氧化溝固—液兩相流數(shù)值模擬和推流轉(zhuǎn)輪優(yōu)化研究.pdf

1、氧化溝污水處理技術(shù)作為活性污泥法的一種改進，在我國得到廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)前城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)的熱點。氧化溝的流場結(jié)構(gòu)影響著氣-液-固三相傳質(zhì)、混合液中各類物質(zhì)濃度的變化及污泥的沉降性能。水下推流轉(zhuǎn)輪又直接影響著氧化溝的流場結(jié)構(gòu)，因此，對氧化溝中轉(zhuǎn)輪的優(yōu)化及對其流場結(jié)構(gòu)的準確模擬對氧化溝的研究與運行有著重要的意義。本文用數(shù)值模擬的方法，以典型的四溝道式Carrousel氧化溝為研究對象，建立了氧化溝流場計算及固-液兩相流模擬的數(shù)學(xué)模型，驗

2、證了模型的可靠性，優(yōu)化了氧化溝中推流轉(zhuǎn)輪的淹沒深度及半徑，模擬了優(yōu)化后的體型中的固-液兩相流，得到了如下結(jié)論:
　　(1)本文研究了氧化溝水下推流轉(zhuǎn)輪在不同的淹沒深度時的流場結(jié)構(gòu)，引入了最優(yōu)淹沒比的概念，并得到最優(yōu)淹沒比應(yīng)為h/H=0.45。分析了在最優(yōu)淹沒比時氧化溝內(nèi)的流場，結(jié)果表明，在推流轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速相同時，最優(yōu)淹沒比時的流速大于0.3m/s的區(qū)域在整個流體區(qū)域中所占的百分比最大，近底流速有明顯的增加，并且流速沿水深方向的分布也更

3、加均勻。這種流場結(jié)構(gòu)可有效的阻止污泥的沉降，從而提高氧化溝的處理效率;
　　(2)氧化溝水下推流轉(zhuǎn)輪是整個氧化溝中水流運動的最主要的動力來源，轉(zhuǎn)輪半徑的大小對溝道內(nèi)水流的流速以及流場結(jié)構(gòu)有著重要的影響，本文引入了最優(yōu)半徑比的概念，并得到最優(yōu)半徑比應(yīng)為r/R1=0.218。研究結(jié)果表明:在最優(yōu)半徑比時氧化溝中流速大于0.3m/s的流體區(qū)域占整個流體區(qū)域的百分比相對較大，并且此時在氧化溝直道中回流區(qū)域的長度最小，在彎道處的水流過流能力

4、也相對較大。
　　(3)用數(shù)值模擬結(jié)合量綱分析的方法得出在轉(zhuǎn)輪的安裝高程及轉(zhuǎn)速一定時，直道上回流區(qū)域的長度L與轉(zhuǎn)輪的半徑r近似成線性增長關(guān)系;在轉(zhuǎn)輪的安裝高程及轉(zhuǎn)輪的半徑一定時，直道上回流區(qū)域的長度L與g/ω2（ω為轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速）近似成線性遞減關(guān)系;
　　(4)直道及大彎道上出現(xiàn)的靠近內(nèi)墻側(cè)的濃度高于靠近外墻側(cè)的現(xiàn)象，主要是由于彎道的影響:在彎道上形成的彎道橫向環(huán)流，沿水流方向表現(xiàn)為一種螺旋流動，而這種流場結(jié)構(gòu)會造成內(nèi)彎道的淤

5、積和外彎道的沖刷，并且從小彎道水流出口端流出的這種螺旋流要在直道段上的一定范圍內(nèi)才能削弱，直到完全消失。因此，在直道段的前半段和后半段的濃度分布方式不同;
　　(5)氧化溝中流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，污泥濃度出現(xiàn)了不均勻分布，主要表現(xiàn)為:靠近池底處的濃度較高，小彎道處轉(zhuǎn)輪附近濃度較高，在直道段靠近彎道水流出口端的一定范圍內(nèi)靠近內(nèi)墻處的濃度高于靠近外墻處的濃度，而在直道段的其它區(qū)域濃度在垂向上的分層比較明顯，表現(xiàn)為靠近水面處濃度很小靠近池底處