雨天溢流污水就地处理工艺开发及处理装置CFD模拟研究

【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。 【关键词】：雨天溢流污水 高效处理装置 启动方式 拦截 数值模拟
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第1章 引言16-34
• 1.1 概述16
• 1.2 CSOs溢流污染特点及其危害16-18
• 1.3 国外雨水溢流控制研究18-20
• 1.4 国内雨水溢流治理研究进展20-21
• 1.5 溢流污水控制措施21-23
• 1.5.1 CSOs源头控制21-22
• 1.5.2 CSOs污染的末端处理技术22-23
• 1.6 化学强化处理工艺23-24
• 1.7 国外溢流污水高效处理装置介绍24-28
• 1.7.1 ACTIFLO工艺24-26
• 1.7.2 Densadeg+Biofor工艺26-27
• 1.7.3 Lemalla Plate工艺27
• 1.7.4 溢流污水处理装置特点27-28
• 1.8 环境单元CFD模拟研究现状、发展动态28-31
• 1.8.1 计算流体力学最新发展28
• 1.8.2 常用CFD软件及fluent介绍28-30
• 1.8.3 数学模型的建立和求解步骤30-31
• 1.9 CFD在污水沉淀池数值模拟中的应用31-34
• 第2章 研究背景、意义和内容34-39
• 2.1 研究背景34-36
• 2.1.1 上海污水处理及溢流现状34
• 2.1.2 上海市西干线系统简介34-35
• 2.1.3 西干线蕴藻洪调蓄处理池工程35-36
• 2.2 研究内容36-37
• 2.2.1 高效溢流污水处理装置的开发与试验研究36-37
• 2.2.2 实验室试验37
• 2.2.3 现场中试装置工况研究37
• 2.3 课题研究目的和意义37-39
• 第3章 溢流污水高效处理装置设计开发39-57
• 3.1 中试装置及工艺流程介绍39-41
• 3.2 装置各单元设计41-53
• 3.2.1 调节池41-42
• 3.2.2 混合设备42-44
• 3.2.3 管道混合器的应用44-45
• 3.2.4 反应器单元设计45-47
• 3.2.5 沉淀单元的设计47-52
• 3.2.6 装置加药系统控制52-53
• 3.3 试验装置主要设备53-55
• 3.4 高效溢流污水处理装置特点55-56
• 3.5 小结56-57
• 第4章 高效溢流污水处理装置中试试验研究57-85
• 4.1 雨天溢流污水混凝试验57-58
• 4.1.1 试验设备及药品57
• 4.1.2 实验方法57
• 4.1.3 测定指标和方法57-58
• 4.1.4 试验水质58
• 4.2 试验结果讨论58-60
• 4.2.1 雨污水的自然沉降性58
• 4.2.2 无机混凝助凝剂的选择58-59
• 4.2.3 无机混凝剂与有机高分子絮凝剂复合使用59-60
• 4.2.4 溢流污水处理费用60
• 4.3 现场溢流污水变化60-64
• 4.4 旱流污水的处理64-67
• 4.4.1 装置对旱流污水COD，SS的去除效果64
• 4.4.2 装置对混合雨水污水污染物质的去除效果64-65
• 4.4.3 装置对旱流污水和混合雨水去除效果分析65-67
• 4.5 强化混凝+高效沉淀处理装置对NH_3-N和TN的去除67-70
• 4.6 高效溢流污水处理装置处理不同溢流污水能力验证70-83
• 4.6.1 工况一:中雨污水混流70-72
• 4.6.2 工况二:暴雨工况试验研究172-74
• 4.6.3 工况三:暴雨工况试验研究274-77
• 4.6.4 工况四:中强雨试验研究177-78
• 4.6.5 工况五:中强雨试验研究278-81
• 4.6.6 工况六:低温混合雨水污水水质试验81-83
• 4.7 小结83-85
• 第5章 高效溢流污水处理装置运行影响因素研究85-103
• 5.1 装置污泥回流影响研究85-88
• 5.1.1 装置污泥排放及其回流设计85-86
• 5.1.2 沉淀池污泥回流效果研究86-88
• 5.2 沉淀池表面水力负荷(流量变化)对出水水质的影响88-91
• 5.3 底流排放措施研究91-95
• 5.4 药剂投加点的影响95-97
• 5.4.1 混凝剂的投加点选择95
• 5.4.2 助凝剂PAM的投加点95-97
• 5.5 斜管设置作用97-100
• 5.6 管道混合器对浮渣的控制100-101
• 5.7 小结101-103
• 第6章 溢流污水处理装置响应时间试验研究103-110
• 6.1 响应时间概念103
• 6.2 干式启动响应时间103
• 6.3 湿式启动响应时间103-104
• 6.4 不同启动方式响应时间和出水水质比较104-107
• 6.4.1 干式启动时响应时间及其出水水质104-106
• 6.4.2 湿式启动时响应时间及其出水水质106-107
• 6.5 装置响应时间的影响因素107-109
• 6.5.1 进水流量107-108
• 6.5.2 反应池絮体浓度108
• 6.5.3 沉淀池污泥量108-109
• 6.5.4 运行启动建议109
• 6.6 小结109-110
• 第7章 斜管滤料沉淀装置开发研究110-123
• 7.1 沉淀池改进必要性110
• 7.2 悬浮载体在水处理中的应用110-112
• 7.3 斜管虑料沉淀池112-115
• 7.3.1 斜管滤料沉淀池原理112-113
• 7.3.2 斜管滤料沉淀池设计113-115
• 7.4 不同流量下斜管填料沉淀池出水水质及其去除效果115-117
• 7.5 改进后沉淀池处理效果验证117-121
• 7.5.1 中等强度降水天气118-119
• 7.5.2 暴雨工况119-121
• 7.6 小结121-123
• 第8章 高效溢流处理装置沉淀单元CFD研究123-139
• 8.1 CFD模拟计算特点123-124
• 8.2 溢流污水处理装置的CFD研究124
• 8.3 高效沉淀池几何模型124-125
• 8.4 沉淀单元CFD模拟125-133
• 8.4.1 模型选择125-128
• 8.4.2 边界条件设置128
• 8.4.3 模型网格划分128-129
• 8.4.4 模拟结果分析129-133
• 8.5 沉淀单元挡流板改进CFD模拟133-138
• 8.6 小结138-139
• 第9章 结论和建议139-141
• 结论139-140
• 建议140-141
• 致谢141-142
• 参考文献142-148
• 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果148-149

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