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二次沉淀池的数值模拟与优化

邹亮  
【摘要】:二次沉淀池在污水处理系统,特别是活性污泥系统中占有举足轻重的地位。在实际操作中,由于污泥沉降性能、反硝化引起的污泥上浮、以及二次沉淀池内部的湍流、短流、异重流等现象,导致二次沉淀池运行存在诸多不稳定因素。尤其是在严峻的水力负荷下,显得特别突出。本论文主要是从模型的角度实现对二次沉淀池的运行控制、设计优化,并且借助模型加深对二次沉淀池特性的理解和分析。 在第一章中,回顾了近一个世纪以来二次沉淀池的模型发展史。从最初的概念模型,到当今广泛采用的一维层式模型,以及有着巨大发展潜力的二维和三维流体计算模型,分析了各个发展历史阶段的突破和局限性。不仅针对一维层式模型从数学角度给予了深入讨论,而且对现有的各种模型状况从实际运用日的的角度进行了比较和分析,并且指明了今后发展的潜力和方向。 在第二章中,主要实现了对二次沉淀池模型在活性污泥系统控制策略决策中的运用。结合水力传递模型和二次沉淀池模型,对活性污泥系统水力负荷冲击下,回流污泥量控制的三种策略进行了初步分析比较。通过计算和模拟得到各个构筑物的进出水流量变化以及二次沉淀池内各层悬浮固体浓度变化的情况。结果表明在回流污泥量不变和回流污泥随二次沉淀池进水流量变化的策略下,系统都表现相对稳定。尤其是后者,能更好地提高二次沉淀池的负荷承受能力。而采用回流污泥量随活性污泥系统进水量变化的策略对系统的稳定较为不利。 在第三章中,针对传统的一维层式模型在模拟生物反应现象中的缺陷,对现有模型进行了改进。在模型中通过引入了活性污泥模型对二次沉淀池中的反硝化现象进行分析,并且通过化学计量公式实现了对二次沉淀池中的多种组分变化的定量分析。模型结合了实际污水处理厂的运行数据,得到了硝态氮的浓度变化。通过与实测数据的比较,验证了模型的有效性。但是模型中需要实际校验的参数较多,给模型的实际应用,特别是针对在线控制中对由于产气所引起的污泥上浮的预测带来了一定的难度,还需进一步地合理简化。 在第四章中,对二次沉淀池在线控制和诊测进行了讨论。分析了在线控制中影响因子的选择。并且采用灰色关联分析的方法,对污水处理中对沉降效果产生影响的诸因素进行了分析比较,初步确定了与沉降性能相关性较好的一组特征参数。同时也针对影响因子时间的变幅以及数据采集中存在的一些问题进行了初步探讨。 在第五章中,主要是对计算流体力学方法和软件在二次沉淀池优化中的应用 二次沉淀池的数值模拟与优化 进行了讨论。一方面介绍计算流体动力学模型设计的基本方法和思路;另方而 对流体计算软件的发展和原理进行了介绍。并且运用流体计算软件,采用模型方 法分析了对一个二次沉淀池的挡板进行改造后,其容许最大流量变化的情况。 结论部分总结了主要的工作成果,并且指出了进一步发展的方向。


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