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辐流式二沉池的数值模拟及工程应用

辐流式二沉池的数值模拟及工程应用. 郝二成. 1. 概述. 数值模拟及工程应用. 2. 状态点分析法的应用. 3. 4. 结论. 汇 报 内 容. 1. 概述. 二沉池作用 泥水分离：澄清和浓缩 澄清即保证出水 SS 稳定达标； 浓缩是为了提高回流污泥浓度 。. 优化的必要性. 污水处理厂的负荷已经超出了设计标准 预处理构筑物的设计均考虑了安全系数 1.3 生物处理段的运行可以提高 MLSS 来应对水力负荷 ， 增加了二沉池 水力负荷和 固体负荷 低温条件下活性污泥沉降性能不佳. 优化方案. 影响二沉池沉淀效果的因素包括： 运行条件；

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辐流式二沉池的数值模拟及工程应用

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  1. 辐流式二沉池的数值模拟及工程应用 郝二成

  2. 1 概述 数值模拟及工程应用 2 状态点分析法的应用 3 4 结论 汇 报 内 容

  3. 1.概述 • 二沉池作用 泥水分离：澄清和浓缩 澄清即保证出水SS稳定达标； 浓缩是为了提高回流污泥浓度。

  4. 优化的必要性 • 污水处理厂的负荷已经超出了设计标准 预处理构筑物的设计均考虑了安全系数1.3 生物处理段的运行可以提高MLSS来应对水力负荷，增加了二沉池水力负荷和固体负荷 • 低温条件下活性污泥沉降性能不佳

  5. 优化方案 • 影响二沉池沉淀效果的因素包括： 运行条件； 污泥沉降性能； 水力条件，如进水导流筒的设置、裙板的设置等。 随着水力负荷的增加，最初可以通过状态点分析法优化前两种因素；到一定程度时，该两种因素的优化并不能解决问题，此时只能依靠改善池内水力条件进行优化。

  6. 2.数值模拟及工程应用 • CFD在改造中的应用 • 改造方案 • 改造效果

  7. 计算流体力学CFD • 计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得流体在特定条件下的相关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台 • Fluent是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序。Fluent软件分为三部分：前处理模块、解算模块和后处理模块。

  8. CFD基本模型 • 流体流动所遵循的物理定律，是建立流体运动基本方程组的依据 • 物理定律包括质量守恒、动量守恒、动量矩守恒、能量守恒、热力学第二定律等 • 基本控制方程主要包括质量守恒方程（连续性方程）、动量守恒方程（运动方程）、能量守恒方程。

  9. 模型简化 • 辐流式沉淀池的池体结构属于中心对称结构，其内部水流流动是三维的。由于模拟更多的是考虑垂直截面速度对悬浮物的影响，因此，可将辐流式沉淀池简化成二维轴对称模型进行计算； • 进水从中心筒流出，按照导流筒的方向流入池中，因此，简化的模型左端从中心筒边壁开始； • 由于从曝气池进入二沉池的活性污泥的含水率大于99%，因此污泥与水有很好的跟随性，二者可看成进水速度相同的二相流处理。

  10. 水力模拟 • 二沉池具体尺寸：半径为27.5m，有效水深4.5m，池底坡度5%，中央进水管直径1m，导流筒直径5.5m，中心筒直径2m

  11. 二沉池模型参数 • 边界条件与初始条件 入口定义为速度入口 进水速度为0.069m/s 湍流强度I为3.7% 水力直径为2m 出口采用自由出流

  12. 增加裙板前后污泥浓度分布 池壁加裙板 未改造

  13. 结论及建议 • 增加裙板有助于提高二沉池沉淀效率 • 由于模拟是对实际运行过程的简化，因此模拟结果与实际运行存在差别

  14. 池壁 A B1 B2 池壁 池底 八字 池底 C 打孔连接 B1 B2 池壁 池底 改造方案：裙板安装示意图 图1 图2 图3 图4

  15. 改造施工 • 工艺改造方案确定 • 招标确定施工单位及方案 • 施工(6月底完工)

  16. 改造效果 • 两阶段考察: 夏季沉降性能稍好 冬季沉降性能不好 • 考察指标: 出水SS\COD\TP; 透明度; 回流污泥浓度;

  17. 夏季出水SS • 二沉池进泥MLSS平均为3600mg/L，SVI平均为160mL/g;其中，改造池出水SS比未改造池平均减少了1.5mg/L，未改造池出水SS平均为11.35 mg/L，改造池出水平均为9.83mg/L

  18. 回流污泥MLSS • 改造池回流污泥MLSS比未改造池平均升高了241mg/L，证明安装裙板也有助于污泥浓缩。

  19. 澄清层对比 • 塞氏盘测透明度，改造后比改造前提高0.5m • 正常水量时改造前平均2m，改造后2.5m • 大水量时改造前平均1.6m，改造后2.1m

  20. 冬季出水SS对比 • 二沉池进泥MLSS平均为3500mg/L，SVI平均为200mL/g; 改造池出水SS比未改造池平均低1.5mg/L

  21. 澄清层对比

  22. 出水SS对其它运行参数的影响模拟

  23. 出水COD

  24. 出水TP

  25. 小结 • 通过水力数值模拟，确定了在辐流式二沉池壁增加裙板的改造方案 • 设计了裙板的安装方式 • 工程改造完成后，在不同污泥沉降性能下: 改造后二沉池出水SS平均比未改造的二沉池出水SS低1.5mg/L； 夏季沉降性能好时，透明度比未改造池可提高0.5m，冬季沉降性能不好时，可提高平均0.3m； 出水COD在30mg/L左右，受取样及测定方法限制，改造池出水与未改造池出水差别不明显； 改造池出水TP比未改造池平均低0.1mg/L

  26. 发表论文 《计算流体动力学在污水厂二沉池改造中的应用》 《水工业市场》2011年第2期第44~46页

  27. 3.状态点分析法的应用 • 状态点分析法 状态点分析法是固体通量理论的扩展和延伸。在固体通量的理论基础上，以状态点图作为工具来分析和优化污水厂二沉池的运行，是一种便捷有效的分析方法。

  28. 固体负荷 SLR=[XMLSS(Q+RAS)]/A 溢流率曲线 固通量曲线 Gs=Vs·X=V0·e-kX·X Y=(Q/A)·X Y=(-RAS/A)·X+[(Q+RAS)/A]·XMLSS 底流率曲线 预期回流污泥浓度 EUC=[(Q+RAS)/RAS]·XMLSS 状态点分析法

  29. 污泥容积指数 （SVI） 5 混合液悬浮 固体浓度 （MLSS） 设计流量 （ Designed Q ） 1 4 2 3 沉淀池直径 （ Clarifier Diameter ） 污泥回流比 （ RAS rate ） 影响因素 状态点图是用于分析 活性污泥沉淀池的图 解工具。 状态 点图

  30. 图1、2 图3 图4 图5 固 体 通量GKg/m2h 固体通量GKg/m2h 固体通量GKg/m2h X，g/L X，g/L X，g/L 影响因素

  31. 状态点法在二沉池中的应用 • 根据2009年运行数据，确定SVI模拟范围为100~350 ml/g； • 处理水量选择设计水量60*104m3/d和70*104m3/d，在SVI高到350 ml/g时，处理水量只能减少为50*104m3/d； • 污泥回流根据最大回流量确定最大回流比，应用状态点确定相应最大MLSS，根据状态点图确定最小回流比及相应最大MLSS。

  32. 2009年运行数据

  33. 状态点分析模拟结果

  34. 4.结论 • 采用状态点法可以优化二沉池运行，保证出水水质达标以及回流活性污泥； • 采用状态点优化运行后，仍不能满足要求时，可以采取改善水力条件优化二沉池； • 进行水力条件优化时，可利用计算流体力学 (CFD)软件进行可行性分析，确保优化效果； • 利用辐流式二沉池的数值模拟,在小红门污水处理厂进行了成功应用,给污水处理行业提供了良好的借鉴作用。

  35. 请大家多提宝贵意见！ 谢谢！

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