雨天溢流污水就地處理工藝開發(fā)及處理裝置CFD模擬研究

【摘要】： 隨著我國城市化進程的加快，城市雨天溢流污染問題日益凸現(xiàn)，雨天溢流污水含大量污染物質，若未經(jīng)有效處理直接排放水體，將嚴重破壞水環(huán)境并危及人體健康。 根據(jù)上海市西干線雨天污水溢流的水質情況，研制一套采用強化絮凝+高效沉淀工藝的裝置處理雨天溢流污水，對裝置各單元的設計進行了介紹和分析，應用管道靜態(tài)混合器取代傳統(tǒng)混合池單元，設置導流筒強化反應池絮凝效果，增設斜管和懸浮填料提高沉淀池沉淀效率，采用fluent商業(yè)軟件對裝置沉淀單元流態(tài)進行模擬優(yōu)化。 現(xiàn)場搭建溢流污水中試處理裝置，考察各種相關因素對其的影響，捕獲不同雨型進行現(xiàn)場試驗，驗證裝置處理效能。分別對旱流污水、小雨情況混接雨污水、中強降雨混接雨污水和暴雨溢流污水、梅雨持續(xù)雨天、冬春季節(jié)持續(xù)降雨等工況進行了試驗研究，裝置能較大幅度地削減SS、TP和COD等各項污染物，有效控制雨天溢流污水對水體的污染。處理暴雨條件下雨天溢流污水，SS、濁度、TP和COD平均去除率分別達到82％、79％、77％和69％以上，裝置沉淀池表面水力負荷可達32m~3／h.m~2，為普通沉淀池表面水力負荷的10倍以上。 分別考察裝置污泥回流、沉淀池水力負荷和藥劑投加點與出水水質的關系和影響，討論底流排放措施、沉淀池設置斜管、管道混合器應用等各種措施對出水水質的改善情況。污泥回流在溢流污染控制中不建議采用，藥劑最優(yōu)投加點為反應池進水口部位，出水SS濃度隨出水流速即沉淀池水力負荷的增加而上升，水質其他指標相應升高；裝置底流排放措施是控制多余溢流污水的有效措施； 沉淀池斜管的設置主要起整流和泥水分離作用；管道混合器取代傳統(tǒng)混合池單元，減少了混合池設施及其攪拌設備，防止藥劑投加過程攜帶或混入空氣，有效控制了反應池和沉淀池出現(xiàn)浮渣，改善沉淀池出水水質。 啟動響應時間是溢流污水處理裝置的重要指標，結合自主開發(fā)的溢流污水高效處理裝置，研究了裝置在不同啟動方式下的響應時間及影響因素。研究表明，干式啟動時裝置響應時間達25～30min，響應時間內出水水質較差，濁度高達120NTU以上，SS濃度也在100mg/L以上；濕式啟動運行時，裝置響應時間為10min左右，響應時間內出水水質良好，出水濁度60NTU左右，SS濃度小于60mg/L。處理溢流污水時應采用濕式啟動方式，以有效削減初期溢流污染。 對斜管濾料沉淀池的處理功能進行了探討，在斜管上部加設濾料，利用濾料層穩(wěn)定水流，攔截絮體；實驗表明，提高沉淀池水力負荷，沉淀池較難出現(xiàn)礬花跑冒現(xiàn)象，出水效果較好，出水穩(wěn)定，該措施能有效提高了沉淀池的處理負荷。 借助大型計算流體力學Fluent軟件，采用標準κ-ε兩方程湍流模型，對裝置沉淀單元進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)目前運行的沉淀裝置存在嚴重的回流區(qū)及其較大的死區(qū)。通過分析沉淀池中水流的運動規(guī)律，在沉淀池進水堰下方設置擋板，重新進行計算后表明，沉淀池流態(tài)較前模型合理，改善了沉淀池流態(tài)。 開發(fā)的高效溢流污水處理裝置啟動快，處理負荷高，耐水力沖擊，出水水質穩(wěn)定；處理單元少，結構緊湊，占地面積小，運行操作簡單；污泥可回流入污水管網(wǎng)，減少了污泥處理設施，可推廣應用于國內多雨城市溢流污染控制中。 【關鍵詞】：雨天溢流污水 高效處理裝置 啟動方式 攔截 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：同濟大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第1章 引言16-34
• 1.1 概述16
• 1.2 CSOs溢流污染特點及其危害16-18
• 1.3 國外雨水溢流控制研究18-20
• 1.4 國內雨水溢流治理研究進展20-21
• 1.5 溢流污水控制措施21-23
• 1.5.1 CSOs源頭控制21-22
• 1.5.2 CSOs污染的末端處理技術22-23
• 1.6 化學強化處理工藝23-24
• 1.7 國外溢流污水高效處理裝置介紹24-28
• 1.7.1 ACTIFLO工藝24-26
• 1.7.2 Densadeg+Biofor工藝26-27
• 1.7.3 Lemalla Plate工藝27
• 1.7.4 溢流污水處理裝置特點27-28
• 1.8 環(huán)境單元CFD模擬研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)28-31
• 1.8.1 計算流體力學最新發(fā)展28
• 1.8.2 常用CFD軟件及fluent介紹28-30
• 1.8.3 數(shù)學模型的建立和求解步驟30-31
• 1.9 CFD在污水沉淀池數(shù)值模擬中的應用31-34
• 第2章 研究背景、意義和內容34-39
• 2.1 研究背景34-36
• 2.1.1 上海污水處理及溢流現(xiàn)狀34
• 2.1.2 上海市西干線系統(tǒng)簡介34-35
• 2.1.3 西干線蘊藻洪調蓄處理池工程35-36
• 2.2 研究內容36-37
• 2.2.1 高效溢流污水處理裝置的開發(fā)與試驗研究36-37
• 2.2.2 實驗室試驗37
• 2.2.3 現(xiàn)場中試裝置工況研究37
• 2.3 課題研究目的和意義37-39
• 第3章 溢流污水高效處理裝置設計開發(fā)39-57
• 3.1 中試裝置及工藝流程介紹39-41
• 3.2 裝置各單元設計41-53
• 3.2.1 調節(jié)池41-42
• 3.2.2 混合設備42-44
• 3.2.3 管道混合器的應用44-45
• 3.2.4 反應器單元設計45-47
• 3.2.5 沉淀單元的設計47-52
• 3.2.6 裝置加藥系統(tǒng)控制52-53
• 3.3 試驗裝置主要設備53-55
• 3.4 高效溢流污水處理裝置特點55-56
• 3.5 小結56-57
• 第4章 高效溢流污水處理裝置中試試驗研究57-85
• 4.1 雨天溢流污水混凝試驗57-58
• 4.1.1 試驗設備及藥品57
• 4.1.2 實驗方法57
• 4.1.3 測定指標和方法57-58
• 4.1.4 試驗水質58
• 4.2 試驗結果討論58-60
• 4.2.1 雨污水的自然沉降性58
• 4.2.2 無機混凝助凝劑的選擇58-59
• 4.2.3 無機混凝劑與有機高分子絮凝劑復合使用59-60
• 4.2.4 溢流污水處理費用60
• 4.3 現(xiàn)場溢流污水變化60-64
• 4.4 旱流污水的處理64-67
• 4.4.1 裝置對旱流污水COD，SS的去除效果64
• 4.4.2 裝置對混合雨水污水污染物質的去除效果64-65
• 4.4.3 裝置對旱流污水和混合雨水去除效果分析65-67
• 4.5 強化混凝+高效沉淀處理裝置對NH_3-N和TN的去除67-70
• 4.6 高效溢流污水處理裝置處理不同溢流污水能力驗證70-83
• 4.6.1 工況一:中雨污水混流70-72
• 4.6.2 工況二:暴雨工況試驗研究172-74
• 4.6.3 工況三:暴雨工況試驗研究274-77
• 4.6.4 工況四:中強雨試驗研究177-78
• 4.6.5 工況五:中強雨試驗研究278-81
• 4.6.6 工況六:低溫混合雨水污水水質試驗81-83
• 4.7 小結83-85
• 第5章 高效溢流污水處理裝置運行影響因素研究85-103
• 5.1 裝置污泥回流影響研究85-88
• 5.1.1 裝置污泥排放及其回流設計85-86
• 5.1.2 沉淀池污泥回流效果研究86-88
• 5.2 沉淀池表面水力負荷(流量變化)對出水水質的影響88-91
• 5.3 底流排放措施研究91-95
• 5.4 藥劑投加點的影響95-97
• 5.4.1 混凝劑的投加點選擇95
• 5.4.2 助凝劑PAM的投加點95-97
• 5.5 斜管設置作用97-100
• 5.6 管道混合器對浮渣的控制100-101
• 5.7 小結101-103
• 第6章 溢流污水處理裝置響應時間試驗研究103-110
• 6.1 響應時間概念103
• 6.2 干式啟動響應時間103
• 6.3 濕式啟動響應時間103-104
• 6.4 不同啟動方式響應時間和出水水質比較104-107
• 6.4.1 干式啟動時響應時間及其出水水質104-106
• 6.4.2 濕式啟動時響應時間及其出水水質106-107
• 6.5 裝置響應時間的影響因素107-109
• 6.5.1 進水流量107-108
• 6.5.2 反應池絮體濃度108
• 6.5.3 沉淀池污泥量108-109
• 6.5.4 運行啟動建議109
• 6.6 小結109-110
• 第7章 斜管濾料沉淀裝置開發(fā)研究110-123
• 7.1 沉淀池改進必要性110
• 7.2 懸浮載體在水處理中的應用110-112
• 7.3 斜管慮料沉淀池112-115
• 7.3.1 斜管濾料沉淀池原理112-113
• 7.3.2 斜管濾料沉淀池設計113-115
• 7.4 不同流量下斜管填料沉淀池出水水質及其去除效果115-117
• 7.5 改進后沉淀池處理效果驗證117-121
• 7.5.1 中等強度降水天氣118-119
• 7.5.2 暴雨工況119-121
• 7.6 小結121-123
• 第8章 高效溢流處理裝置沉淀單元CFD研究123-139
• 8.1 CFD模擬計算特點123-124
• 8.2 溢流污水處理裝置的CFD研究124
• 8.3 高效沉淀池幾何模型124-125
• 8.4 沉淀單元CFD模擬125-133
• 8.4.1 模型選擇125-128
• 8.4.2 邊界條件設置128
• 8.4.3 模型網(wǎng)格劃分128-129
• 8.4.4 模擬結果分析129-133
• 8.5 沉淀單元擋流板改進CFD模擬133-138
• 8.6 小結138-139
• 第9章 結論和建議139-141
• 結論139-140
• 建議140-141
• 致謝141-142
• 參考文獻142-148
• 個人簡歷 在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果148-149

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