水下推动器对氧化沟流场特性影响的实验研究

采用声学多普勒测速仪(ADV)对水下推动器运行时氧化沟流场进行分析,结果表明:水下推动器单独运行时氧化沟直道流速分布规律与曝气转盘单独运行时不同,靠近叶轮处流速分布沿水深与沟宽都不同,可看作是一个点射流与典型明渠流动混合的流动,具有明显的三维性。通过一段距离的流速掺混,沟内液流可达到一个准二维流动。水下推动器安装在断面中部时的断面平均流速比安装在底部时大18%左右,动力利用率高,较有效地起到推流作用;安装在断面中部时紊动强度分布稳定时的断面离叶轮迎水面的相对距离比安装在断面底部短。     

氧化沟反应器流体力学特性的数值模拟与实验研究

采用CFD数值计算和体视PIV测试相结合的方法研究卡鲁塞尔氧化沟反应器流场特性。探索复杂边界条件下反应器流场的模拟方法，采用体视PIV技术分别测量了反应器直道、弯道处三维全场流速；研究不同位置处纵、横、垂三向的流动结构和沿程分布特点。结果表明，模拟与实验结果较吻合；纵、垂两向的流动分布是决定沟内水力特性的主要因素；横、垂两向的流动是决定污泥沉积位置的主要因数；外沟靠近曝气叶轮直道段的流速分布上大下小，在低速区底部易发生污泥沉积；外沟远离曝气叶轮直道段流速分布上小下大，利于防止泥水分离；弯道段受横比降和横向环流的影响，内侧容易形成低速区或停滞区而发生污泥沉积。     

气升式氧化沟流动特性的中试研究

在清水实验中研究了中试气升式氧化沟单侧廊道流速分布及进气量对升流区和直段流速的影响.中试装置容积54m3,当进气量按42,79,170m3/h 增大时,升流区水平方向流速略有增加,沿水深方向流速增幅较大;直段流速随气量的增加变化不大;进气量大于79m3/h 后直段流速几乎没有变化,底部平均流速约为0.25m/s.通过测试不同进气量下的污泥浓度确定了保证流动的最小流速.进气量为20m3/h 时,沟内最大流速仅有0.07m/s,此时仍未出现污泥沉降.结合后续的污水处理效果研究,实际工程中可将沟底流速大于0.15m/s 作为防止污泥沉降的流速要求.     

Carrousel氧化沟单个表曝机流态的模型试验和分析比较

对仅安装1个倒伞形表面曝气机(简称表曝机)的Carrousel氧化沟模型进行了水力学测定,通过颗粒动态分析仪(PDA)系统分析流出和流入表曝机一侧的液体流动速度、沉降速度,以及固体含量分布.结果表明,流出表曝机一侧,距表曝机较近的x轴位置流速较大;沉降速度沿y轴有个转折点,位于沟壁与挡板的中间;远离单个表曝机,固体含量逐渐增大.并将单个表曝机的测量结果与氧化沟内安装2个表曝机的流动试验进行比较,发现2个表曝机所产生的流场与单个表曝机产生的流场差别较大,且2个表曝机所产生的流场更稳定.      

卡鲁塞尔氧化沟液-固两相流动混合物模型与两相水力特性模拟

采用CFD数值计算的方法研究了卡鲁塞尔氧化沟工艺的污水-污泥两相水力特性.将污泥沉降模型进行湍流影响修正后与两相湍流混合物模型耦合,建立了氧化沟液固两相湍流混合物模型,实现了垂向上液固两相运动的分离;利用计算流体软件Fluent对工业规模污水厂氯化沟的污水-污泥两相流速进行模拟,结果表明,两相流混合物模型较好地揭示了氧化沟内混合液流场和污泥的分布情况,污泥浓度与流速呈负相关.     

均匀入流沟渠的流量与沿程水深变化规律

近年来,在城市建设过程中,广场、公园、城市道路等区域大量采用线性排水沟或缝隙排水,有沿程入流的沟渠为非均匀流,因此,在上述排水方式中普遍采用的谢才公式计算方法会产生较大误差。针对上述问题,采用物理模型方法,研究了沿程均匀入流对明渠恒定流水面曲线的影响,提出了不同坡度、渠底宽度和壁面粗糙度条件下的水面曲线,并与谢才公式计算结果进行了比较。结果表明:在各实验工况条件下有沿程入流时,沟渠内水面曲线均沿程增加,与谢才公式计算结果有明显差异,并进一步拟合出流量-水深的计算关系公式。上述研究成果对研究和优化道路边沟、线性排水等沿程均匀入流沟渠的水力断面设计计算具有重要意义。     

导流板对氧化沟流场影响的数值模拟

利用Fluent软件对氧化沟流场进行三维数值模拟,采用滑移壁面模型定义转盘转动,Realizable k-ε模型模拟流场湍流变化,并与实测数据拟合验证,再运用验证后的模型对加装导流板前后的深沟型氧化沟进行模拟,得出导流板安装参数变化对氧化沟的影响。结果表明,加装导流板后氧化沟的流场改善明显,沟内中下部液流流速得到改善,减小了污泥淤积的可能。并得出合理的导流板安装参数:导流板板长为水深的1/5;距转盘中心距离为转盘直径的2倍,浸深为曝气转盘浸深的1/6。     

壁面马赫数分布规律可控的新型内收缩基准流场设计方法

根据有旋特征线理论,设计出了沿程马赫数下降规律可控的轴对称基准流场,分析了基准流场的几何参数(前缘压缩角及中心体半径)的影响规律,发现选取较小的前缘压缩角和中心体半径有利于得到性能优良的基准流场;然后在设计状态Ma=6时研究了三种典型的马赫数下降规律对这种轴对称流场性能的影响。最后考虑了粘性的影响,并进行了粘性修正探索,结果表明,采用附面层位移厚度修正方法后,基准流场的壁面压力分布和无粘情况吻合良好。      

一种沿程均匀入流矩形渠道水面曲线计算方法

近年来线性排水沟、道路边沟等有沿程入流的排水渠道得到越来越广泛的应用,但尚缺乏关于其水力特性的计算方法。根据圣维南方程,推导出有沿程均匀入流的明渠非均匀流水面曲线微分方程,并采用有限差分法得出特定条件下的水面曲线数值解。通过将数值解与实验水面曲线进行对比发现,两者曲线吻合性较好,进一步拟合提出了有沿程入流渠道的过流能力计算公式,以期为类似排水沟渠的设计计算提供参考。     

Carrousel氧化沟内特性参数的分布

为提高Carrousel氧化沟的脱氮能力,对长沙第二污水处理厂的Carrousel氧化沟工艺进行了现场测试,研究了氧化沟中流速、溶解氧以及污泥浓度在不同曝气机开启条件下的分布变化特征,并分析了其对同步硝化反硝化过程发生的环境条件的影响.结果表明,流速、溶解氧以及污泥浓度的空间分布特征受曝气机的开启条件影响显著,沟内溶解氧浓度随时间变化较大.开启5台曝气机时,溶解氧和流速均偏高,污泥混合更加均匀,开启3台曝气机时中沟段存在流速过低区域(<0.15m/s);适当降低曝气机开启台数,并根据系统条件变化动态调节,可以为实现氧化沟同步硝化反硝化过程创造较好的工艺条件.     

Flow characteristic and wastewater treatment performance of a pilot-scale airlift oxidation ditch

A pilot-scale airlift oxidation ditch using bubble diffuser and baffle as aerator was operated in a wastewater treatment plant (WWTP) to investigate its flow characteristic and wastewater treatment performance. Compared with the conventional oxidation ditch process, effective depth and oxygen utilization efficiency of this new process was improved by underwater aeration. Furthermore, it had a reversed velocity distribution, which decreased from the bottom to the top on vertical section. Velocity measurement showed that a velocity over 0.2 m/s at the bottom was sufficient to prevent sludge settlement during long term operation. Application of these concepts would save land area and energy consumption by about 25%–50% and 55%, respectively. In this new system, organic biodegradation and nitrification could be well achieved. Denitrification could occur steadily in the straight part by adjusting the airflow rate. An average TN removal rate of 63% was achieved with dissolved oxygen (DO) concentrations between 0.6 mg/L and 1.5 mg/L. The main pollutants in the effluent could meet the strictest discharge standard (COD<50 mg/L, NH₄ ⁺−N < 5 mg/L, and TN < 15 mg/L) in China now.     

气升式氧化沟污水处理效果的中试研究

在太湖流域某小城镇污水处理厂研究中试气升式氧化沟的污水处理效果,获取了出水主要指标稳定达标的工艺参数.结果表明,出水COD<50mg/L的最大容积负荷为0.88kg/(m3·d).NH4+–N污泥负荷不大于0.06kg /(kg·d)时,出水能达到排放标准要求的5 mg/L.直沟段DO降低到0.6~1.0mg/L后,进出水TN平均浓度分别为30.7,11.3mg/L,并能保证出水TN<15 mg/L稳定运行14d以上.进气量30m3/h时,直段底部最大流速为0.19m/s,中上部流速为0.03m/s,此时沟底没有出现污泥沉降,出水各项指标稳定达标.生产型气升式氧化沟的占地面积将比传统氧化沟至少减少25%.     

立体循环一体化氧化沟(IODVC)导流板结构优化研究

针对立体循环一体化氧化沟(IODVC)弯道流场存在的问题,利用计算流体力学(CFD)和Fluent计算方法,对IODVC流场进行了二维单相流模拟,探究导流板结构形式对弯道流速分布的影响.研究结果表明,在同等边界条件下,导流板的结构形式对IODVC内混合液的流态分布影响较大.与单导流板相比,双导流板可将流速大于0.25 m·s-1的区域占比提高9.5%,并改善了弯道出口断面流速分布,有效地减小了下沟道靠近隔板处回流区域;此外,适当延长导流板末端长度,可以进一步强化对IODVC内混合液的导控作用,当延长长度等于导流板半径时,效果最佳,大于0.25 m·s-1的流速区域占比达到44.21%,使IODVC内部流场更加趋于均匀.研究结果对IODVC的进一步优化和工程设计有一定的指导意义.     

Flow field and dissolved oxygen distributions in the outer channel of the Orbal oxidation ditch by monitor and CFD simulation

In the Orbal oxidation ditch,denitrification is primarily accomplished in the outer channel.However,the detailed characteristics of the flow field and dissolved oxygen(DO)distribution in the outer channel are not well understood.Therefore,in this study,the flow velocity and DO concentration in the outer channel of an Orbal oxidation ditch system in a wastewater treatment plant in Beijing(China)were monitored under actual operation conditions.The flow field and DO concentration distributions were analyzed by computed fluid dynamic modeling.In situ monitoring and modeling both showed that the flow velocity was heterogeneous in the outer channel.As a result,the DO was also heterogeneously distributed in the outer channel,with concentration gradients occurring along the flow direction as well as in the cross-section.This heterogeneous DO distribution created many anoxic and aerobic zones,which may have facilitated simultaneous nitrification-denitrification in the channel.These findings may provide supporting information for rational optimization of the performance of the Orbal oxidation ditch.     

氧化沟弯道水流特性研究

通过建立一定水深下的氧化沟弯道水流平面二维数学模型,对弯道的流速分布进行模拟研究,对比分析了设置导流墙前后的水流流速变化情况,探讨了氧化沟设置偏置导流墙的机理。     

卡鲁塞尔氧化沟水力学特性的大涡模拟

本文基于大涡模拟中的Smagorinsky-Lilly模型,对Carrousel氧化沟模型进行了水力学特性模拟,并研究了沟内流速和涡量分布规律.速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法,采用VOF(Volume of fluid)方法追踪自由液面.模拟结果表明,回流现象主要出现在上中层混合液中,逆流现象主要出现于上层混合液中;转轮与转刷的推流作用是造成水面变化剧烈的原因;距转轮与转刷较近的区域、转速较快的转轮与转刷区域及直道段转刷下游水面较高一侧中上层区域的涡量较大.根据实验验证,本次模拟结果和实验值吻合度较好,Smagorinsky-Lilly模型可以准确模拟氧化沟水力学特性.     

污水处理厂溶解氧在线监测设计

文章主要介绍了Carrousel氧化沟的工艺原理,并以焦作污水处理厂为例,通过对Carrousel氧化沟进行布点和监测,分析Carrousel氧化沟运行过程中溶解氧的变化规律,并确定最佳监测点,为在线监测设计提供了依据。这是节能降耗、提高污水处理效率的重要技术措施。