基于不同粒徑的Pista沉砂池ISS去除效果數(shù)值模擬.pdf

1、廢水處理單元構(gòu)筑物（設(shè)備）及其操作運行過程機制的明確，對提升污染物的去除效能具有顯著實際意義。沉砂池是城鎮(zhèn)污水處理流程中以去除無機懸浮固體（Inorganic suspended solids,ISS））為主要功能的預(yù)處理構(gòu)筑物，無機懸浮顆粒的高效去除是維持生化單元污泥活性與剩余污泥資源化處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。旋流沉砂池是預(yù)處理單元普遍采用的池型，作為國外引進的專利技術(shù)，其關(guān)鍵參數(shù)未有公開，加之我國城鎮(zhèn)污水處理廠進水中無機顆粒細微，與設(shè)計規(guī)范

2、或手冊內(nèi)容相差甚遠，導(dǎo)致旋流沉砂池對ISS的總體去除能力極低，城鎮(zhèn)污水處理廠生化單元普遍淤沙嚴(yán)重，設(shè)備運行效率低下。因此，針對城鎮(zhèn)污水中無機砂的粒度特征，探討旋流沉砂池的的除砂過程機制，對單元設(shè)備開發(fā)、工程設(shè)計以及構(gòu)筑物的科學(xué)運行管理具有重要意義。本論文采用數(shù)值模擬與物理模型實驗相結(jié)合的研究方法，針對不同粒徑分級ISS特性，基于湍流模型的優(yōu)選，進行了旋流（Pista）沉砂池流態(tài)特征、ISS去除效能影響因素的數(shù)值模擬研究，運用回歸正交方法

3、得出了ISS去除效率與各影響因素的數(shù)學(xué)關(guān)系，進而確定Pista沉砂池最佳運行參數(shù)條件。
　　本論文的主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　　①基于《給水排水設(shè)計手冊5—城鎮(zhèn)排水》（《城鎮(zhèn)排水》）中Ⅱ型旋流式沉砂池（12），根據(jù)流動相似原則，構(gòu)建了 Pista沉砂池的數(shù)值模擬幾何模型，同時設(shè)計了驗證實驗物理模型。
　　②基于歐拉-拉格朗日方法模擬Pista沉砂池內(nèi)的固液兩相流動，粒子相采用非穩(wěn)態(tài)離散相模型（UnSteady Dis

4、crete Model），流體相則通過采用RNG k-ε模型（RNG模型）、Realizable k-ε模型（Real模型）、SST k-ω模型（SST模型）與驗證實驗對比進行優(yōu)選。
　　結(jié)果表明：
　　1）ISS粒徑小于200μm，RNG模型能夠更好地匹配驗證實驗結(jié)果，ISS粒徑d<100μm、100μm≤d≤200μm的平均誤差分別為7.10%、6.87%；ISS粒徑大于200μm，Real模型與驗證實驗的平均誤差最小（

5、4.16%）。
　　2）不同粒徑分級ISS在沉砂池中呈現(xiàn)推移質(zhì)或懸移質(zhì)運動特征，是導(dǎo)致ISS去除效率差異的重要原因。
　　3）三種湍流模型條件下，Pista沉砂池內(nèi)壓力梯度與湍流強度分布的差異明顯，不同粒徑無機顆粒對壓力差產(chǎn)生的擾動效應(yīng)響應(yīng)各異，對模擬結(jié)果的可靠性與精度具有不同程度影響。
　?、鄹鶕?jù)湍流模型優(yōu)選研究結(jié)果，針對不同粒徑 ISS，分別采用 RNG模型、Real模型進行Pista沉砂池去除效能的單因素影響分析

6、，探討水力停留時間、攪拌槳轉(zhuǎn)速、攪拌槳傾角以及攪拌槳距池底高度對不同粒徑范圍ISS去除效果的影響。
　　研究表明：
　　1）實驗條件下的各單因素試驗中，Pista沉砂池中各粒徑分級ISS去除率最大時，水力停留時間為30s，攪拌槳轉(zhuǎn)速為25r/min（d<100μm）、20r/min(100μm≤d≤200μm)、15r/min（d>200μm），攪拌槳傾角為60°，攪拌槳高度為60mm；
　　2）確定回歸正交試驗各因素

7、的取值范圍如下：水力停留時間為20s~50s、攪拌槳轉(zhuǎn)速為10r/min~30r/min、攪拌槳傾角為45°~75°、攪拌槳距池底高度為40mm~80mm。
　?、芙Y(jié)合單因素試驗結(jié)果，進行了四個因素的回歸正交分析，通過數(shù)值模擬，獲得不同粒徑分級條件下，ISS去除率與因素之間的回歸方程，ISS最佳去除率的適宜運行參數(shù)如下：
　　1）粒徑d<100μm時，運行參數(shù)為35s、30r/min、60°、60mm， ISS理論最佳去除率

8、為16.57%；
　　2）100μm≤粒徑d≤200μm時，運行參數(shù)為27.5s、20r/min、60°、60mm時，ISS理論最佳去除率為84.26%；
　　3）粒徑d>200μm時，運行參數(shù)為27.5s、15r/min、60°、60mm時，ISS理論最佳去除率為96.99%。
　?、莶煌椒旨塈SS去除效能的研究結(jié)果中，單因素試驗與回歸正交試驗各因素取值存在差異。說明水力停留時間、攪拌槳轉(zhuǎn)速、攪拌槳傾角、攪拌槳距

9、池底高度等，對Pista沉砂池ISS去除率的影響存在關(guān)聯(lián)交互作用。
　　我國城鎮(zhèn)污水處理廠進水中ISS粒徑分布、ISS濃度各異且無機顆粒粒徑細微，加上城鎮(zhèn)污水處理工藝中旋流沉砂池設(shè)計參數(shù)欠明確，導(dǎo)致旋流沉砂池ISS去除率較為低下。本論文創(chuàng)新性通過對比驗證不同湍流模型的模擬結(jié)果與驗證實驗結(jié)果，選取不同粒徑范圍的最適湍流模型，在此基礎(chǔ)上進行單因素試驗確定正交試驗各因素的范圍，進而獲得特定 ISS粒徑下的回歸方程、最優(yōu)工況。此研究方法對