利用cfd技术对高密度沉淀池沉淀区的数值模拟和优化改进

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第V页5．2．1模拟结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405．2．2模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．3不同进水口高度下的流态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485．3．1模拟结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．3．2模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯565．4增设挡墙后的流态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．575．4．1模拟结果⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯585．4．2模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61结论．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．62致谢⋯⋯．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．⋯．⋯．．．．．．．64参考文献．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．⋯．．．．．．．65攻读硕士学位期间发表的论文⋯⋯

3、⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1项目背景第1章绪论国家环境保护总局环发[20051110号“关于严格执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》的通知"中第一次提出，为防止水域富营养化的发生，排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭式、半封闭水域时的城镇生活污水处理厂出水，应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级标准的A标准⋯。2006年第21号公告提出再次重申了这个问题，这实际上在法规层面上将《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918-2002)一级A标准

4、的适用范围直接扩大到绝大多数城镇污水处理厂，城镇污水处理厂一级A标准提标改造在许多流域和省市大量实施【2】。由于我国大量污水处理厂是在“九五”“十五”期间建成的，排放标准要求相对较低，因此需要对这些排放标准较低的污水处理厂进行提标改造【3j。基于高排放标准的深度处理工艺方案污水处理厂一级A提标改造的实验与工程实践结果表明，传统的以生物系统改造为核心的污水处理厂提标改造方案，很难确保城镇污水处理厂的氮磷同步稳定达标，仍需要考虑辅以化学除磷实现磷的稳定达标、过滤降低出水SS、COD和TP浓度【4】。污水处理厂

5、生物处理系统出水SS不仅影响污水处理厂SS、TP和COD的稳定达标，而且由于悬浮物(菌胶团)的包埋作用，高SS对后续消毒工艺也有极为不利的影响，因此许多污水处理厂都在尾水端增设了过滤沉淀工艺【5】。使得在原二级污水处理厂的基础上改造扩建变得更可行和容易实施，运行维护更加简单方便。黄岩院桥污水处理厂工程就是基于这样的背景下成立的。越来越多的项目将高密度沉淀池用于污水处理厂的提标改造工程当中瞵j。而高密度沉淀池是一种快速沉淀技术，是“混合凝聚，絮凝反应、沉淀分离”三个单元结合的综合体，即把混合区、絮凝区、沉淀

6、区在平面上串联成为一个有机的整体而成，其主要的技术是载体絮凝技术，其主要特点是在混合凝聚阶段投加密度较高的不溶性介质颗粒(如细砂等)，利用不溶性介质的重力沉降性和载体物质的吸附作用来加快絮凝体的生长富集及沉淀，能够有效的降低SS，从而使得高密度沉淀池在城镇污水处理厂三级处理中的应用越来越为广泛16√J。本论文结合黄岩院桥污水处理厂工程，高密度沉淀池在现阶段的运行中效果非最优西南交通大学硕士研究生学位论文第2页状态，因此，本论文对该项目现在已经运行的高密度沉淀池的设计进行模拟、优化改进，所得结论希望能对今后

7、污水处理厂高密度沉淀池的设计具有一定的建设性的理论指导意义。1．2论文研究的目的和意义高密度沉淀池的沉淀区由上部斜管分离区、中间的布水预沉区和下部的污泥浓缩区组成，理想工作过程为：原水在反应池絮凝反应后进入面积较大的布水预沉区，矾花水平移动速度放缓，这样能避免矾花的破裂和涡流的形成，也可以使绝大部分的悬浮固体在预沉区下部的污泥浓缩区沉淀并浓缩，经过预沉后的出水进入斜管分离区以进一步去除矾花Il引。然而，实际的沉淀情况往往与理想的沉淀假设之间存在出入，在沉淀区域内总会存在不同程度的湍流、短流、死角、异重流等

8、现象影响出水水质。因此，对高密度沉淀池沉淀区的实际流态的研究，并对设计提出优化建议具有重要意义。1．3论文研究的主要内容1．3．1研究方法本研究应用CFD技术中的Fluent软件对高密度沉淀池模型在不同的进口流速条件下、是否增设过水挡墙的条件下以及不同颗粒物密度下进行数值模拟，得出流场分布及颗粒物沉降效果分布的结果，根据最终得出的结论为黄岩院桥污水处理厂高密度沉淀池设计优化提供可参考依据。1．3．2研究目标在污水处理中，沉淀池