调节池污水紊动模拟及对污染物降解的影响.pdf

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1、第43卷第2l期人民长江V01．43．No．2l2012年11月YangtzeRiverNov．．2012文章编号：100l一4179(2012)21—0099—04调节池污水紊动模拟及对污染物降解的影响王自明1，路明2，汪德爆3，赖锡军4，余成钢5(1．河海大学力学与材料学院，江苏南京210098；2．中国新型建筑材料工业杭州设计研究院，浙江杭州310005；3．河海大学环境工程学院，江苏南京210098；4．中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏南京210008；5．国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州310005)摘要：污水调节池中水流紊动强度对污染物的

2、降解有很大影响。为分析水流紊动与污染物降解的关系，利用三维紊流模型分析调节池水流紊动结构，并与实测结果进行了对比分析。结果表明，不同流量情况下，水泵吸水口附近的流速分布和紊动强度的模型计算结果与试验数据均吻合较好。进一步的研究表明，调节池中水流紊动对污染物的降解满足“一级反应”理论，水流紊动越大，污染物COD、总磷、氨氮的降解率越大。关键词：标准％一占模型；流场模拟；紊流；污染物去除率；污水调节池中图法分类号：x52文献标志码：A调节池在污水处理过程中起着调节水量和水质的确定了水流紊动对有机物降解的影响关系¨。。作用，为后续处理构筑物或设备的正常运行提供保证。本文基

3、于实验成果，采用三维数值模拟方法，分析若污染物进入调节池中能部分得以降解，将大大降低了调节池不同吸水流量的水流流动特征，进行紊动强后续处理构筑物的负荷。度对污染物降解影响的研究，通过对总磷、cOD、氨氮在调节池内部水流特性研究方面，严斌等结合工去除率的研究，进一步说明水流紊动特性对污染物降程实际，对调节池的水力特性进行了较深入的探讨，推解的作用，得到了调节池水流在紊动情况下对污染物导出变进水量已知情况下调节池的特征公式，并进行的降解遵循“一级反应”结果。了验证和分析‘1o。调节池内部水流结构复杂，其紊动1数学模型特性对污染物降解有较大的影响，如Bosko、李锦秀研究

4、认为，实验条件下水体处于静止或较弱运动状态，无1．1模型方程紊动或紊动强度远远小于实际河流，所测定的BOD，连续性方程降解速率要小于实际河流中的降解速率’2。。。蒲迅赤警：o(、1)等人利用专门设计的紊动诱发装置，针对不同紊动强a戈度的水体，进行了紊动对有机物生物降解影响的实验N—S方程研究’4J。王海云等选取葛洲坝船闸作为研究实例，通a(p“。a(pu。ui)过实验模拟了船闸紊动水体的水环境特征，分析了紊a￡a戈·动水体对有机物降解的影响规律，并通过现场监测，获(2)取了大量的第一手资料，验证了实验结果。“。王美敬一毒+p毋+毒[(p+¨(善+差)]等利用FLuE

5、NT软件计算了不同转速下圆筒中水流的式中，u。是坐标轴戈。方向的雷诺平均速度；f为时间；p紊动动能，并根据不同紊动动能下葡萄糖的降解速率，为压强；p和肛分别为液体密度、粘度；肛。为涡粘度。收稿日期：2012一05一02基金项目：水利部公益性行业专项(201001叭1)作者简介：王自明，男，硕士研究生，主要从事水环境值模拟面的研究。E—mail：wangzimin91301@126．com100人民长江涡粘度计算公式为网格的流体体积函数F和网格单元四边上的流体速度计算流过指定单元网格的流体体积，以此来确定指定肛。=0．09p竺3单元内下一个时刻的流体体积函数，并根据相

6、邻网格标准孟一s模型的方程如下：单元的流体体积函数F来确定自由面单元内自由面的湍流动能方程(

7、j}方程)位置和形状。掣+掣=毒‰+尝，差，+压力速度耦合求解采用PIsO算法19j。该算法atax，ax；⋯盯。。a％j—1986年由Issa提出，PIsO意为压力隐式算子分割算G女+G6一p占一yM+．s^4法，常应用于具有较大扭曲网格上的定常状态和过渡耗散方程(s方程)计算使用PIsO倾斜校正。PIsO算法分预测一修正一掣+避掣：要‰+丝)等]+再修正3步，完成第一步修正后再寻求二次改进值，从ataxta。cl一盯。。axl—而可以加快单个迭代步骤的收敛速度¨⋯。G-

8、。}(Gt+c，。G。)一c：。p}¨。／L，5、，、，凡“2调节池三维紊流计算式中，G，。、G：。和G，。为经验常数，G，。=1．44，G：。=2．1试验条件1．92，G，。=O．09；盯。、盯。为湍动能知和耗散率占对应的Prandtl数，盯^=1．0，盯。=1．3；s☆、Js。为用户定义源试验在一个0．7m×0．5mx0．5m的水箱内进项，可根据不同情况确定；肛。为湍流涡粘系数；G。为由行，水泵位置如图1所示。潜水泵流量分别设定为2，浮力引起的湍动能_i}的产生项；‰为可压湍流中脉动8L／h和16L／h，对应的进水流速分别为0．0018，0．007m／s和0