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竖流式沉淀池设计一、前言竖流式沉淀池又称立式沉淀池，是池中废水竖向流动的沉淀池。
池体平面图形为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自上而下进入池内（管中流速应小于30mm/s），管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升（对于生活污水一般为0.5-0.7mm/s，沉淀时间采用1-1.5h），悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。
堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣保证出水水质。
池的一边靠池壁设排泥管（直径大于200mm）靠静水压将泥定期排出。
竖流式沉淀池的优点是占地面积小，排泥容易，缺点是深度大，施工困难，造价高。
常用于处理水量小于20000m3/d的污水处理厂。
理论依据：竖流式沉淀池中，水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等，上升速度等于沉降速度的颗粒将悬浮在混合液中形成一层悬浮层，对上升的颗粒进行拦截和过滤。
因而竖流式沉淀池的效率比平流式沉淀池要高。
二、设计内容：某小区的生活污水量为7000 m3/d，变化系数为1.65 ，COD Cr 450 mg/l，BOD5 220 mg/l，SS 370 mg/l，采用二级处理，处理后污水排入三类水体。
通过上述参数设计该污水处理厂的生物处理工艺的初次沉淀池。
三、竖流式沉淀池的工作原理在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v作竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：①当颗粒沉速u>v时，则颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除；②当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉亦不上升；③当u<v时，颗粒将不能沉淀下来，而会随上升水流带走。
由此可知，当可沉颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果(在相同的表面水力负荷条件下)竖流式沉淀池的去除效率要比平流式沉淀池低。
但当可沉颗粒属于絮凝沉淀类型时，则发生的情况就比较复杂。
一方面，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，同时还存在着上升颗粒与上升颗粒之间、下降颗粒与下降颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。
1 设计说明竖流式沉淀池的平面可以为圆形、正方形或多角形。
为使池内配水均匀，池径不宜过大，一般采用4～7m，不大于10m为了降低池的总高度，污泥区可采用多斗排泥方式。
水由设在池中心的进水管自上而下进入池内（管中流速应小于30mm/s），管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升，悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。
堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣保证出水水质。
池的一边靠池壁设排泥管（直径大于200mm）靠静水压将泥定期排出。
竖流式沉淀池的优点是占地面积小，排泥容易，缺点是深度大，施工困难，造价高。
常用于处理水量小于20000m3/d的污水处理厂。
2 设计参数（1）为了使水在池内分布均匀，池子直径与有效水深之比不宜大于 3.池子直径不宜大于8m，一般采用4-7m，不大于10m。
（2）中心管流速不大于30mm/s。
（3）中心管下端应设有喇叭口和反射板，如图4-6所示：图4-6 中心管和反射板尺寸1-中心管；2-喇叭口；3-反射板①反射板板面距泥面至少0.3m；②喇叭口直径和高度为中心管直径的1.35倍；③反射板直径为喇叭口直径的1.30倍，反射板平面与水平面的倾角为17度；④ 中心管下端平面与反射板平面之间的缝隙高在0.25-0.50m 的范围内，缝隙中污水流速在初次沉淀池中不大于20mm/s ，在二次沉淀池中不大于15mm/s ；（4）当池子直径不大于7m 时，澄清水沿周边流出，如果大于7m ，可增设辐射方向的流出槽。
（5）排泥管下端距池底不大于0.2m ，管上端超出水面不小于0.4m 。
（6）浮渣挡板距集水槽0.25-0.50m ，高出水面0.1-0.15m ，淹没深度0.3-0.4m 。
3 设计计算最大流量d m Q /20003m ax =，采用圆形沉淀池，中心管内流速s m v /03.00=，污水在沉淀区的上升流速s m v /0007.0=，沉淀时间h t 5.1=，间隙流速s m v /02.01=，缓冲层高m h 3.04=。
规模化城市污水处理厂沉淀池模拟优化规模化城市污水处理厂沉淀池模拟优化一、引言城市污水处理是解决城市生活污水排放问题的重要环节。
而污水处理厂的沉淀池是处理过程中的关键单元，起到了去除悬浮物、沉淀污泥的作用。
为了提高污水处理的效率和质量，需要对沉淀池进行优化，以提高处理效果。
二、沉淀池工作原理沉淀池是将进入的原水通过流态工艺，使其中的悬浮物在重力作用下分离沉淀，最终达到净化水质的目的。
沉淀池的设计和优化对于提高沉淀速度和沉淀效果具有重要意义。
三、沉淀池模拟优化方法1. 基于计算流体力学模拟通过利用计算流体力学（CFD）模拟方法，对沉淀池内的流动和混合过程进行模拟。
CFD可以预测流态参数的分布情况，如流速、浓度等，通过模拟分析不同的流态参数对沉淀效果的影响，从而指导设计和优化。
2. 数值模拟和优化算法利用数值模拟和优化算法对沉淀池进行优化。
通过黏性流体力学数值模拟，对流体流动进行计算和分析，结合多目标优化算法对沉淀池的形状、尺寸等参数进行优化。
通过不同的约束条件和目标函数，确定最佳设计方案。
四、沉淀池模拟优化技术应用案例1. 沉淀池形状优化利用CFD模拟技术和优化算法，对沉淀池形状进行优化设计。
通过改变沉淀池的形状，增加接触面积，提高沉淀效果。
通过数值模拟和优化算法的迭代，得到一个更佳的沉淀池形状设计。
2. 流态参数优化通过CFD模拟方法，模拟不同流态参数对沉淀效果的影响。
例如，改变进水流速、悬浮物浓度等参数，通过模拟分析得出最佳参数组合，使沉淀效果最大化。
3. 多目标优化设计通过建立多目标优化模型，考虑不同的约束条件和目标函数，综合考虑沉淀池的处理效果、经济成本等因素。
通过优化算法得到一个满足多个目标的最佳设计方案。
五、结论通过沉淀池模拟优化技术，可以准确预测沉淀池中的流态参数分布，指导优化设计。
同时，多目标优化设计可以综合考虑不同的因素，得到性能更好、成本更低的沉淀池设计方案。
沉淀池模拟优化技术在规模化城市污水处理厂中有着重要的应用前景，可以提高污水处理的效率和质量，减少对环境的影响。
沉淀池沉淀池是利用重力沉降作用将密度比水大的悬浮颗粒从水中去除的处理构筑物，是废水处理中应用最广泛的处理单元之一，可用于废水的处理、生物处理的后处理以及深度处理.在沉砂池应用沉淀原理可以去除水中的无机杂质，在初沉池应用沉淀原理可以去除水中的悬浮物和其他固体物，在二沉池应用沉淀原理可以去除生物处理出水中的活性污泥，在浓缩池应用沉淀原理分离污泥中的水分、使污泥得到浓缩，在深度处理领域对二沉池出水加絮凝剂混凝反应后应用沉淀原理可以去除水中的悬浮物.沉淀池包括进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区五个部分。
进水区和出水区的作用是使水流均匀地流过沉淀池，避免短流和减少紊流对沉淀产生的不利影响，同时减少死水区、提高沉淀池的容积利用率；沉淀区也称澄清区，即沉淀池的工作区，是沉淀颗粒与废水分离的区域;污泥区是污泥贮存、浓缩和排出的区域；缓冲区则是分隔沉淀区和污泥区的水层区域，保证已经沉淀的颗粒不因水流搅动而再行浮起。
沉淀池的原理沉淀池是利用水流中悬浮杂质颗粒向下沉淀速度大于水流向卜流动速度、或向下沉淀时间小于水流流出沉淀池的时间时能与水流分离的原理实现水的净化。
理想沉淀池的处理效率只与表面负荷有关,即与沉淀池的表面积有关，而与沉淀池的深度无关，池深只与污泥贮存的时间和数量及防止污泥受到冲刷等因素有关。
而在实际连续运行的沉淀池中，由于水流从出水堰顶溢流会带来水流的上升流速，因此沉淀速度小于上升流速的颗粒会随水流走，沉淀速度等于卜-升流速的颗粒会悬浮在池中,只有沉淀速度大于上升流速的颗粒才会在池中沉淀下去。
而沉淀颗粒在沉淀池中沉淀到池底的时间与水流在沉淀池的水力停留时间有关,即与池体的深度有关。
理论上讲，池体越浅，颗粒越容易到达池底,这正是斜管或斜板沉淀池等浅层沉淀池的理论依据所在。
为了使沉淀池中略大于上升流速的颗粒沉淀下去和防止已沉淀下去的污泥受到进水水流的扰动而重新浮起,因而在沉淀区和污泥贮存区之间留有缓冲区，使这些沉淀池中略大于上升流速的颗粒或重新浮起的颗粒之间相互接触后，再次沉淀下去。
平流式沉淀池水力特性三维数值模拟魏文礼;张沛;刘玉玲【摘要】研究沉淀池的水力特性,为提高污水处理效率提供理论支持.采用两相流混合模型对平流式二次沉淀池水力特性进行三维数值模拟.选取Realizable κ-ε湍流模型封闭两相流时均方程,控制方程的离散使用了有限体积法;速度与压力耦合求解时使用了压力隐式算子分裂PISO (pressure-implicit with splitting of operators)算法,模拟自由水面采用VOF (volume of fluid)法.通过模拟获得速度、紊动动能等在空间上的分布规律.将模拟结果与实测资料进行对比验证,结果表明:两者吻合较好,说明该模型能够较好地模拟沉淀池中水力特性的分布规律,可为沉淀池的体型设计提供一定参考依据.【期刊名称】《沈阳农业大学学报》【年(卷),期】2014(045)004【总页数】4页(P499-502)【关键词】平流式沉淀池;数值模拟;湍流【作者】魏文礼;张沛;刘玉玲【作者单位】西安理工大学水利水电学院,西安710048;河海大学水利水电学院,南京210024;西安理工大学水利水电学院,西安710048【正文语种】中文【中图分类】O241沉淀池是污水处理过程中一种重要的处理构筑物,对整个污水处理系统的效率有着显著影响,为保证出水质量、提高处理效率,有必要对沉淀池的水力特性进行深入研究,且国内外已发表了一些研究成果。
LARSEN等[1-2]分别利用超声测速技术和激光多普勒测速技术对模型沉淀池进行了一系列的测量。
数值计算方面,IMAM等[2]采用涡量-流函数法对模型沉淀池进行了模拟,对流项采用加权中心差分迎风格式来处理,且未考虑密度差的影响。
蔡金傍[3]采用标准k-ε紊流模型,对平流式沉淀池进行了模拟,对比了不同的挡板位置、进水流速以及沉淀池长高比下沉淀池内的流速场和浓度场,并计算分析了平流式沉淀池的过流曲线。
曾光明等[4]利用涡量-流函数法建立二维沉淀池速度场模型的控制方程,用有限差分法求解模型方程,利用二维浓度迁移方程对沉淀池浓度分布进行计算。
CFD技术在沉淀池中的应用简析沉淀池作为水厂的常规水处理构筑物，在水处理厂中发挥重要的作用。
沉淀即利用水中悬浮颗粒的沉降性能，在重力场的作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。
一直以来，对沉淀池的设计主要是依据设计手册和规范，对沉淀池的研究主要采用实验测定的方法。
在设计过程中，存在选取参数略有差异的问题，无法通过经验公式精确预测沉淀池处理效果。
沉淀池中某些条件的变化（如进出口形状和大小、挡板尺寸等），对沉淀池的处理效果可能会有较大影响，而这些影响难以通过试验测定来逐一检验。
因此，利用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，缩写为CFD）方法研究沉淀池的水力特性，结合沉淀池基本原理建立沉淀池模拟和分析的数学模型，对沉淀池的设计和运行状况进行分析，将为沉淀池的优化设计和运行开辟一条新的思路和方法。
1. CFD模型应用于沉淀池设计的计算流体力学（CFD）模型以基本流体力学原理为基础，是一种较为成熟的数值模拟技术。
它把沉淀池几何体分成许多小单元，以网格形式描述问题，并对网格内的每个单元建立质量、能量、动量和固体浓度方程，包括一些化学或生物反应，利用计算机进行数值求解，最终通过数值模拟获得流体在特定条件下的有关信息（如速度分布、能量分布等），兼有理论性和实践性的双重特点[1]。
目前CFD 软件包较多，包括Phoenics、CFX、Fluent、Start-CD等。
其中Fluent的应用最为广泛，占美国市场的60%左右[2]。
沉淀池中的流体流速相对其它处理工艺单元来说较小，但有时雷诺数很高，属于湍流。
沉淀池内湍流流主要是由进水和池内流体混合、固体边界的影响和水面的风剪切力引起的。
沉淀池数值模拟中使用大量的CFD紊流模型，主要包括零方程模型、单方程模型、双方程模型、雷诺应力模型（RSM）、代数应力模型（ASM）等等[3]。
2. CFD技术在沉淀池中的应用沉淀池可分为普通沉淀池和斜板（管）沉淀池。
超大型周进周出式沉淀池优化设计中的水力性能数值模拟王磊磊;许光明;陈俊;周奇;王国华【摘要】为改善超大型周边进水、周边出水沉淀池的水力性能,利用计算流体力学的方法对工程初步设计方案进行水力性能模拟.针对南方某污水处理厂直径为60m 的周边进水、周边出水沉淀池,借助FLUENT 6.3软件包提供的realizable k-ε模型,运用交错网格有限体积法计算分析沉淀池的流场特征,提出了相关的优化设计参数.计算结果表明:竖向流进水并设置双向挡板的沉淀池,其内部环流的半径可增大至26 ～ 28 m;径深比θ宜在8.0～ 10.0范围内选择；坡降i应控制为0.050.通过适宜的工程优化措施,可提升该沉淀池的内部环流性能.%To improve the hydraulic performance of a super sedimentation tank with peripheral inflow and peripheral effluent, the computational fluid dynamics method was used to simulate the hydraulic performance in a preliminary design scheme for a sedimentation tank. A case study was conducted in a sedimentation tank (with a diameter of 60 m) with peripheral inflow and peripheral effluent in a wastewater treatment plant in the south of China. The optimal design parameters were determined through analysis of the flow field characteristics of the sedimentation tank calculated by means of the staggered-grid finite volume method, with the help of the realizable k-∈ model provided by the FLUENT 6.3 software package. The results show that the radius of circulation increased to 26 to 28 m in the sedimentation tank with vertical flow and a two-way baffle, the appropriate ratio of diameter to depth (θ) ranged from 8.0 to 10.0, and the gradient (I) shouldbe set at 0.050. The performance of circulation in the sedimentation tank could be improved by taking proper optimization measures.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(040)002【总页数】5页(P168-172)【关键词】污水处理厂;泥水分离;重力沉淀池;径深比;流场;有限体积法;数值模拟【作者】王磊磊;许光明;陈俊;周奇;王国华【作者单位】上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司研发中心,上海200092;同济大学环境科学与工程学院,上海200092;常州市排水管理处,江苏常州213017;常州市排水管理处,江苏常州213017;河海大学水利水电学院,江苏南京210098;上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司研发中心,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X703.3污水处理厂的泥水分离主要靠重力沉淀方式完成.重力沉淀池的形状大多采用圆形池，有效池深为3～5m，直径一般为3～60m.为了提高沉淀池的有效利用率，周边进水、周边出水(以下简称周进周出)式沉淀池替代了传统的辐流式沉淀池[1]，并在2000年后得到了普遍应用，目前已成为国内污水处理厂中常见的一种池型.实际运行表明，周进周出水系统易在池子中上部形成驻流或慢流区，特别是当沉淀池直径较大(＞50m)时，这种现象尤为突出，造成中上部已澄清的水无法及时排出，影响效率.通常在1.5～2.0h的沉淀时间里，悬浮颗粒的去除率一般只有50%～60%[2]，远低于设计水平.据报道，沉淀池内的水力性能[3]、流场条件较差[4-5]，是造成这一问题的重要原因.目前在我国主要城市的污水处理系统中尚没有直径超过55m的周进周出式沉淀池，设计时该如何考虑这种超大型沉淀池的水力特性也未见报道，因此有必要对超大型圆形沉淀池内的流态和悬浮物浓度分布进行研究，从而精确地确定沉淀池的尺寸和沉淀效率.周进周出式沉淀池主要用于水解酸化池厌氧污泥的泥水初步分离，并将沉淀污泥回流至水解池，以提高水解池污泥浓度[6].笔者以南方某污水处理厂直径60 m的周进周出式沉淀池为研究对象，该沉淀池设计规模为10万m3/d，初始设计方案为:直径 60 m，有效水深 5.2 m，底坡坡降 0.05，设计水力表面负荷1.7m3/(m2◦h)，圆周侧向进水，145个配水孔.拟利用数值模拟的方法模拟水流在沉淀池内的流动情况，以得到水流在沉淀池内的流速分布和停留时间分布，据此优化沉淀池的结构，为其设计和运行管理提供依据.1 数学模型1.1 控制方程沉淀池内的流场本质上属于固液两相流，但已有研究[7-8]表明，进水活性污泥混合液固体质量分数不超过0.3%，固体颗粒的密度在1.015～1.034g/cm3之间，粒径在10～70μm之间，由于固相与液相密度接近，固体含量很低、直径很小，具有很好的跟随性.从流体力学的角度看，低加载率使得两相之间的耦合作用呈单向，即作为载体的流体介质可以通过推流和涡漩影响粒子的运动，但是粒子对流体运动却没有影响，因此可以简化为单相流场计算.通用计算流体力学软件包FLUENT 6.3中提供了多种湍流模型，其中realizablek-ε模型[7-8]在k-ε标准模型的基础上增加了湍流黏性公式和耗散率输运方程，因此在流动分离和二次流方面有很好的模拟性能.笔者在研究中选择realizable k-ε模型进行计算，其紊动能k和紊流动能耗散率ε的运输方程分别为式中符号含义同文献[7-8].计算时假定进入沉淀池的清水密度为1000.35kg/m3，动力黏度为1.005e-3Pa◦s.考虑进水口对沉淀池的影响较大，因此按原设计方案取145个进水口.沉淀池的主要设计参数见图1.计算采用非结构网格，网格节点为30万个.图1 周进周出式沉淀池主要设计参数(高程单位:m;尺寸单位:mm)Fig.1 Main design parameters for sedimentation tank with peripheral inflow and peripheral effluent(Units:elevation in m，and sizein mm)1.2 边界条件进口为速度边界条件，出口压力为敞开大气压，水面为自由界面，没有剪切和滑移速度，池底和边壁为固体壁面，壁面上流速为零，使用标准壁面函数.用交错网格有限体积法(CVM)求解微分方程，压力与速度耦合方程用SIMPLEC方法进行求解，对湍动能、湍流耗散、动能均采用QUICK离散格式.2 沉淀池内部环流的优化利用已建立的沉淀池数值模型模拟计算周进周出式沉淀池内部环流区域的流场特征.辐流式沉淀池的内部环向流速受池底、边壁、进口挡板及出口溢流堰影响较大[9]，与假设切向速度为零的理想沉淀池存在很大差异.为改善内部环流，拟分别讨论进水方式、挡水裙板、径深比和坡降对沉淀池内流场的影响.2.1 进水方式的比选针对初始设计方案中侧向进水的方式计算沉淀池内的速度矢量分布，分析沉淀池内的流场特点.计算结果见图2.尽管沉淀池内流态复杂，但如果忽略池底部及池顶自由液面的影响，池内各纵断面的流动情况基本一致，表明进水处水流的分配基本均匀.如图2所示，侧向进水时进口流速较大，水流未直接从挡板上方的溢流堰流出，而是在配水槽后10～20m范围后形成一股旋流，但在同一断面内流速衰减较快，半径20m的断面靠近池底处流速已接近1.00×10-2m/s.为了增加水流动力效应对悬浮污泥颗粒的裹挟作用并促使污泥均匀沉降，进一步增大池内水力环流的半径，将沉淀池进水方式改为竖向流，使断面上不同深度的流速增大.进口处局部放大的流速矢量显示，竖向进水时沉淀池中间水位的流速有所增加，一般在2.00×10-2～4.50×10-2m/s，与设计流速基本吻合.2.2 挡水裙板的优化设计沉淀池挡水裙板的设置一方面可以起到消能和稳定水流的作用，且挡板浸入水下深度宜大些;另一方面，由配水槽下向流进水时，入口段挡板后方出现了一个较大的旋涡区，随着挡板相对淹没深度的增加，旋涡的回流区域也在增大，即淹没深度越大则池内死水区也越大，不利于沉淀[10].因此，挡板的相对淹没深度存在一个合理范围.根据设计方案，建模时选择3种方案(图3)进行比选.3种方案分别如下:方案b1，即原设计方案，无挡水裙板，沉淀池侧面进水;方案b2，沉淀池底部挡板旁边设置裙板，沉淀池上部进水;方案b3，进水口与方案b2的布置形式相同，但裙板的位置不同.分别对3种方案建立模型，并计算相应的流场特性参数.流速分布计算结果见图4.图2 进水方案不同断面的流速分布Fig.2 Inflow velocity distributions at different cross-sections图3 挡水裙板布置示意图(高程单位:m;尺寸单位:mm)Fig.3 Layout of water-retaining baffle(Units:elevation in m，and size in mm)对比局部断面的流线(图略)可知，方案1流线最短，可能是水流从侧面进入沉淀池后直接从上部的溢流堰流出，内部形成短流的可能性较大.因此，侧面进水时无挡板和裙板方案的水力条件较差.试验结果及图4表明，沉淀池进口无挡板时，起端流速较大，但未在纵断面上形成明显的环流中心，池内流速的梯度差只有0.002m/s，至池中心时流速偏于混乱，易造成已经形成的污泥颗粒沉降不均匀.方案b2与方案b3的进水方式相同，但裙板布置方式不同，2种方案中水流先从进水口进入，然后通过挡板和裙板折流至底部，再从溢流堰流出.加设垂向挡板后，池内流速的梯度差增大至0.007m/s，纵断面上形成明显的环流中心，并且随着2块挡板垂向间距的缩小，起端流速和环流半径均略有增加，池内沉降区流速分布较合理，悬浮污泥颗粒既能被带走又不至于破裂.这2种方案的流线均较长，基本可至沉淀池中心位置，内部环流明显，形成短流的可能性较小.2.3 径深比的影响理论上，圆形沉淀池的径深比θ(其直径与有效水深h e之比)越大，对污染物的去除越有利，但沉淀池占地面积随径深比的增加而增加，相应的工程费用也增加，且会对水厂的整体布局造成困难;当径深比达到一定数值时，随着径深比的增大，沉淀池对污染物去除率的增加程度很小，因此有必要提出合理的径深比范围.根据GB50014—2006《室外排水设计规范》的推荐范围及设计方案，模拟计算时选择8种不同径深比方案(表1)建模，以考察径深比对沉淀池内部环流的影响.建模时，将中沉池进水及出水部分简化，并考虑对称建立半圆周的模型.由于仅考察沉淀池径深比对内部环流的影响，因此建立二维模型、比较中心断面流场分布即可[11-12].环流半径R c和雷诺数Re计算结果见表1.图4 沉淀池不同裙板的纵向速度分布(h=3.2m)Fig.4 Longitudinal flow velocity distributions in sedimentation tank with different layouts of baffle(h=3.2 m) 试验结果得到的8种有效水深时沉淀池内速度矢量的分布情况表明:θ由8.6增至12.0时，沉淀池内部低压力区域由池周向中心移动，而速度分布显示内部环流逐渐缩小，环流半径由28.6m降至15.4m;θ由8.6增至10.0时，紊流有所减弱;θ由10.0增至12.0时，池内紊流程度略有升高，压力变化很小.由此可见，设计时θ宜不小于8.0，当其值大于12.0时沉淀池内基本上无环流产生，死水区域过大.为节约用地、保证悬浮物的沉降，建议设计时取θ=8.0～10.0.2.4 池底坡降的影响根据污泥颗粒的沉降特性，沉淀池底的坡度有益于沉积污泥的刮除或吸出.坡度越大，沉淀池排泥越顺畅.另一方面，沉淀池底坡度的增加要求机械排泥设备相应地提高传动深度.以本工程为例，每增加0.010的坡降，污泥斗的深度需增加0.3m，同时沉淀池的工程造价也相应提高.因此，按照GB50014—2006《室外排水设计规范》和工程经验，辐流式沉淀池的坡降一般宜选择为0.050.以下通过建模和数值计算，分析沉淀池坡降适当增加对池内流态的影响.根据设计方案，模拟计算时采用不同坡降i及中心深度h，选择4种坡降方案建模.方案d1，i=0.050，h=6.70m;方案d2，i=0.050，h=7.50m;方案d3，i=0.075，h=8.25m;方案 d4，i=0.100，h=9.00m.其中方案d1的有效水深为5.2m(初始设计方案)，方案d2～d4的有效水深为6.0m.建模时，将中沉池进水及出水部分简化，并考虑对称建立半圆周的模型.由于仅考察坡降对池内环流的影响，因此建立二维模型、比较中心断面流场分布即可.计算结果见图5.计算结果表明，沉淀池底坡的坡降对池内流场有一定的影响.图5显示了3种坡降(0.050，0.075，0.100)的紊动能变化情况，说明随着池底坡度的增大，池内流场的紊动半径向着中心有所减小，但整体紊动强度的减弱并不明显.坡度0.050时沉淀池内部的环流明显，死水区域相对较小;坡度0.100时沉淀池内部的环流几乎消失，只在池中心形成一定的环流区域，对集水不利，同时死水区域相对较大.另外，3种坡降的总压等值线(图略)说明随着坡度的增大，高压区域逐渐分散，并向池中心移动，这与计算的速度矢量结果一致.因此，在0.050～0.100的范围内增加沉淀池的坡降，对沉淀池内部的整体流态改善有限.由于坡降增加对工程造价及设备要求的影响较大，因此沉淀池底坡降的设计应综合考虑工程造价等经济指标.经数值计算后，建议本工程的沉淀池坡降选择0.050.表1 不同径深比方案的环流半径和雷诺数比较Table 1 Circulation radiuses and Reynolds numbers of options with different ratios of diameter to depthc1 10.0 6.0 19.8±1.4 477863 c2 8.5 7.1 22.0±1.2 419847 c3 7.5 8.0 24.1±1.0 409924 c4 7.0 8.6 27.7±0.9 428626 c5 6.5 9.2 27.5±1.6 424809 c6 6.0 10.0 26.9±0.9 413359 c7 5.5 10.9 25.3±1.3 482824 c8 5.0 12.0 16.1±0.7 5072523 结论图5 沉淀池不同坡降的湍动能强度分布Fig.5 Turbulent kinetic energy intensity distributions at different gradientsa.南方某污水处理厂直径为60m的周进周出式沉淀池采用竖向流的进水方式较优，有利于提高沉淀池纵断面不同深度的流速分布，增大沉淀池内部的环流区域.b.改进周进周出式沉淀池内部环流的措施包括:设置互为垂向的挡板和裙板，但挡板高度及边距对沉淀池运行效率影响不大;沉淀池的径深比θ宜控制在8.0～10.0范围内;在i=0.050～0.100范围内，增加沉淀池的坡降对整体流态改善有限，沉淀池坡降宜选择0.050.参考文献:【相关文献】[1]BAJCARA T，GOSARB L，ŠIROKA B，et al.Influence of flow field on sedimentation efficiency in a circular settling tank with peripheral inflow and central effluent[J].Chemical Engineering and Processing，2010，49(5):514-522.[2]EKAMA G，MARAIS P.Assessing the applicability of the 1D flux theory to full-scale secondary settling tank design with a 2D hydrodynamic model[J].Water Research，2004，38(3):495-506.[3]LÓPEZ P R，LAVÍN A G ，LÓPEZ M M M，et al.Flow models for rectangular sedimentation tanks[J].Chemical Engineering and Processing，2008，47(9/10):1705-1716.[4]MARTIN A D.O ptimisation of clarifier-thickeners processing stable suspensions for turn-up/turn-down[J].Water Research，2004，38(6):1568-1578.[5]DAVID R，SAUCEZ P，VASEL J L，et al.Modeling and numerical simulation of secondary settlers:amethod of lines strategy[J].Water Research，2009，43(2):319-330. [6]GOULAA A M，KOSTOGLOUAM，KARAPANTSIOSTD，et al.The effect of influent temperature variations in asedimentation tank for potable water treatment:a computational fluid dynamics study[J].Water Research，2008，42(13):3405-3414.[7]GOSARL，STEINMAN F，ŠIROK B，et al.Phenomenological sedimentationmodel for an industrial circular settling tank[J].Journal of Mechanical Engineering，2009，55(5):319-326.[8]SBRIZZAIA F，LAVEZZOAV，VERZICCO R，et al.Direct numerical simulationof turbulent particle dispersion in anunbaffled stirredtank reactor[J].Chemical Engineering Science，2006，61(9):2843-2851.[9]何国建，汪德.矩形沉淀池内悬浮物沉降模拟[J].清华大学学报:自然科学版，2005，45(12):1617-1620.(HEGuo-jian，WANG De-guan.Modeling of suspended solid transportin rectangular settling tanks[J].Journal of Tsinghua University:Science and Technology，2005，45(12):1617-1620.(in Chinese))[10]王晓玲，曹月波，张明星，等.辐流式沉淀池固液两相流三维数值模拟[J].工程力学，2009，26(6):243-249.(WANG Xiao-ling，CAO Yue-bo，ZHANG Ming-xing，et al.Three-dimensional simulation of solid-liquid two-phaseflow in a circular secondaryclarifier[J].Engineering Mechanics，2009，26(6):243-249.(in Chinese))[11]屈强，马鲁铭，王红武，等.折流式沉淀池流态模拟[J].中国给水排水，2005，21(45):58-61.(QUQiang，MA Lu-ming，WANG Hong-wu，et al.Simulation of flow pattern in baffled sedimentation tank[J].China Water&Wastewater，2005，21(45):58-61.(in Chinese)) [12]蔡金傍，段祥宝，朱亮.沉淀池水流数值模拟[J].重庆建筑大学学报，2003，25(4):64-69.(CAIJin-bang，DUANXiang-bao，ZHU Liang.Numerical simulation of flow in sedimentation tanks[J].Journal of Chongqing Jianzhu University，2003，25(4):64-69.(in Chinese))。
