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雨天溢流污水就地处理工艺开发及处理装置CFD模拟研究

盛铭军  
【摘要】: 随着我国城市化进程的加快,城市雨天溢流污染问题日益凸现,雨天溢流污水含大量污染物质,若未经有效处理直接排放水体,将严重破坏水环境并危及人体健康。 根据上海市西干线雨天污水溢流的水质情况,研制一套采用强化絮凝+高效沉淀工艺的装置处理雨天溢流污水,对装置各单元的设计进行了介绍和分析,应用管道静态混合器取代传统混合池单元,设置导流筒强化反应池絮凝效果,增设斜管和悬浮填料提高沉淀池沉淀效率,采用fluent商业软件对装置沉淀单元流态进行模拟优化。 现场搭建溢流污水中试处理装置,考察各种相关因素对其的影响,捕获不同雨型进行现场试验,验证装置处理效能。分别对旱流污水、小雨情况混接雨污水、中强降雨混接雨污水和暴雨溢流污水、梅雨持续雨天、冬春季节持续降雨等工况进行了试验研究,装置能较大幅度地削减SS、TP和COD等各项污染物,有效控制雨天溢流污水对水体的污染。处理暴雨条件下雨天溢流污水,SS、浊度、TP和COD平均去除率分别达到82%、79%、77%和69%以上,装置沉淀池表面水力负荷可达32m~3/h.m~2,为普通沉淀池表面水力负荷的10倍以上。 分别考察装置污泥回流、沉淀池水力负荷和药剂投加点与出水水质的关系和影响,讨论底流排放措施、沉淀池设置斜管、管道混合器应用等各种措施对出水水质的改善情况。污泥回流在溢流污染控制中不建议采用,药剂最优投加点为反应池进水口部位,出水SS浓度随出水流速即沉淀池水力负荷的增加而上升,水质其他指标相应升高;装置底流排放措施是控制多余溢流污水的有效措施; 沉淀池斜管的设置主要起整流和泥水分离作用;管道混合器取代传统混合池单元,减少了混合池设施及其搅拌设备,防止药剂投加过程携带或混入空气,有效控制了反应池和沉淀池出现浮渣,改善沉淀池出水水质。 启动响应时间是溢流污水处理装置的重要指标,结合自主开发的溢流污水高效处理装置,研究了装置在不同启动方式下的响应时间及影响因素。研究表明,干式启动时装置响应时间达25~30min,响应时间内出水水质较差,浊度高达120NTU以上,SS浓度也在100mg/L以上;湿式启动运行时,装置响应时间为10min左右,响应时间内出水水质良好,出水浊度60NTU左右,SS浓度小于60mg/L。处理溢流污水时应采用湿式启动方式,以有效削减初期溢流污染。 对斜管滤料沉淀池的处理功能进行了探讨,在斜管上部加设滤料,利用滤料层稳定水流,拦截絮体;实验表明,提高沉淀池水力负荷,沉淀池较难出现矾花跑冒现象,出水效果较好,出水稳定,该措施能有效提高了沉淀池的处理负荷。 借助大型计算流体力学Fluent软件,采用标准κ-ε两方程湍流模型,对装置沉淀单元进行了数值模拟,发现目前运行的沉淀装置存在严重的回流区及其较大的死区。通过分析沉淀池中水流的运动规律,在沉淀池进水堰下方设置挡板,重新进行计算后表明,沉淀池流态较前模型合理,改善了沉淀池流态。 开发的高效溢流污水处理装置启动快,处理负荷高,耐水力冲击,出水水质稳定;处理单元少,结构紧凑,占地面积小,运行操作简单;污泥可回流入污水管网,减少了污泥处理设施,可推广应用于国内多雨城市溢流污染控制中。


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