污水处理厂二次沉淀池模型研究

【摘要】： 二次沉淀池是污水处理过程的重要环节,提高其功效有助于保证出水质量、提高处理效率。然而,二次沉淀池运行规律的时变性、非线性和复杂性,使得人们无法在实际操作中对其运行规律得到全面的认识,为此,本研究开展了对该类沉淀池数学模型的研究,运用模型的手段来了解沉淀池内部规律,以更好地指导实际中的沉淀池设计和操作。 本研究首先探讨了二次沉淀池内部污泥的沉降规律,在传统沉降模型研究的基础上,建立了一个新的沉降模型。在该模型中我们将污泥沉降速率表达为搅拌污泥统计指数的函数,由于污泥容积指数的易于测取,这使得新模型更易于实际应用。此外,新模型沉降速率单指数模型相比,具有能清晰描述污泥低浓度区域沉降规律的优点;同时新模型相对于沉降速率双指数模型相比,具有参数少的优点。但新模型还需在实际应用中经过不同类型污泥沉降的检验才能普及推广。 其次,本研究建立了考虑反硝化作用的一维沉淀池模型,这使得我们对二次沉淀池的认识更为加深。本研究引入活性污泥模型表达二次沉淀池内的反硝化反应情况,并采用化学计量学表达式对反硝化反应进行定量描述;进一步细化了对二次沉淀池内多种组分的变化的描述。此外,通过实例验证分析表明了本模型对沉淀池内污泥分布描述的有效性、精确性,对二次沉淀池的优化设计和运行控制具有潜在的价值。但本模型设计了较多的参数,相信进一步加强多模型参数的研究将会使本模型更为精确。 再次,本研究借助商业计算流体力学软件FLUENT分析了二次沉淀池的内部构造和水动力学因素。在二次沉淀池研究领域应用计算流体力学软件具有广阔的前景,本研究分析了典型计算流体力学软件的特点,初步认识了这些软件的应用范围。此外,通过FLUENT软件的模拟对二次沉淀池内部构造进行了优化,模拟结果表明在沉淀池内合理增设挡板是有益的。最终结果证明通过计算流体力学软件能够较为便捷地指导实际工作,并且起到了节省资金和时间的功效。 最后,本研究开展了二次沉淀池的二维模型研究,并通过有限元方法对模型进行求解。在二次沉淀池内液-固混合相的存在使得我们的模型具有高度的非线形和复杂性,同时紊流的存在也增加了模型的难度。本模型提出的算法很好地解决了这些困难,并且通过模拟结果于实际测定结果的对比,表明了本模型的有效性。这对于实际应用具有很好的指导意义。 总之,通过对污泥沉降规律、一维二沉池模型、二维沉淀池模型的研究,深化了我们对二次沉淀池运行规律的了解,对于将来的研究具有潜在的价值。 【关键词】：污水处理厂 二次沉淀池模型 沉降速率模型 计算流体力学
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 插图索引10-12
• 附表索引12-13
• 第1章 绪言13-23
• 1.1 研究背景14-16
• 1.2 研究进展16-22
• 1.3 研究目的22
• 1.4 论文结构22-23
• 第2章 二次沉淀池内沉降速率SSVI 模型23-31
• 2.1 前言23-24
• 2.2 模型的建立24-25
• 2.3 模型的应用25-26
• 2.4 结果和讨论26-31
• 第3章 考虑反硝化作用的二次沉淀池模型31-42
• 3.1 概述31
• 3.2 模型的提出31-37
• 3.2.1 模型假设条件31-32
• 3.2.2 模型基本方程32-33
• 3.2.3 颗粒沉降速率方程33
• 3.2.4 扩散系数33-34
• 3.2.5 反硝化反应方程式34-35
• 3.2.6 二次沉淀池模型35-37
• 3.3 案例分析与模型应用37-41
• 3.3.1 案例分析37-40
• 3.3.2 计算结果40-41
• 3.4 结论41-42
• 第4章 计算流体力学在二沉池改造中的应用42-55
• 4.1 介绍42
• 4.2 计算流体力学模型方法和思路42-45
• 4.2.1 数学模型和算法42-44
• 4.2.2 模型的参数校准44
• 4.2.3 模型的有效性验证44-45
• 4.3 计算流体动力学软件的应用45-49
• 4.3.1 计算流体力学发展简述45
• 4.3.2 计算流体软件的主要特点45-46
• 4.3.3 基本解法、离散格式与湍流模型46-49
• 4.4 案例分析49-54
• 4.4.1 模型基础和假设49-50
• 4.4.2 模型的计算50-53
• 4.4.3 结果分析53-54
• 4.5 结论54-55
• 第5章 二次沉淀池二维有限元分析55-88
• 5.1 数学模型55-58
• 5.2 有限元近似58-64
• 5.2.1 时间离散60-62
• 5.2.2 求解纳维尔－斯托克斯方程62-63
• 5.2.3 对所有方程的求解63-64
• 5.3 案例分析64-86
• 5.3.1 边界条件65-67
• 5.3.2 初始条件67
• 5.3.3 Darvill 旧沉淀池67-77
• 5.3.4 Darvill 新沉淀池77-82
• 5.3.4 Watts 沉淀池82-86
• 5.4 结论和展望86-88
• 第6章 结论和建议88-90
• 6.1 结论88-89
• 6.2 建议89-90
• 参考文献90-98
• 附录（硕士期间发表的学术论文）98-99
• 致谢99

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