本發(fā)明涉及環(huán)境工程技術領域，特別是指一種對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法。

背景技術：

近20年來，我國污水處理廠雖然不斷興建，污水處理率不斷提高，但主要集中在城市，大部分農村的污水得不到處理，農村污水排放量在污水總排放量所占的比例也越來越大。根據國家環(huán)境質量公報顯示，全國798個農村環(huán)境質量試點村莊的飲用水源和地表水受到不同程度污染。農村的污水亂排放不僅給自身環(huán)境造成破壞，對流經的河流也是很大的污染，鄉(xiāng)村的溝塘、水庫已呈相當嚴重盼富營養(yǎng)化，全國各地水污染事故也不斷發(fā)生。全國62個國控重點湖泊(水庫)和十大流域的國控斷面中，～劣V類水質斷面仍然占有較大比例。這些流域性的環(huán)境問題與農村生活污水的無序排放密切相關。因此，合理開發(fā)集成化程度高、結構緊湊、處理效果好、占地面積小、經濟簡便，適宜廣大農村地區(qū)的一體化生活污水處理裝置，將對改善農村衛(wèi)生條件和水環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。

一體化生活污水處理裝置一般是指處理能力在500m^3/d以下，集污水處理工藝各部分功能，一般包括預處理、生物處理、沉淀、消毒等為一體的生活污水處理裝置。主要適用于污水量較小，分散廣，市政管網收集難度高的生活污水和與之類似的有機工業(yè)廢水，具有經濟、實用、占地小、操作管理方便等特點，是城市污水處理系統(tǒng)的有益補充，但一體化生活污水處理裝置也存在設計不合理和運行不佳導致的短流、混合不良、水力條件不佳，積泥等問題，從而影響一體化生活污水處理裝置的去污效果。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法，以解決現(xiàn)有技術所存在的一體化生活污水處理裝置設計不合理、去污效果差的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法，包括：

S1，按照預設的模擬條件，生成所述一體化生活污水處理裝置對應的網格文件，其中，所述模擬條件包括：折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間；

S2，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)，得到當前模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；

S3，設置多組不同的模擬條件，重復S1和S2，得到不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；

S4，對得到的不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖進行分析對比，選取最優(yōu)的流態(tài)混合效果對應的折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間，其中，所述流態(tài)混合效果由所述速度及壓力的云圖和矢量圖表征。

進一步地，所述方法還包括：

若選取的最優(yōu)的流態(tài)混合效果沒有達到預設的流態(tài)混合均勻程度，則返回S1重新模擬所述裝置內的流態(tài)，直至選取的最優(yōu)的流態(tài)混合效果達到預設的流態(tài)混合均勻程度。

進一步地，所述S1包括：

按照預設的模擬條件，建立一體化生活污水處理裝置的物理模型，并生成所述物理模型對應的網格文件，其中，所述入口速度是根據所述水力停留時間計算得到的，若入口速度不變，則水力停留時間也保持不變。

進一步地，所述按照預設的模擬條件，建立一體化生活污水處理裝置的物理模型包括：

按照預設的模擬條件，建立一體化生活污水處理裝置的二維物理模型。

進一步地，所述生成所述物理模型對應的網格文件包括：

按照預設的網格類型，預設的邊界類型，生成所述物理模型對應的網格文件，其中，所述預設的邊界類型包括：入口邊界的類型及出口邊界的類型。

進一步地，所述網格類型為非結構性網格中的三角形網格。

進一步地，所述預設的求解參數包括：求解模型、流體材料及流體屬性、操作條件、邊界條件、求解控制參數及迭代次數。

進一步地，所述求解模型包括：壓力基求解器，定常流動及湍流模型中的k-epsilon(2eqn)模型；

所述流體材料為生活污水，所述流體屬性包括：生活污水的密度及生活污水的粘度；

所述操作條件包括：操作壓強為一個大氣壓；

所述邊界條件包括：生活污水的進出口參數及壁面的邊界條件；

所述求解控制參數包括：壓力速度耦合方式，壓力方程的松弛因子，離散化參數。

進一步地，所述S2包括：

啟動計算過程中的殘差監(jiān)視器，設置監(jiān)測點；

對解域進行初始化，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)，若殘差值低于預設的閾值，則停止迭代，同時得到當前模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；其中，所述殘差值表示當前迭代結果與上一次迭代結果的差值。

進一步地，所述對解域進行初始化，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)包括：

將生成的所述網格文件輸入至預設的計算流體動力學軟件中；

對解域進行初始化，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)。

本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，按照預設的模擬條件，生成所述一體化生活污水處理裝置對應的網格文件，其中，所述模擬條件包括：折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間；按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)，得到當前模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；設置多組不同的模擬條件，得到不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；對得到的不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖進行分析對比，選取最優(yōu)的流態(tài)混合效果對應的折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間作為最佳的工藝參數，其中，所述流態(tài)混合效果由所述速度及壓力的云圖和矢量圖表征。這樣，通過模擬分析不同折流擋板長度、入口速度、停留時間對裝置內流態(tài)的影響，獲取最優(yōu)的折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間，對裝置的結構及裝置內的流態(tài)進行優(yōu)化，從而減少裝置內的短流及旋流等現(xiàn)象，提高一體化生活污水處理裝置的去污效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一體化生活污水處理裝置的物理模型示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的Gambit生成的網格示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的速度云圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的速度矢量圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明針對現(xiàn)有的一體化生活污水處理裝置設計不合理、去污效果差的問題，提供一種對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法。

實施例一

參看圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法，包括：

S1，按照預設的模擬條件，生成所述一體化生活污水處理裝置對應的網格文件，其中，所述模擬條件包括：折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間；

S2，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)，得到當前模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；

S3，設置多組不同的模擬條件，重復S1和S2，得到不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；

S4，對得到的不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖進行分析對比，選取最優(yōu)的流態(tài)混合效果對應的折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間，其中，所述流態(tài)混合效果由所述速度及壓力的云圖和矢量圖表征。

本發(fā)明實施例所述的對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法，按照預設的模擬條件，生成所述一體化生活污水處理裝置對應的網格文件，其中，所述模擬條件包括：折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間；按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)，得到當前模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；設置多組不同的模擬條件，得到不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；對得到的不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖進行分析對比，選取最優(yōu)的流態(tài)混合效果對應的折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間作為最佳的工藝參數，其中，所述流態(tài)混合效果由所述速度及壓力的云圖和矢量圖表征。這樣，通過模擬分析不同折流擋板長度、入口速度、停留時間對裝置內流態(tài)的影響，獲取最優(yōu)的折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間，對裝置的結構及裝置內的流態(tài)進行優(yōu)化，從而減少裝置內的短流及旋流等現(xiàn)象，提高一體化生活污水處理裝置的去污效果。

本發(fā)明實施例中，為減少裝置內的短流及旋流等現(xiàn)象，增強傳質，降低能耗，改善水力條件，提高一體化生活污水處理裝置的去污效果，例如，脫氮除磷的效果，通過模擬分析幾組不同折流擋板長度、入口速度、水力停留時間對裝置內的流態(tài)的影響，分析比較之后，獲取最佳的工藝參數，并判斷在該最佳的工藝參數下裝置內的流態(tài)是否達到最佳水力條件，其中，所述最佳水力條件為流態(tài)混合均勻程度，如果達到，則退出優(yōu)化循環(huán)，否則進行下一步，最終選擇出最佳的工藝參數。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述方法還包括：

若選取的最優(yōu)的流態(tài)混合效果沒有達到預設的流態(tài)混合均勻程度，則返回S1重新模擬所述裝置內的流態(tài)，直至選取的最優(yōu)的流態(tài)混合效果達到預設的流態(tài)混合均勻程度。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述S1包括：

按照預設的模擬條件，建立一體化生活污水處理裝置的物理模型，并生成所述物理模型對應的網格文件，其中，所述入口速度是根據所述水力停留時間計算得到的，若入口速度不變，則水力停留時間也保持不變。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述按照預設的模擬條件，建立一體化生活污水處理裝置的物理模型包括：

按照預設的模擬條件，建立一體化生活污水處理裝置的二維物理模型。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述生成所述物理模型對應的網格文件包括：

按照預設的網格類型，預設的邊界類型，生成所述物理模型對應的網格文件，其中，所述預設的邊界類型包括：入口邊界的類型及出口邊界的類型。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述網格類型為非結構性網格中的三角形網格。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述預設的求解參數包括：求解模型、流體材料及流體屬性、操作條件、邊界條件、求解控制參數及迭代次數。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述求解模型包括：壓力基求解器，定常流動及湍流模型中的k-epsilon(2eqn)模型；

所述流體材料為生活污水，所述流體屬性包括：生活污水的密度及生活污水的粘度；

所述操作條件包括：操作壓強為一個大氣壓；

所述邊界條件包括：生活污水的進出口參數及壁面的邊界條件；

所述求解控制參數包括：壓力速度耦合方式，壓力方程的松弛因子，離散化參數。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述S2包括：

啟動計算過程中的殘差監(jiān)視器，設置監(jiān)測點；

對解域進行初始化，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)，若殘差值低于預設的閾值，則停止迭代，同時得到當前模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；其中，所述殘差值表示當前迭代結果與上一次迭代結果的差值。

在前述對一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體實施方式中，進一步地，所述對解域進行初始化，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)包括：

將生成的所述網格文件輸入至預設的計算流體動力學軟件中；

對解域進行初始化，按照預設的求解參數，對生成的所述網格文件進行迭代求解以模擬所述裝置內的流態(tài)。

本發(fā)明實施例提供的一體化生活污水處理裝置結構的優(yōu)化方法的具體步驟可以包括：

A11，建立物理模型：按照預設的模擬條件(折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間)，可以利用自動計算機輔助設計(Autodesk Computer Aided Design，AutoCAD)軟件構建所述一體化生活污水處理裝置的物理模型，其中，所述物理模型為二維物理模型，如圖2所示；

A12，生成網格文件：根據一體化生活污水處理裝置的結構特點，可以依據預設的邊界類型，并利用Gambit軟件選取網格類型劃分計算網格，，輸出所述物理模型對應的網格文件，所述網格文件作為計算流體動力學軟件(Fluent)軟件的輸入文件，其中，所述預設的邊界類型包括：入口邊界的類型及出口邊界的類型，例如，所述入口邊界的類型可以為速度入口，所述出口邊界的類型可以為壓力出口；所述網格類型為非結構性網格中的三角形網格，整個計算網格共用10336個節(jié)點，29448個計算單元數，如圖3所示；

A13，檢測網格：打開Fluent軟件，將網格文件導入Fluent軟件，檢測網格，以檢測劃分的計算網格是否正確，并查看網格信息；

A14，設定單位：根據一體化生活污水處理裝置的實際尺寸設定裝置的單位，其中，設置的單位為mm；

A15，建立求解模型：選用壓力基求解器，定常流動，湍流模型中的k-epsilon(2eqn)模型；

A16，設置流體材料及流體屬性：所述流體材料為生活污水；所述流體屬性為生活污水的密度為1000.78kg/m³，粘度為0.001007kg/m·s；

A17，設置操作條件：設置操作壓強為一個大氣壓，y軸負方向的重力加速度為9.81m/s²；

A18，設置邊界條件：根據模擬條件進行設定，設置生活污水的進出口參數及壁面的邊界條件，由于進水口采用速度入口，入口速度大小可以設置為0.05m/s，湍流強度為5，水力半徑為15，出水口采用壓力出口，湍流強度為5，水力半徑為10，裝置內反應器的邊界設置為壁面，自由液面采用無剪切應力的滑移剛性蓋，以滿足真實自由液面的假設；

A19，設置求解控制參數：壓力速度耦合方式選擇SIMPLE模式，壓力方程的松弛因子設為1，離散化選項中的各方程選擇一階迎風；

A20，啟動計算過程中的殘差監(jiān)視器，設置監(jiān)測點；

A21，初始化解域，并設置迭代參數進行計算；

A22，查看殘差圖，當迭代步數為700時，殘差曲線收斂，計算完成，同時得到當前模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖，其中，速度云圖及速度矢量圖分別如圖4和圖5所示；

其中，殘差曲線一般默認的設置為10^-3次方，當然，也可以根據實際應用進行修改，在計算過程中顯示殘差曲線就會看見各項值在每次計算之后就會變化,直到殘差值低于設定的值(例如，10^-3)之后，表明殘差曲線收斂，殘差曲線收斂意味著計算趨于穩(wěn)定，其中，所述殘差值是指當前迭代結果與上一次迭代結果之間的差值。

A23，多次改變折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間，改變模擬條件后，返回執(zhí)行A11至A22的步驟，得到不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖；

A24，對得到的不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖進行對比分析，通過對比分析不同模擬條件下的速度及壓力的云圖和矢量圖，得到不同模擬條件下裝置內的流態(tài)混合效果，混合的越均勻，說明裝置內的物質交換傳質越好；選取最優(yōu)的流態(tài)混合效果對應的模擬條件作為裝置的最佳工藝參數。

本發(fā)明實施例中，步驟A23，多次改變折流擋板長度信息、入口速度及水力停留時間，改變模擬條件后，返回執(zhí)行A11至A22的步驟具體可以包括：

可以先確定入口速度v＝0.012m/s，水力停留時間HRT＝22.67h不變時，(因為入口速度是根據水力停留時間計算得出的，所以水力停留時間也不變)，多次改變調整一體化生活污水處理裝置結構內四個折流擋板的長度，對多個模擬結果進行對比分析，在第一個折流擋板長度＝320mm，第二個折流擋板長度＝280mm，第三個折流擋板長度＝280mm，第四個折流擋板長度＝320mm時，裝置內的流態(tài)混合的效果最好；

接著，在上述折流擋板長度不變的條件下，多次改變入口速度(同時，水力停留時間也在變)，對多個模擬結果進行對比分析，在v＝0.05m/s時，裝置內的流態(tài)混合的效果最好；也就是說，得到的最佳的模擬條件為：第一個折流擋板長度＝320mm，第二個折流擋板長度＝280mm，第三個折流擋板長度＝280mm，第四個折流擋板長度＝320mm，v＝0.05m/s以及v＝0.05m/s時對應的水力停留時間。

本發(fā)明實施例中，還需說明的是，每次改變折流擋板的長度就要重新建立物理模型，所以要循環(huán)執(zhí)行A11至A22，只改變入口速度及水力停留時間不需要重新建立物理模型。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。