给水处理厂中高密度沉淀池沉淀区流态模拟及设计优化研究

作     者：方小桃 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：雷晓玲

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：给水厂 高密度沉淀池沉淀区 FLUENT 流态模拟 设计优化 分析研究 

摘      要：目前,作为“污泥循环型沉淀池的代表池型,高密度沉淀池的应用前景广阔,它适用于土地资源紧张、原水水质变化较大、出水水质要求较高、厂区生产污泥有浓缩脱水要求的地区。因此,研究优化高密度沉淀池的设计对加快我国水处理工艺发展速度有重要的现实意义。 本研究在阅读相关文献的基础上,以重庆某大型待建给水厂为背景,对高密度沉淀池沉淀区的流态进行了模拟,并对其设计进行了优化研究。主要内容如下: ①总结了国内外沉淀池的研究进展及现状问题;②分析了高密度沉淀池的工作原理、运行流程、优势及应用前景;③以重庆某大型待建给水厂为背景,建立了相关数值模型,运用FLUENT软件对高密度沉淀池沉淀区内水流流态进行了模拟。模拟结果说明:经验设计下的高密度沉淀池沉淀区内水流流态仍然存在异重流、短流、涡旋以及池尾折射流等不理想流态。 ④建立了符合相似准则的物理模型,通过对比数值模型与物理模型的流场一致性,验证了FLUENT对高密度沉淀池沉淀区流态模拟的可靠性。 ⑤对高密度沉淀池沉淀区的设计进行了优化。本研究分别从增大进水口流速、增加斜板区挡板长度以及在预沉——浓缩池进口区加设间距合适的整流条栅这三个方案对模型进行了优化研究。本研究采用出水断面速度平均值和出水断面平均湍流动能值作为优化方案的考核指标,并结合流线图和出水断面速度分布图进行分析,证明了这三个方案有效改善了高密度沉淀池沉淀区内水流流态,最后归纳出了优化方案中优化因素与池内流态的关系: 1)增大进口流速能有效消除异重流现象。实验结果表明:当高密度沉淀池沉淀区的进口流速v=0.025m/s时,池内异重流现象完全消失;进口流速应控制在适当的范围内,进口流速过小导致异重流现象存在,进口流速过大则导致出水动能趋大,带出矾花几率高,出水浊度增大。 2)斜板区前端加设挡板可以改善短流现象。实验结果表明:挡板长度越长,出水断面平均速度值越小;挡板长度超过1.0m之后,来水经折流后将冲刷池底,不利于池底污泥浓缩,并且易将上层矾花扬起带入清水区,增大出水浊度。 3)在预沉——浓缩区进口处加设整流条栅可以改善高密度沉淀池沉淀区池尾折射流现象。实验结果表明:在保证不破坏矾花完整性的条件,整流条栅间距越小,来水进入预沉——浓缩区的均匀性越好,池尾折射流现象也越易消除。 ⑥对沉淀区中的斜板区域进行了设计优化。本研究主要通过对斜板区出水方式的理论分析及比较,得出了孔口集水槽是集水量受水头变化影响最小的理想集水方式的结论。 本研究所得结论对给水厂中高密度沉淀池的设计具有指导意义。通过优化沉淀池结构及运行参数来改善沉淀区内水流流态,提高出水效果,使高密度沉淀池的性能更加经济、高效且适应性强。