作为一种绿色的消毒技术,紫外线(UV消毒已经被认可并开始应用于污水处理,国内的最大处理规模已达到52万m3/d。然而,由于受到形态结构等因素的影响,实际UV消毒器的水力条件很难达到理想的推流状态,故反应器内各部分水流的停留时间并不相同;此外,因处理水中部分污染物对UV的吸收,消毒器内的UV剂量分布也不均匀,从而影响了UV的消毒效果。因此,有必要对反应器的水力特性进行研究,为改善UV系统消毒效果提供参考,对UV消毒技术的推广具有积极的意义。计算流体力学(CFD建立在经典流体力学与数值计算方法基础之上,兼有理论性和实践性的双重特点,是当前研究流体力学运动规律的第三种基本方法,最近几年随着计算机技术的高速发展,在化工、航空、机械、水利等领域得到了广泛应用[1]。然而,CFD在水处理领域的研究,国外尚处于起步阶段[2-4],国内也仅限于模拟二沉池、清水池和臭氧接触池等方面[5-7]。本文通过示踪试验研究进出口的方向及相对位置对UV消毒器水力特性的影响,并在特定的进出口组合方式下,采用CFD技术模拟水流在反应器内的流场,计算其累积停留时间分布F(t并与示踪试验的结果比较,探讨CFD在UV消毒方面应用的可行性。1试验装置与方法1.1示踪试验示踪试验装置如图1所示。原水(自来水经潜水泵提升进入UV消毒器,某一时刻在消毒器的进口以脉冲信号方式注入示踪剂(结晶紫,记录时间并同时在出口取样。用分光光度计测定出水的吸光度,计算示踪剂的浓度,分析其水力特性参数,每组试验重复3次。调节阀门的开启度控制反应器流量的大小,试验中流量控制在1.0~4.0m3/h,原水温度介于9.7~12.5℃。UV消毒器的参数见表1(长径比为反应器轴向和径向有效尺寸的比值。为研究进出口的方向和相对位置对反应器水力特性的影响,示踪试验中将UV消毒器设计为两个进口和两个出口,见图2。进口1为法向进口,垂直于反应器壁面;进口2为切向进口,与反应器壁面相紫外线消毒器水力特性的研究张光辉,顾平,于丹丹(天津大学环境科学与工程学院,天津300072摘要:采用示踪实验研究紫外线消毒器的水力特性。结果表明,进出口方向和相对位置对反应器的水力特性没有显著影响,随着雷诺数的增大,反应器的水力特性参数逐渐接近于推流条件。同时利用计算流体力学(CFD技术模拟紫外线消毒器的流场,计算水流的累积停留时间分布F(t并与示踪试验的结果相比较,发现CFD模拟能够较好地反映紫外线消毒器的水力条件,二者F(t的差别主要是由于示踪试验中的实际条件偏离理想条件所致;随着雷诺数的增加,反应器内各部分水流F(t的差别逐渐缩小。关键词:示踪实验;计算流体力学(CFD;水处理;紫外线消毒器;累积停留时间分布中图分类号:TQ085..4文献标识码:A文章编号:1000-3770(200802-016-05收稿日期:2006-11-15基金项目:国家高技术研究发展计划(863项目(2003AA601130作者简介:张光辉(1976-,男,讲师,研究方向为水处理及污水资源化;联系电话:022-********;E-mail:z_gh@163.com。图1示踪试验装置示意图Fig.1Schematicdiagramoftracertest第34卷第2期2008年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.34No.2Feb.,200816指标数值反应器内径(cm石英套管外径(cm反应器总长(cm进出口距离(cm长径比8.32.813012021.8表1UV消毒器参数Table1ParametersofUVdisinfector图3简化的UV消毒器几何体Fig.3SimplifiedgeometryofUVdisinfector切。出口1和2均为法向出口,位于反应器主体的两侧。示踪试验中通过改变进出口的组合方式及反应器的流量,分析其对水力特性参数的影响。1.2CFD几何模型和计算网格根据示踪实验中的UV消毒器参数,构造用于CFD计算的反应器几何模型,如图3所示。反应器的主体部分为空心圆柱,两端为近似半球形,过水断面为圆环,水从石英套管外壁和反应器内壁之间的环形区域通过。反应器的两端、石英套管和不锈钢壁之间的密封性良好,以保证紫外线灯不与水接触。UV消毒器的几何体需要被划分为若干个网格单元,以满足计算的需要。由于石英套管外壁和反应器内壁附近水流的速度梯度远大于中心区域,如果采用相同的网格密度,则壁面附近的计算会产生较大的误差,因此划分网格之前需要在壁面区域设定边界层,以增大网格密度并提高计算的精度。本次计算中划分的网格总数约为32万个。1.3C...