应用于二沉池的斜板(管)沉淀池数学模型建立研究

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斜板(管)沉淀池被广泛应用于国内外水处理工艺中,具有去除率高,停留时间短,占地面积小的优点,是一种已经成熟的、可有效提高污泥沉降效率的方法,在水处理领域有着重要的地位。然而斜板(管)沉淀池在运行过程中池体内的流场、流体的流态十分复杂,在实际运行试验中难以对流场内部参数有全面的了解。本研究采用污水处理厂二沉池作为研究对象,在平流式沉淀池的基础上加设斜板(管),探究了平流沉淀池(无斜板)、异向流斜管沉淀池、侧向流倒V型斜板沉淀池、平流-侧向流斜板沉淀池在不同表面负荷(q0)、不同回流比(R)下污泥的泥水分离效果。为了更好的对四种沉淀池进行对比,引入计算表面负荷(q)概念,定义计算表面负荷为单位沉淀池自由表面面积在单位时间内处理水量。此外,本研究基于计算流体力学理论,利用商业计算流体力学软件FLUENT对以上四种沉淀池进行数值模拟,选用6)-湍流模型对其水力特性进行探究,并与试验结果互相印证,结果表明,本次数值模拟能够较好的解释试验结果,对二沉池流场、流态的探究有一定的指导意义。在沉淀池池的运行中,污泥的回流是一个影响非常大的因素,尤其是在连续排泥的过程中,流体的流态常常会受到很大的扰动。然而在众多对沉淀池的数值模拟中,却常常将污泥回流忽略。本文利用FLUENT软件模拟了不同计算表面负荷,不同回流比下二沉池内流体的流态。研究成果如下:(1)整体上,污泥回流比对沉淀池处理效果几乎没有影响,仅平流-侧向流斜板沉淀池在q=3.0 m3/(m2·h),R=50%条件下因排泥能力不足导致泥面上升至出水花墙最下排穿孔,使得出水SS上升;(2)q=1.0 m3/(m2·h)时,所有沉淀池都表现出很好的处理效果,出水SS小于3.0mg/L。当q提升到2.0 m3/(m2·h)和2.5 m3/(m2·h)时,异向流斜管沉淀池和平流-侧向流斜板沉淀池依然表现出较好的出水SS,而平流沉淀池和侧向流倒V型斜板沉淀池的出水SS分别上升为约5 mg/L和7 mg/L;q提升至3.0 m3/(m2·h)时,所有沉淀池的出水SS都提升,但还在污水排放一级A标准之内;当q达到4.0 m3/(m2·h)时,所有沉淀池出水SS都已经超标,平流-侧向流斜板沉淀池由于污泥界面超过出水花墙最下排穿孔的原因,水质恶化显得更为严重。(3)利用ICEM划分网格,FLUENT对四种沉淀池在各工况下进行数值模拟,计算出各沉淀池在不同计算表面负荷下的流线-流速云图和湍动能云图,将FLUENT数值模拟结果和现场试验结果进行结合研究,结果表明FLUENT数值模拟结果可以很好的解释现场试验出水SS变化的原因,并且数值模拟结果中的流线-流速云图中的流态与现场试验中自由表面产生的回流现象和“死水区”具有很好的一致性。
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