高密度沉淀區(qū)三維數(shù)值模擬與優(yōu)化研究.pdf

1、高密度沉淀池作為“污泥循環(huán)型”沉淀池的代表，其應(yīng)用前景相當廣闊。它適用于土地資源緊張、原水水質(zhì)變化大、出水水質(zhì)要求高的凈水廠。因此，對高密度沉淀池進行設(shè)計優(yōu)化具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文在查閱相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，以重慶某大型給水廠(60萬噸/日)為背景，對高密度沉淀池沉淀區(qū)的水流流態(tài)、出水口水流流速分布、出水口污泥濃度分布進行了三維數(shù)值模擬；分析了各種設(shè)計參數(shù)對其沉淀效果的影響程度；優(yōu)化了高密度沉淀池沉淀區(qū)的運行參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)。主要內(nèi)容包

2、括：①在對國內(nèi)外沉淀池的研究工藝進展進行總結(jié)的基礎(chǔ)上，分析了高密度沉淀池的工作原理、運行流程、優(yōu)勢及應(yīng)用前景。②以重慶某大型在建給水廠為背景，利用Fluent軟件建立了高密度沉淀池沉淀區(qū)內(nèi)水流流場、出水口水流流速分布、出水口污泥濃度分布的數(shù)值模型。③利用“相似性原理”建立了高密度沉淀池沉淀區(qū)的物理模型，驗證了物理模型出水口水流流速分布與數(shù)值模型出水口水流流速分布的一致性，證明了Fluent軟件在沉淀池數(shù)值模擬中運算的準確性。④對高密度沉

3、淀池沉淀效果影響參數(shù)進行了分析。
　　 本文分別分析了不同進水口流速、不同導(dǎo)流墻形狀、不同擋板的長度對高密度沉淀池沉淀效果的影響。主要結(jié)論如下：⑴隨著進水口水流流速的增加，沉淀池進水口處異重流的強度得到減輕，沉淀池出水口前端短流現(xiàn)象得到緩解，預(yù)沉池-濃縮池中部的漩渦半徑減小，漩渦的強度減輕，水流流態(tài)得到了改善。但由于進水口水流流速的增加，沉淀池水力停留時間縮短，沉淀效果變差。⑵沉淀池中的水流流態(tài)決定了出水口的水流流速分布。由于沉

4、淀池出水口前端存在短流現(xiàn)象，預(yù)沉池-濃縮池中部存在漩渦，造成了沉淀池出水口的前端與尾部水流速度偏大，中部水流速度較為穩(wěn)定。⑶將導(dǎo)流墻的左側(cè)改為弧形后，進水口異重流現(xiàn)象強度得到減輕，出水口前端短流現(xiàn)象得到緩解，同時，由于沉淀池的體積沒有減少，水力停留時間沒有減少，沉淀效果會變好。⑷將導(dǎo)流墻的兩側(cè)均改為弧形后，沉淀池的流態(tài)得到進一步的改善，但由于沉淀池的體積減小，水力停留時間減少，沉淀效果變差。⑸沉淀池的擋板的長度在一定范圍內(nèi)能起到改善出水

5、口短流現(xiàn)象，增加沉淀池水力停留時間，進而提高沉淀效果的作用。擋板的長度為1m時，沉淀效果最佳。擋板長度超過1m，造成預(yù)沉池-濃縮池中部的漩渦靠近池底污泥層，帶動更多的污泥沿水流流向出水口的尾部，因此沉淀效果變差。⑹淀池水流流態(tài)與沉淀池水力停留時間是影響沉淀池沉淀效率的主要因素，對沉淀池沉淀效果的具體影響如下：⑴如果改變沉淀池的運行參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)，造成這兩個因素均變得對沉淀過程更加有利，那么沉淀池的沉淀效率必然會提高。⑵如果改變沉淀池的運

6、行參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)，造成這兩個因素中的一個有利于沉淀，另一個對沉淀不利，那么就需要建立具體的數(shù)值模型并加以分析。⑶如果改變沉淀池的運行參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)，造成這兩個因素均變得對沉淀過程不利，那么沉淀池的沉淀效率必然會下降。⑷在對高密度沉淀池沉淀效果影響參數(shù)進行分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮高密度沉淀池日處理水量與出水水質(zhì)這兩方面因素，確定了高密度沉淀池沉淀區(qū)的最佳運行參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)：進水口水流速度為0.02m/s；導(dǎo)流墻左側(cè)為弧形，右側(cè)與沉淀池的原始