Page 182 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

· 1538 · 环境工程技术学报 第 12 卷

斜板二沉池 对 S 的去除率 为 64.7%～69.7%，高于 向风对二沉池的运行效率影响更大，而垂直于二沉
S
无斜板二沉 池 (S 去除率 为 20.7%～32.0%)，说明安 池自由液面的影响最小，但这些结果尚未得到试验
S
装斜板能提高二沉池的运行效果，但斜板安装的最 验证。Gkesoul 等 [53 ] 利 用 CF D 模型瞬态条件下模
i
优角度还有待进一步验证。 拟地面风对二沉池的影响，并结合实际测量发现，在
综上可知，二沉池入口区、出口区及入口挡板位 风期的 前 0.5 h，沉淀效率降 至 55 % 左右，但所用模
置的设计对二沉池内部流场和运行效率有着显著影 型未能准确地模拟污泥层分布和固体颗粒的再悬浮
响，优化池体结构不仅改变流场分布，还能提高 状态。
S 的去除率。应 用 CF D 模型研究池体结构大大降 由于符合二沉池外流场分析的多相模型不能准
S
低设计成本，因其经济性和高效性，已成为二沉池优 确反映池内流场变化，且在实际中测量验证难度较
化设计的新手段。 大，所以还需改 进 VO 模型算法，准确追踪气液交
F
界面，植入适用于二沉池流动的气-液-固三相流动模
4 环境因子对二沉池沉淀效果的影响
型，提高地面风对二沉池流场影响的预测精度。
4.1 温度
5 结论与展望
二沉池进水温差也是影响二沉池运行效率的重
要因素，Goul 等 [48 ] 通 过 CF D 模型研究进水温度变 （1）二沉池的数值模型有各自的特点及适用性，
a
化对二沉池污泥沉降的影响，结果表明，流入液体和 单相模型比较简单，需要的计算算力较少，比较适用
池内流体间仅 有 1 ℃ 的温差就足以引起异重流。当 于欠发达地区。Mixtur 模型是简化的多相模型，在
e
进水温度上升时，池中呈现上升的浮力羽流，改变了 忽略池面外部上方风场的影响下，计算算力需求较
F
E
主环流的方向，这一过程固体颗粒处于悬浮状态，导 E- 模型低； 而 VO 模型对二沉池外部上方风场的
致 ES 浓度升高。随着水温不断升高，温差减小，水 影响研究有着显著的优势，若考虑外部流场，把二沉
S
流开始回到原来的位置，因此，ES 浓度降低。进水 池流动当作是气-液-固三相流动，污泥输运方程需植
S
F
温差的产生与季节和天气有关，魏文礼等 [49 ] 考虑到 入气液交界面力的作用参数，从而改 进 VO 算法建
立多相模型，瞬态条件下模拟二沉池进出口位置、异
不同季节流入水与池中水的污泥浓度差和温差，采
重流、地面风的影响。
用 Mixtur 模型结 合 Realizable k- 湍流模型对二沉
e
ε
（2）针对二沉池数学模型的准确模拟，依赖于许
池进行了数值模拟，结果表明，池中水密度随温差变
多外在因素，其中污泥的流变及自身理化性质需通
化，夏季低温流入水加强了底部的异重流，而在冬季
过试验手段获得；二沉池几何结构需经过准确测量，
高温流入水会产生顶部的异重流。夏季二沉池中较
建立简化物理模型进行模拟；可以通过试验获取污
大的回流区域由温差的异重流导致，形成逆时针涡
泥物性参数或改进固-液两相模型来提高模拟预测
流；冬季池中间形成逆时针涡流，池后端形成较大的
精度。
顺时针涡流。刘经凯等 [50 ] 发现污泥回流可适当减缓
（3）CF 作为研究流体动力学最有力的工具，在
D
温差产生的异重流对二沉池工作效率的影响，在相
未来必然会有越来越多的研究者利用数值模型模拟
同温差下，污泥回流比越大，对异重流的影响越小。
对二沉池进行设计优化，而现有的曳力（相间阻力）
由温差产生的异重流不仅改变了污泥混合液的运动
方程基于气-固两相流理论，大多局限于描述稀相中
轨迹，而且影响了二沉池的实际运行效率，因此在二
的自由或干扰沉降运动，无法用于稠相条件（污泥沉
沉池运行过程中减小进水温差是提高二沉池处理效
降）下的阻力计算，因此需要进一步研究提出适合描
率的重要方法。
述污泥沉降过程的曳力方程。此外，现有二沉 池 CFD
4.2 地面风
模型基本未考虑絮凝沉淀过程，而絮凝过程是污泥
二沉池运行过程中，往往会忽略地面风的影响，
沉淀中重要的过程，未来研究需要考虑絮凝沉淀，从
而有研究表明上方风场会引起池内流场结构的改
而 使 CF 沉降模型模拟更精确，为污水处理厂进一
D
变 [51-52] ，从而影 响 S 的沉淀。Ga 等 [1-2 ] 采 用 VOF
o
S
步提升沉淀效果提供理论依据。
模型研究了地面风在不同流动条件下对二沉池运行
效果的影响，研究发现，在有风的条件下二沉 池 ESS
参考文献
浓度比无风时增加 了 1 倍。此外，地面风沿入流口 ［ 1 ］ GAO H W, STENSTROM M K. The influence of wind in
方向比与入流口方向 成 45°角 的 ES 浓度更高，且反 secondary settling tanks for wastewater treatment: a
S