楊歡

（陜西服裝工程學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院　陜西西安　712046）

1　研究背景

二次沉淀池作為污水處理過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，其重要性不言而喻。迄今為止，眾多學(xué)者已經(jīng)對(duì)二次沉淀池做了相當(dāng)深入的研究[1]。但是，研究的學(xué)者們?yōu)榱撕?jiǎn)化研究的條件，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(guò)程中，進(jìn)一步的考慮絮凝作用所產(chǎn)生的影響[2]。

2　所用的數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)述

使用FLUENT軟件，選用的數(shù)學(xué)模型有三個(gè)：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(duì)稱(chēng)性，所以本次研究取其1/4進(jìn)行研究。由于，采用對(duì)稱(chēng)處理，所以，對(duì)稱(chēng)面處采用（symmetry）對(duì)稱(chēng)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(duì)出入口進(jìn)行網(wǎng)格加密，總共生成了143965個(gè)網(wǎng)格，149030 個(gè)節(jié)點(diǎn)[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(jìn)水口高度為0.6m，擋板的淹沒(méi)深度為2.4m，布置在距離進(jìn)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(jìn)水口：采用速度進(jìn)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(wú)滑移的邊界條件，流體近壁區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算方法

假設(shè)初始時(shí)，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(jì)算進(jìn)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(dāng)差值小于0.1%時(shí)，認(rèn)為沉淀池內(nèi)達(dá)到了物料平衡，此時(shí)計(jì)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(shí)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(yùn)行時(shí)間為150min時(shí)的結(jié)果進(jìn)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(dāng)入流速度為0.07m/s時(shí)，出水的SS值已經(jīng)達(dá)到了28.74mg/L，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于了城市污水的出水SS的限值。過(guò)大的流速會(huì)迅速?zèng)_走小粒徑的顆粒，沖散凝聚的絮團(tuán)，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(guò)大的入流速度會(huì)增加下級(jí)污水處理設(shè)施的運(yùn)行成本和負(fù)荷。所以，本人建議，在二次沉淀池的運(yùn)行中，入流速度最好控制在0.02～0.06m/s之間。