辐流式沉淀池数值模拟

杨欢

（陕西服装工程学院城市建设学院　陕西西安　712046）

1　研究背景

二次沉淀池作为污水处理过程中的重要环节，其重要性不言而喻。迄今为止，众多学者已经对二次沉淀池做了相当深入的研究[1]。但是，研究的学者们为了简化研究的条件，都忽略了池中的絮凝作用。但是，沉淀池内的湍流效果和池内的絮凝作用是相互影响并共同作用的。所以，有必要在二次沉淀池的研究过程中，进一步的考虑絮凝作用所产生的影响[2]。

2　所用的数学模型的简述

使用FLUENT软件，选用的数学模型有三个：Mixture Model（混合模型）、RNGk-ε紊流模型和PBM（群体平衡模型）[3]。

2.1　模型构建及网格划分

由于辐流式二次沉淀池的轴对称性，所以本次研究取其1/4进行研究。由于，采用对称处理，所以，对称面处采用（symmetry）对称边界条件。辐流式二次沉淀池整体网格由结构化网格组成，总体呈现辐射状，由中心向侧壁延展，对出入口进行网格加密，总共生成了143965个网格，149030 个节点[4]。

沉淀池的池深为4.6m，为圆形构造，其半径为12.2m，溢流堰式出口的深度为0.3m，入水口的中心半径为0.6m，进水口高度为0.6m，挡板的淹没深度为2.4m，布置在距离进水口2.1m的位置，沉淀池的底部中心设有排泥口，排泥口半径为0.2m，池底底坡为i=0.1[5]。

2.2　边界条件的设定及算法

（1）进水口：采用速度进入边界条件。

（2）出水口：采用自由出流的边界条件。

（3）固体壁面：壁面处设为无滑移的边界条件，流体近壁区域采用标准壁面函数法处理。

（4）自由液面：自由液面采用通量为零的symmetry边界条件[6]。

2.3　计算方法

假设初始时，二次沉淀池内充满清水，让设定浓度的污水流入池中。计算进出口的悬浮物断面质量流量与清水出口和污水出口的悬浮物质量流量的差值。当差值小于0.1%时，认为沉淀池内达到了物料平衡，此时计算结束。

2.4　不同的入流速度的影响

关闭能量方程，不考虑温度的影响，设置初始时刻污泥浓度为0mg/L，入流速度分别选取 8 种工况，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。选取不同入流情况下沉淀池运行时间为150min时的结果进行分析研究。

图1　不同的入流速度下的出水ss值的曲线图

从图看出，当入流速度为0.07m/s时，出水的SS值已经达到了28.74mg/L，这已经远远大于了城市污水的出水SS的限值。过大的流速会迅速冲走小粒径的颗粒，冲散凝聚的絮团，使得出水的SS值显著的增大。这既不利于絮凝，又降低了沉淀池的有效利用率。过大的入流速度会增加下级污水处理设施的运行成本和负荷。所以，本人建议，在二次沉淀池的运行中，入流速度最好控制在0.02～0.06m/s之间。