Numerical modeling method on the movement of water flow and suspended solids in two-dimensional sedimentation tanks in the wastewater treatment plant

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ,ｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｍｅｔｈｏｄｏｆｓｏｌｉｄｌｉｑｕｉｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｓｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ .Ｆｒｏｍｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ,ｏｎｅｑｕａｒｔｅｒｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔｉｓｕｓｅｄｆｏｒｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｔａｎｋｓ (Ｓｗａｍｅｅ ,1 996) .Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃ…     

Numerical modeling method on the movement of water flow and suspended solids in two-dimensional sedimentation tanks in the wastewater treatment plant

Taking the distributing calculation of velocity and concentration as an example,the paper established a series of governing equations by the vorticity-stream function method, and dispersed the equations by the finite differencing method.After figuring out the distribution field of velocity, the paper also calculated the concentration distribution in sedimentation tank by using using the two-dimensional concentration transport equation.The validity and feasibility of the numerical method was verified through comparing with experimental data.Furthermore,the paper carried out a tentative exploration into the application of numerical simulation of sedimentation tanks.     

污水厂二维沉淀池水流和悬浮物运动数值模拟

以典型城市污水处理厂平流矩形沉淀池速度和浓度分布计算为例,利用涡量-流函数法建立控制方程,并以有限差分法中的控制容积法对方程进行了离散,求出速度分布场后,利用二维浓度迁移方程对沉淀池浓度分布进行了计算.通过与实验数据的对比,验证了方法的有效性与可行性.另外还对沉淀池数值模拟的应用进行了初步探索.     

基于数值仿真-响应表面法的二沉池优化研究

以长沙市某污水处理厂二沉池为例,采用多相流混合物模型与k-ε湍流模型结合对辐流式二沉池内速度场和污泥浓度场进行了数值模拟.以出水口悬浮物浓度(SS)为响应目标,对影响二沉池沉淀效果的3个影响因素(进水口流速、颗粒污泥粒径、挡板的淹没深度)进行中心复合设计(central composite design,CCD),并经响应表面法分析得到影响出水SS的二次回归模型,确定了二沉池沉降的最佳条件:进水口流速为0.03m·s-1,颗粒污泥粒径为220.41μm,挡板的淹没深度为3.45m,采用数值仿真模拟实验得到出水口悬浮物浓度值为2.4mg·L-1,较优化之前的仿真结果一周平均值6.7mg·L-1相比,其处理效率提高了64.2%.采用数值仿真和响应表面法结合对二沉池工艺条件进行优化研究,可以加速寻优过程,是工艺优化的辅助工具.     

气泡尺寸对曝气池内气液两相流数值模拟的影响

为探索在曝气池气液两相流数值模拟中气泡尺寸对两相流流动特性的影响,采用大涡模拟和欧拉－拉格朗日方法建立了曝气池两相流数学模型.基于模型实验得到的工程上常用的微孔曝气盘的气泡尺寸分布,在数值模拟中设定了3种气泡尺寸分布方案,比较了不同的气泡尺寸设定方案对计算曝气池内水流流速和气含率等参数的影响.结果表明,气泡尺寸对水流流场具有较大的影响,而对气含率分布的影响在大部分区域不明显,只在气含率峰值附近影响较显著;使用多组气泡尺寸的设定方案可以提高计算结果的准确性,采用单组气泡尺寸时应尽量使其接近平均气泡直径.     

污水处理厂二沉池数值模型研究进展

数值模型模拟在污水处理厂二沉池设计、运行操作和优化方面具有无可替代的优势,对现有数值模型进行归纳与总结对实际应用中选择及建立模型至关重要。介绍了用于二沉池数值模拟的欧拉-拉格朗日模型、欧拉-欧拉模型和混合模型等多相模型的原理,对各模型的适用性进行阐述,总结其优点和不足;阐述了单相模型在污泥沉降中的应用原理,提出单相模型通过耦合单独的固相输运方程来描述污泥沉降运动规律,其在二沉池污泥浓度分布预测上优于多相模型;论述了污泥沉降速度模型研究现状,其中包含利用批量沉降试验的污泥间歇沉降模型和描述污水处理厂二沉池连续流污泥沉降模型;较为系统地综述了二沉池污泥负荷、几何结构、温度等因素对二沉池内水质模拟结果的影响;最后对污水处理厂二沉池数学模型的选择和沉降模型后续研究进行了展望。

     

Optimum municipal wastewater treatment plant design with consideration of uncertainty

A newly developed model for the optimum municipal wastewater treatment plant (MWTP) design is presented. Through introducing the interval variables, the model attempts to consider the effects of uncertainties caused by the fluctuation of the wastewater quality and quantity during the design of MWTP. The model solution procedure is illustrated in detail, and a numerical example is given to verify the feasibility and advantage of the model. Furthermore, the possibility of the model application is briefly outlined.     

Numerical simulation of the sedimentation of cylindrical pollutant particles in fluid

The sedimentation of cylindrical pollutant particles which fall through a fluid is investigated. Differing from previous research work,particle oscillation and effect of particle on the fluid are considered, and the torque exerted on a particle when viscous fluid flow around a particle is got through experiment and included in the numerical simulation. The computational results showed that the sedimentation velocities of particle increase slowly with the increase of particle aspect ratio 9. For disk-like particle, when the motion direction of particle is parallel to axis of particle, particle falls more slowly than the case of perpendicular to axis of particle; while for rod-like particle, it is inverse. For sedimentation of a crowd of high-frequency oscillating cylindrical particles with arbitrary initial orientation, both vertical velocity and horizontal velocity oscillate dramatically, the degree of oscillation of the former is stronger than the later. A crowd of particles fall more quickly than an isolated particle. Particles tend to strongly align in the direction of gravity. The computational results agreed well with the experimental ones and helpful for controlling of pollutant particles.     

梯级生态湿地对污水厂尾水水质提升作用的数值模拟研究

以无锡城北污水厂尾水水质提升的梯级生态湿地为研究对象,以湿地长序列水质监测数据为基础,采用MIKE21二维流场模块(HD)耦合ECO Lab的“WQ with nutrients”模块开展梯级生态湿地系统的数值模拟研究,率定水质净化关键参数,研究梯级生态湿地对污水厂尾水水质净化作用.结果表明,梯级生态湿地对COD、BOD、NH₃-N、NO₃^-和PO₄^3-的平均去除率分别为26.08%、26.08%、52.50%、31.62%和56.98%,污染物削减负荷分别为1.52、0.23、0.18、0.93和0.044 g·m^-2·d^-1,湿地系统的水动力和水质模拟误差分别在5%和15%之内.模拟率定了BOD一级反应降解系数和硝化作用、反硝化作用一级反应系数,以及植物、微生物吸收NH₃-N和PO₄^3-系数等梯级生态湿地水质净化关键参数,提出了梯级生态湿地水质提升的污染物削减途径;...     

数值模拟在土壤环境影响评价中的应用

根据土壤中溶质迁移转化模型,建立土壤中引油类污染物质迁移转化数值模拟模型,以预测在油井井场附近,石油类污染物质在土壤剖面的分布、迁移和转化,在大地龙北油田开发建设工程环境影响评价中,应用此模型预测石油对土壤的污染,为环境影响评价提供依据预测结果与实验结果相近,认为在通常情况卜地表的石油主要积累在30cm以上的土壤中,下渗的最大深度为80cm,不会对地下水造成污染     

横向流中曝气气泡生成动力学及模拟研究

采用水平集方法和变物性的单一流体运动方程,结合显式时间步进的ICE数值算法,三维模拟了推流式曝气池内气泡的生成过程.重点研究了横向水流对曝气气泡生成动力学的影响.模拟的气泡形状演变过程与国外学者的可视化实验符合较好.模拟结果显示,与在静止水流中气泡的生成相比,曝气池内水横向流动对气泡的生成过程有重要的影响.由于受到水流施加的横向曳力作用,气泡逐渐倾斜向下游生长;气泡生成的时间明显缩短;生成气泡的体积也显著地减小.     

重力沉淀对猪场污水的分离效果及其对沼气发酵的影响

采用重力沉淀法对猪场污水进行浓稀分离,并对分离得到的稀污水和浓污水进行沼气发酵实验,以考察沉淀分离对猪场污水沼气发酵的影响.结果表明,分离得到的稀污水体积占原污水的71.5%,相对于原污水,体积减少了28.5%,而COD、BOD5、SS、TN、TP浓度却分别减少了59.3%、64.4%、85.8%、36.7%和70.9%.分离得到浓污水体积占原污水体积的28.5%,却回收了70%以上COD与BOD5、95%以上的SS、65%的TN和85%的TP.绝大部分产沼气的底物都被分离到浓污水中,浓污水沼气产量占总产气量的85.5%.沉淀分离可以提高沼气发酵效率,在相同的发酵温度、COD负荷下,浓污水平均池容产气率为1.68L·L-1·d-1,比原污水和稀污水分别高25.3%、145%.通过重力沉淀,可以获得更好的升温效果,提高沼气发酵效率,沼渣沼液利用及污水达标处理也更加容易.     

远程数值模拟技术在赤潮应急监测中的应用研究

根据赤潮灾害应急监测的需要,以应急监测实施为出发点,基于水动力数值模拟技术和赤潮藻种扩散模拟技术,建立可业务化应用的赤潮应急监测远程数值模拟平台。平台可成为多部门应对赤潮灾害的协同工作平台,为管理部门提供赤潮发生后藻种的漂移方向、扩散范围等信息,并为监测队伍提供监测范围指引。平台的构建实现了对突发性赤潮灾害的远程智能分析和决策支持,提高了赤潮应急监测方案的合理性和监测实施的有效性。     

陶瓷窑炉内NOx生成的三维数值模拟

借助计算流体力学(CFD)FLUENT软件对NOx在陶瓷烧成过程中的生成机理进行了研究,并探讨了影响NOx生成的因素,为治理及减少NOx排放提供相关的参考.研究发现,随着升温速度的增大,窑内温度均匀性变差,易形成局部高温点(区),从而导致NOx生成速度的增大;燃料所产生的中间产物NH3或HCN浓度在远离烧嘴和料垛区域中较小,总NO和燃料型NO浓度却较大.不过,无论中间产物为NH3还是HCN,都不能减少有害气体的生成.     

基于数值模拟的城市街区详细规划通风评估研究

高密度城市建筑会导致城市街区内部风速降低并加剧空气污染,因此对城市详细规划进行通风评估十分必要.由于数值模拟具有经济简便的优势,因此以USSM模式为工具,对城市街区详细规划通风评估方法进行了研究.利用汉堡大学CEDVAL风洞实验数据集对USSM模式的准确性进行了验证,表明USSM模式可以较准确地描述建筑对近地层风场的影响.通过36组敏感性数值试验,研究了建筑密度、排列方式和楼高高低错落对街区通风条件的影响,在此基础上得到了一系列关于通风条件优化的详细规划策略,包括:①对于建筑密度较高的街区,应该依主导风向预留通风道;②相同容积率条件下,分散的建筑布局比集中连片的建筑布局更有利于获得通风条件;③略有错落的建筑布局对于获取更好的通风条件有较大帮助;④较矮的建筑物应布设在上风向,而较高的建筑应布设在下风向.最后,以深圳后海地区详细规划方案为例进行了实际案例评价分析,证明即使街区内的容积率不变,按照一定原则对方案进行调整,仍可在一定程度上改善街区内的通风条件.上述研究结果表明,以数值模式为工具进行城市街区详细规划的通风评估,是提高城市街区通风能力的一种经济简便易行的方法,适合在我国内地各城市推广.     

基于烟道喷射蒸发的脱硫废水处理数值模拟研究

针对脱硫废水在烟道内的喷射过程,通过计算流体动力学（CFD）进行数值模拟,研究了烟气性质与操作参数对废水蒸发过程的影响.结果表明：随着烟气温度的升高,液滴蒸发时间逐渐降低,完全蒸干距离缩短;当烟气流速增加,蒸发时间逐渐减小,但完全蒸干距离先减少后增加,流速为5m/s时,废水液滴的完全蒸干距离最近;随着液滴粒径的增加,液滴的完全蒸发时间明显变长,流场内相对低温区域范围扩大;当喷射速度由20m/s升高至60m/s过程中蒸发时间由约0.21s下降至0.16s,但随烟气流速增加,其减少蒸发时间的作用减弱.该模拟结果可以为废水烟道喷射技术的相关工程应用提供优化设计方案和运行指导.     

137Cs在大鹏澳中迁移分布的数值模拟与预测

137Cs作为广东核电站放射性排出核素之一,具有高残留,高积累的特点.悬浮物对放射性核素的吸附沉降是影响海湾水体中核素迁移的重要机制之一.为正确评价核电站放射性排出物对大亚湾海湾水域的影响,建立了考虑悬浮物吸附沉降影响的深度平均二维对流扩散模型,模拟了放射性核素137Cs在大鹏澳内的迁移分布状况,并对未来湾内水质进行预测.模拟预测表明若维持当前排放量,未来50年内海湾中137Cs活度并没有呈持续上升趋势,局部虽略有累积,但活度值仍很小,最大仅约4Bq/m3,说明悬浮物吸附137Cs沉降对海湾的自净作用不容忽视. 137     

地下含水层中污染物生物降解的机制和数值模拟

对地下含水层污染物生物降解的数学模型建模原则作了补充,对一维均匀介质定常流下生物降解过程进行了模拟研究。对模型适用性的验证结果表明：模型的模拟结果与已发表的模拟结果和已有的实测结果较为一致。对细菌生物降解机制模拟试验结果表明：降解过程是高度非线性相互作用过程,除个别参数有明显趋向作用外,多数过程相应参数的影响后果由特定条件决定。而模型正是能预报这些作用的详细过程。     

三效催化转化器老化过程预测及数值仿真

基于三效催化转化器的老化机理，提出了老化过程的预测方法。然后将老化机理与化学反应机理相结合，建立包含老化过程的三效催化转化器反应模型，并进行数值仿真，得到三效催化转化器载体温度及氧浓度沿载体轴向的分布特性，最后计算得出预测三效催化转化器老化过程的主要参数以及老化前后转化效率的变化，并与实验值进行比较。     

地下水三维数值模拟及其优化开采

通过总结地下水三维数值模拟及其优化开采的研究方法，本文建立了地下水概念模型、数学模型、三维数值模拟模型和优化模型的耦合模型，最后提出了联合运用地理信息系统软件Arc View、地下水模拟软件FEFLOW和最优化软件Lindo或Lingo的实现方案。