论文摘要
近年来,随着社会的发展,点源污染逐步得到控制,面源污染成为城市水质污染的重要原因。面源污染指降雨过程中地表和大气中溶解性污染物或固体污染物带入水体所产生的污染,其发生地点和时间不固定,但具有区域性。初期雨水污染是城市面源污染的主要组成部分,在地表污染负荷较高的高度城市化地区,即使采用分流制排水系统,初期雨水的直接排放也将对受纳水体造成严重的危害。鉴于旋流分离器具有结构紧凑、体积小、质量轻、易于设计与安装、维修费用低、易于调节与控制等优点,本文设计加工旋流分离小试装置,进行初期雨水、不同粒径高岭土配水及底泥配水模拟实验,采用不同进水压力或进水浓度,观察不同结构参数下旋流分离器对SS的去除效果,实验结果表明:（1）针对清Ⅱ冲初期雨水水样,旋流分离器对COD和SS具有很好的去除效果。随着进口压力增大,其处理效果整体上呈增大趋势;在进口压力为0.02Mpa时,随着进水浓度增大,其去除效果呈先增加后减小趋势;且SS去除率可达到80.9%、COD去除率高达64.7%;而校园雨水的总体去除率略低于清Ⅱ冲初期雨水的去除效果,SS去除率仅为64.3%、COD去除率最高达56.8%;（2）旋流分离器对325目粒径高岭土水样和40-80目水样中的悬浮物也具有很好的去除效果,且对两种水样高岭土去除效果相当,约80%;（3）针对初期雨水、校园雨水、底泥配水、325目高岭土和40-80目高岭土水样,旋流分离器对悬浮物均具有较好去除效果;虽然固体颗粒在旋流分离器内运动随机性导致在不同结构参数下固体颗粒的去除率不稳定,但当旋流器锥角为15°、溢流管插入深度6cm、柱段长度15cm时,此旋流分离器对悬浮物去除效果较好,可认为此结构参数为实验条件下最佳旋流分离器结构参数;针对实验所得较佳结构参数的旋流器,采用GAMBIT软件对其进行网格化处理,FLUENT进行内部流场模拟,得出其内部压力分布图、速度矢量图和速度图,进行旋流分离机理的验证分析。模拟结果表明:旋流分离器进口附近静压比较大,且沿径向由外向内逐步递减而中心轴附近静压较低;进口动压变化较大,随着旋流分离器半径减小,动压逐渐减小,轴向动压的梯度变化较大;其切向速度总体变化趋势是由内向外先增大后逐步减小、且方向具有一致性,进而证实了内外螺旋的旋转方向相同;轴向速度模拟图形表明存在零速度包络面。因此,研究表明FLUENT软件的CFD方法模拟旋流分离器的内部流场变化是可行性的,并且也为旋流器流场特性分析研究及其旋流器结构优化设计奠定基础。