輻流式沉淀池數(shù)值模擬

楊歡

（陜西服裝工程學院城市建設(shè)學院　陜西西安　712046）

1　研究背景

二次沉淀池作為污水處理過程中的重要環(huán)節(jié)，其重要性不言而喻。迄今為止，眾多學者已經(jīng)對二次沉淀池做了相當深入的研究[1]。但是，研究的學者們?yōu)榱撕喕芯康臈l件，都忽略了池中的絮凝作用。但是，沉淀池內(nèi)的湍流效果和池內(nèi)的絮凝作用是相互影響并共同作用的。所以，有必要在二次沉淀池的研究過程中，進一步的考慮絮凝作用所產(chǎn)生的影響[2]。

2　所用的數(shù)學模型的簡述

使用FLUENT軟件，選用的數(shù)學模型有三個：Mixture Model（混合模型）、RNGk-ε紊流模型和PBM（群體平衡模型）[3]。

2.1　模型構(gòu)建及網(wǎng)格劃分

由于輻流式二次沉淀池的軸對稱性，所以本次研究取其1/4進行研究。由于，采用對稱處理，所以，對稱面處采用（symmetry）對稱邊界條件。輻流式二次沉淀池整體網(wǎng)格由結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格組成，總體呈現(xiàn)輻射狀，由中心向側(cè)壁延展，對出入口進行網(wǎng)格加密，總共生成了143965個網(wǎng)格，149030 個節(jié)點[4]。

沉淀池的池深為4.6m，為圓形構(gòu)造，其半徑為12.2m，溢流堰式出口的深度為0.3m，入水口的中心半徑為0.6m，進水口高度為0.6m，擋板的淹沒深度為2.4m，布置在距離進水口2.1m的位置，沉淀池的底部中心設(shè)有排泥口，排泥口半徑為0.2m，池底底坡為i=0.1[5]。

2.2　邊界條件的設(shè)定及算法

（1）進水口：采用速度進入邊界條件。

（2）出水口：采用自由出流的邊界條件。

（3）固體壁面：壁面處設(shè)為無滑移的邊界條件，流體近壁區(qū)域采用標準壁面函數(shù)法處理。

（4）自由液面：自由液面采用通量為零的symmetry邊界條件[6]。

2.3　計算方法

假設(shè)初始時，二次沉淀池內(nèi)充滿清水，讓設(shè)定濃度的污水流入池中。計算進出口的懸浮物斷面質(zhì)量流量與清水出口和污水出口的懸浮物質(zhì)量流量的差值。當差值小于0.1%時，認為沉淀池內(nèi)達到了物料平衡，此時計算結(jié)束。

2.4　不同的入流速度的影響

關(guān)閉能量方程，不考慮溫度的影響，設(shè)置初始時刻污泥濃度為0mg/L，入流速度分別選取 8 種工況，即：0.01m/s、0.02m/s、0.03m/s、0.04m/s、0.05m/s、0.06m/s、0.07m/s和0.08m/s。選取不同入流情況下沉淀池運行時間為150min時的結(jié)果進行分析研究。

圖1　不同的入流速度下的出水ss值的曲線圖

從圖看出，當入流速度為0.07m/s時，出水的SS值已經(jīng)達到了28.74mg/L，這已經(jīng)遠遠大于了城市污水的出水SS的限值。過大的流速會迅速沖走小粒徑的顆粒，沖散凝聚的絮團，使得出水的SS值顯著的增大。這既不利于絮凝，又降低了沉淀池的有效利用率。過大的入流速度會增加下級污水處理設(shè)施的運行成本和負荷。所以，本人建議，在二次沉淀池的運行中，入流速度最好控制在0.02～0.06m/s之間。