氧化溝水力特性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)值模擬研究.pdf

1、氧化溝污水處理工藝作為活性污泥法的一種改進(jìn)，具有較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間和較低的有機(jī)負(fù)荷，在我國(guó)城市污水和工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)前城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)的熱點(diǎn)。氧化溝內(nèi)的流場(chǎng)、流速場(chǎng)及污泥濃度場(chǎng)是影響氧化溝工藝污水處理效率的重要因素。曝氣轉(zhuǎn)盤作為氧化溝中最重要的動(dòng)力設(shè)備，其淹沒深度對(duì)氧化溝內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及流速分布有著重要的影響。因此，對(duì)氧化溝中曝氣轉(zhuǎn)盤的淹沒深度進(jìn)行研究對(duì)氧化溝的運(yùn)行有重要的意義。此外，在曝氣轉(zhuǎn)盤上下游同時(shí)加裝

2、導(dǎo)流板也能夠?qū)ρ趸瘻蟽?nèi)的水力特性產(chǎn)生影響，提高氧化溝內(nèi)水流混合效率及曝氣機(jī)的充氧能力，降低能耗。為了研究氧化溝內(nèi)的固-液兩相流，本文采用數(shù)值計(jì)算的方法，以典型的四溝道Carrousel氧化溝為研究對(duì)象，通過將污泥沉降速率模型與兩相湍流混合模型耦合，建立了氧化溝固-液兩相湍流混合物模型，從而實(shí)現(xiàn)了垂向上固-液兩相的分離。
　　本文采用多參考系模型(MRF)模擬曝氣轉(zhuǎn)盤和水下推流轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，以RNG k-ε模型模擬氧化溝內(nèi)的湍流運(yùn)動(dòng)，

3、自由水面的追蹤則采用VOF方法處理。氧化溝內(nèi)固-液兩相流的模擬采用修改后的混合模型。通過對(duì)卡魯塞爾氧化溝的模擬研究，得到了以下結(jié)論：
　　(1)模型驗(yàn)證的結(jié)果表明，縱向速度及橫向速度的模擬值與實(shí)測(cè)值吻合度均較好。離彎道及曝氣轉(zhuǎn)盤較近的斷面，由于受到彎道來流及曝氣轉(zhuǎn)盤的影響，使得斷面內(nèi)側(cè)及外側(cè)的橫向流速差異較大，隨著遠(yuǎn)離彎道及曝氣轉(zhuǎn)盤，斷面橫向流速度的分布趨于均勻。
　　(2)對(duì)兩溝道卡魯塞爾氧化溝內(nèi)，曝氣轉(zhuǎn)盤4種不同淹沒深度

4、比h/D=1/4、1/3、1/2和3/4時(shí)氧化溝內(nèi)的流速及含氣量分布進(jìn)行模擬研究。對(duì)比這4種工況時(shí)的流速及含氣量，同時(shí)考慮溝內(nèi)整體流速大于0．3m/s的體積百分比，得出了氧化溝內(nèi)曝氣轉(zhuǎn)盤的最優(yōu)淹沒深度比范圍為h/D=1/3-1/2。研究結(jié)果對(duì)實(shí)際工程中提高溝內(nèi)水流混合能力及含氣量，延長(zhǎng)水汽混摻時(shí)間有一定的指導(dǎo)意義。
　　(3)在曝氣轉(zhuǎn)盤上下游同時(shí)加裝導(dǎo)流板，能夠改善氧化溝內(nèi)流場(chǎng)分布，減少回流區(qū)的產(chǎn)生，提高溝底及整個(gè)溝內(nèi)流速及含氣量

5、。使整個(gè)溝內(nèi)流速大于0．3m/s的體積百分比由只增設(shè)下游導(dǎo)流板時(shí)的27．6％提高至29．5％，溝內(nèi)平均氣體體積分?jǐn)?shù)由14．38％提高至15．98％。
　　(4)本文使用修改后的混合模型對(duì)四溝道Carousel氧化溝進(jìn)行固一液兩相流數(shù)值模擬，模擬結(jié)果顯示：氧化溝內(nèi)的污泥濃度變化趨勢(shì)總體呈現(xiàn)出與水流流速變化趨勢(shì)相反的分布規(guī)律，即越接近溝底，污泥濃度越大，流速越?。辉浇咏?，污泥濃度越小，流速越大。此外，在彎道處，由彎道水流理論可知，