輻流式沉淀池數值模擬

楊歡

（陜西服裝工程學院城市建設學院　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節，其重要性不言而喻。迄今為止，眾多學者已經對二次沉淀池做了相當深入的研究[1]。但是，研究的學者們為了簡化研究的條件，都忽略了池中的絮凝作用。但是，沉淀池內的湍流效果和池內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生的影響[2]。

2　所用的數學模型的簡述

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

2.1　模型構建及網格劃分

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格由結構化網格組成，總體呈現輻射狀，由中心向側壁延展，對出入口進行網格加密，總共生成了143965個網格，149030 個節點[4]。

沉淀池的池深為4.6m，為圓形構造，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：壁面處設為無滑移的邊界條件，流體近壁區域采用標準壁面函數法處理。

（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

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

2.4　不同的入流速度的影響

關閉能量方程，不考慮溫度的影響，設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值已經達到了28.74mg/L，這已經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。