空间环境。本文以增强污水管道通风技术为基础,搭建管道氧气传质反应器同时结合计算流体动力学（Computation Fluid Dynamics,简无称CFD）仿真方法,研究管道内污水流速、气相风速及气液流动方向等因素对管道内氧气气液传质和氧分布的影响,并通过物料守恒方程预测长距离氧分布情况,以便明确增强通风条件下污水管道氧气气液传质和溶氧扩散规律,为污水管道增强通风抑制有害气体产生技术研发提供理论基础。研究所得主要结论如下:（1）污水管道自然通风条件下,氧气的气液传质速度主要会受到氧分压和污水流速的影响。其中,气相氧分压为首要影响因素。气相氧分压越大,污水流速越快,氧气的气液传质速度越快,平均气相氧分压每提高1%,氧气气液传质速度提升12.8%。（2）增强管道内污水的同向风速,可有效强化氧气气液传质能力。以污水流速为0.6～1.2 m/s为例,平均每提高0.1 m/s的同向风速,氧气的体积传质系数提高约10.1%～18.2%。而因受摩擦阻力等影响,提高管道内污水的逆向风速对氧气气液传质能力的影响不大。（3）建立DN600的管道模拟污水管道内氧传质与溶氧扩散,发现增强通风对管道溶解氧的促进恢复作用主要体现在低溶解氧管段。以污水流速为0.6～1.2 m/s为例,气相风速增加至0.9 m/s,管道溶氧含量增加了0.18～0.37 mg,可以延长抑制H2S产生的有效溶解氧管段长度,平均气相风速每增加0.1 m/s,有效控制管段长度增加了24～153 m。（4）污水管道内因氧气气液传质导致气相氧含量损耗量极其微小,且气相风速（污水流速）越大,降低相同氧气浓度所需要的流动距离越长。以污水流速为0.3 m/s的DN600污水管道为例,氧气体积分数降低至20%需要55 km。增强管道通风显著改变污水管道内气流组织规律。自然条件下,检查井通风小孔呈先排气后吸气的通风特性,总体呈吸气状态,其净通气量不足管道通风量的0.3%;增强管道通风后检查井小孔处于排气状态,其排气量不足管道通风量的2.7‰。
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