给水管网水力运行参数及温度对水质影响的实验研究

论文摘要

随着生活水平的逐步提高,人们对饮用水水质的要求也越来越高,在大量研究水处理工艺的同时,管网水质研究也开始逐渐受到重视。目前对给水管网水质影响因素的研究大都着重在管材及供水设施方面,而水力工况对水质的影响研究相对较少。本课题自制BAR（Biological Annular Reactor）反应器,以实验为主体,研究给水管网中不同的水力条件及温度对管道内水质的影响,结合数值实验对流场进行模拟,确定给水管网水力运行参数及温度对水质的影响规律,为基于水质管理的给水管网运行优化提供了参考依据。本课题应用FLUENT软件提供的RNGk模型模拟反应器内部流场,研究其内部流场细节,阐明载片处的速度分布规律,并分析反应器的流场与实际管道内流体运动的相关性。通过调整BAR反应器电机转速、反应器进出水流速和水浴温度模拟实际管道内流体的不同流速、水力停留时间和环境温度,检测水样的各项水质指标和管壁生物膜的细菌数量,通过实验数据分析,揭示水力运行参数和温度对水质影响的规律。数值模拟结果表明,反应器内水体流过载片的过程与实际管道内水体流经管壁的过程基本一致,从而说明应用BAR反应器能够有效地模拟管道中水流的运动过程。实验研究表明:水中的总有机碳TOC、氨氮NH3-N和余氯随反应器转速的增大而减少,生物膜的细菌数量随反应器转速增大而增多,但当转速增大到一定程度时,膜片上的细菌数量大幅度减少,几乎难以结膜;水中的总有机碳TOC、氨氮NH3-N和余氯随反应器水力停留时间的增大而减少,生物膜的细菌数量随反应器水力停留时间的增大而增多,48h和72h停留时间的水质浊度明显超标,余氯衰减,生物膜的细菌数量急剧增多;环境温度对水中细菌总数的影响较大,对其它指标没有显著的影响,细菌数量随温度升高而增加,温度在20℃30℃时细菌总数明显增多。因此,为保证用户水质,实际管网运行时应保证具有足够大的流速,使停留时间越短越好,尤其当环境温度超过20℃时,应该加强管网中的水质管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题提出的背景及研究的目的与意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的背景
• 1.1.3 课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外给水水质现状及分析
• 1.2.2 给水管网水质安全研究现状及发展
• 1.2.3 反应器数值模拟的研究现状及发展
• 1.3 给水管道的实验研究方法
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 反应器的流场模拟及分析
• 2.1 实验台简介
• 2.2 反应器的基本组成与模拟原理
• 2.3 模型及网格
• 2.3.1 几何模型
• 2.3.2 网格划分
• 2.4 湍流模型及其数值求解方法
• 2.4.1 湍流模型的选择
• 2.4.2 数值求解方法
• 2.5 速度场分析
• 2.6 转速对流场的影响分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 反应器与实际管道运行参数的相关性
• 3.1 反应器转速与实际管道流速的关系
• 3.1.1 反应器内的速度分布
• 3.1.2 反应器内的剪切力分布
• 3.1.3 实际管道均匀流动方程
• 3.2 反应器进水流速与实际管道水力停留时间的关系
• 3.3 本章小结
• 第4章 反应器水质的实验研究
• 4.1 实验方案的确定
• 4.2 水质检测指标
• 4.3 细菌总数的测定方法
• 4.4 实验结果及分析
• 4.5 转速变化对水质的影响
• 4.6 水力停留时间变化对水质的影响
• 4.7 温度变化对水质的影响
• 4.8 实验的不确定分析
• 4.9 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢