辐流式二沉池的数值模拟及工程应用 郝二成

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

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； 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。

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

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。

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。

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。

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

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

增加裙板前后污泥浓度分布 池壁加裙板 未改造

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

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

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)

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;

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

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。

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

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

澄清层对比

出水SS对其它运行参数的影响模拟 工况 SS 颗粒COD COD TN TP MLSS 回流MLSS 1 9.7 9.01 35.9 16.57 0.88 3608 7076 2 10.8 10.06 36.9 0.93 3575 7011 3 12.2 11.38 38.2 16.58 0.99 3535 6929 4 14.0 13.11 39.9 16.63 1.07 3483 6824

出水COD

出水TP

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

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

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。

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

影响因素 污泥容积指数 （SVI） 5 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 混合液悬浮 固体浓度 （MLSS） 4 设计流量 （ Designed Q ） 1 沉淀池直径 （ Clarifier Diameter ） 2 污泥回流比 （ RAS rate ） 3

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

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。

2009年运行数据 月 水温 水量 SVI MLSS 污泥回流比 1 14.9 54.7 290 3273 103 2 15.3 56.1 343 2800 3 16.9 55.8 337 2872 110 4 19.2 59.2 295 3211 5 22.2 60.1 249 3509 95 6 24.0 60 175 4464 84 7 26.0 72.7 161 4174 77 8 26.9 74 147 3355 9 25.1 67.6 119 3361 10 22.8 59.4 108 4218 81 11 16.0 57.9 120 4082 94 12 16.2 57.7 169 3367 102

状态点分析模拟结果 流量(*104m3/d) SVI(ml/g) 污泥回流(%) 最大MLSS（mg/L） 回流MLSS(mg/L) 50 350 最低120 2800 60 300 最低100 250 100 3500 70 3000 85 3100 65 200 4000 3400 3700 150 5000 10000 55 9860 4500 9800 10500 9000 9790

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。

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