近年来,社会经济发展飞速,人民生活质量提高,水环境问题随之浮现。为应对水环境问题,我国在“十三五”规划中提出并深化了水处理行业的提质改造和污泥处置工作。为响应“十三五”规划的号召,本文利用计算流体力学的方法研究了对平流沉淀池的泥水分离效果和污泥沉积分布产生影响的主要因素,并探索污泥斗排泥的规律。通过分析对比平流沉淀池的运行状况,优化主要参数的设计取值,提出排泥的优化方法。本研究旨在提高沉淀池性能,优化排泥过程,降低净水厂运营成本。当前沉淀池设计基于理想条件以停留时间确定其尺寸。池体水流以层流流态且均一流速运动,而未考虑局部区域的形状尺寸、温度、风速、密度流等因素对流场的影响。为研究实际沉淀池在不同工况下的运行状况,建立紊流数学模型和多相流数学模型进行数值模拟。本研究工作主要分为四部分:(1)通过对比分析文献实验结果和网格划分结果,数值模型选定Eular多相流数学模型和Realizable k-e紊流数学模型的组合,并采用混合网格划分法进行网格划分。建立S.A.Kantoush实验的数值模型,对比发现模拟结果与实验值较为吻合,验证了数值模拟的准确性。(2)模拟结果确定沉淀池实际停留时间为8000 s,分别改变池体池底坡度和指型槽数目进行数值模拟。改变池底坡度的结果表明:在0-0.02的池底坡度范围内,提高池底坡度增加沉淀池的有效沉淀容积,能提高沉淀池的泥水分离效果,促进污泥沉积。污泥斗排泥式沉淀池和穿孔排泥管式沉淀池建议池底坡度设置在0.01-0.015之间,具体取值根据实际工程而定。机械式排泥沉淀池建议坡度设置在0.005,根据实际工程可进行微调。改变指型槽数目的结果表明:指型槽的设置影响出口处附近的流速大小及速度梯度进而影响污泥沉降效果和污泥沉积分布。在合理范围内,增加指型槽数目能使出水流量配比更均匀。指型槽数目的设置需保证平流沉淀池紊流动能大于0.001m~2/s~2但避免污泥因流速过大被掀起。最佳指型槽数目为7条。(3)分别改变污泥颗粒粒径和污泥密度,进行污泥斗排泥式平流沉淀池的数值模拟,得出:颗粒粒径与污泥沉降性成正相关,大于150mm的污泥相更容易沉降。密度与污泥沉降性能成正相关,大于1200 kg/m~3的污泥更容易沉降。(4)对运行12 h的污泥斗排泥式沉淀池进行排泥作业。结果表明:减小大污泥斗斜壁面的粗糙度提高其排泥效率。由于大污泥斗与小污泥斗排泥存在差异,需分开设定其排泥时长,小污泥斗的经济排泥时长为5 min,大污泥斗的经济排泥时长为10 min。