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系統識別號 U0002-2606200710052500
中文論文名稱 自來水淨水廠高速膠凝澄清池之操作與結構改進
英文論文名稱 A Construction Improvement and Operation in Water Treatment Blanket Clarifier
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 楊文傑
研究生英文姓名 Wen-Jie Yang
學號 694360420
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-06-14
論文頁數 97頁
口試委員 指導教授-吳容銘
委員-李篤中
委員-黃國楨
委員-陳錫仁
委員-蔡榮進
中文關鍵字 污泥毯  澄清池  計算流體力學  二相流 
英文關鍵字 sludge blanket  clarifier  CFD  multiphase 
學科別分類
中文摘要 研究內容是使用計算流體力學的FLUENT軟體,模擬板新淨水廠設備中的膠凝(反應)澄清池,首先建立澄清池的幾何結構和網格,並給與進水流速和濃度、葉輪旋轉和污泥毯層的操作條件,再使用Eulerian二相流模式,對淨水廠內的流場流動加以計算和分析。分別探討下列五種不同清況下的流場變化:一、葉輪不同轉速下的探討。二、不同進水濃度之影響。三、改變不同污泥毯層的濃度和高度。四、改變澄清池幾何結構。五、溫度變化的影響。藉由以上分析和計算的結果,以求得更良好的出水品質。
本研究的結果顯示,葉輪在高轉速下,易造成槽底污泥毯層結構的懸浮翻騰。當不同的進水濃度時,其差異只在起始狀態下的出口通量值有明顯不同,當時間越久則沒有明顯差異。污泥毯層的高度和濃度,均與固體通量值成正比關係。在幾何結構的變化中,可以發現反應罩角度越小,其膠羽顆粒在反應罩內的時間越久。在每日相同處理水量的條件下,當進水管徑變大,可以提供更良好的出水品質。最後,溫度的影響加強了流力的循環,因此,在夏季的高溫情形下,易造成處理水量的困難。
英文摘要   This study uses the software FLUENT(used for computational fluid dynamics) to simulate flocculation (reaction) clarifier blanket inside Bansin water treatment plant. We first establish the geometric structure and mesh of the clarifier blanket, then provide feed velocity, concentration, impeller rotation, and operation conditions for the sludge blanket. Then we use the Eulerian multiphased model to calculate and analyze the flow field inside the water treatment plant. Next we explore flow field alterations resulting from changes in these five following variables: impeller rotational velocity, feed concentration, sludge blanket concentration and height, clarifier blanket structure, and temperature. Using the above calculations and analysis, we hope to obtain better water quality.
  This study shows that high impeller rotational velocity causes the sludge blanket structure on the bottom of the tank to float and turn easily. With varying feed concentration, the only significant difference is in the initial effluent solid mass flux; Changes become less observable as time goes on. The height and concentration of the sludge blanket both correspond directly to the solid mass flux. Regarding changes in the geometric structure, we find that the smaller the angle of the reaction well, the longer the solid particles stay in the reaction well. Under the condition of constant daily water-processing quantity, larger feed diameter leads to better water quality. Lastly, temperature increases flow dynamic circulation. Thus, high temperature during the summer may lead to difficulties in processing water quantity.
論文目次 目錄
中文摘要……………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………II
目錄…………………………………………………………………III
圖目錄………………………………………………………………V
表目錄………………………………………………………………VIII

第一章 前言……………………………………………………………1
1.1 研究緣起…………………………………………………………1
1.2 淨水廠情況………………………………………………………3
1.3 研究目的…………………………………………………………4
第二章 文獻回顧………………………………………………………5
2.1 膠凝澄清池………………………………………………………5
2.2 膠凝澄清池特性…………………………………………………9
2.3 污泥毯澄清池之操控特性………………………………………10
2.4 原水水質處理對策………………………………………………11
第三章 理論模式……………………………………………………13
3.1 模擬軟體與計算模式簡介………………………………………13
3.2 幾何圖形…………………………………………………………14
3.3 邊界條件…………………………………………………………21
3.4 統御方程式………………………………………………………21
3.4.1 流體之方程式…………………………………………………21
3.4.2 Eulerian多相流(multiphase fluid model)方程式……22
3.4.3 固-液相交互作用係數………………………………………23
3.5 數值方法及模組…………………………………………………25
3.5.1 GAMBIT模組…………………………………………………25
3.5.2 FLUENT模組…………………………………………………25
第四章 結果與討論……………………………………………………27
4.1 澄清池原始結構的流態分析……………………………………27
4.2 葉輪轉速不同下的污泥毯變動情形……………………………40
4.3 不同進水濃度對反應澄清池之影響……………………………46
4.4 探討污泥毯層對澄清池流動之影響……………………………54
4.4.1不同高度的污泥毯層對澄清池內流態的影響…………………54
4.4.2 污泥毯層濃度改變對澄清池之影響…………………………61
4.5 澄清池幾何結構改變下的情況…………………………………68
4.5.1 反應罩結構改變對澄清池流態的影響………………………68
4.5.2 進口管徑改變對澄清池流態的影響…………………………77
4.6 溫度變化下的澄清池流動情形…………………………………84
第五章 結論……………………………………………………………92
符號說明………………………………………………………………93
參考文獻………………………………………………………………95

圖目錄
第二章
圖2.1 固體接觸澄清池…………………………………………………6
圖2.2 平底式污泥毯澄清池……………………………………………6
圖2.3 流通管和反應罩之外觀圖………………………………………7
圖2.4 葉輪之外觀圖……………………………………………………8
圖2.5 反應罩、反應井和流通管之外觀圖……………………………8
第三章
圖3.1 膠凝(反應)澄清池之構造圖………………………………15
圖3.2 葉片之幾何結構圖形…………………………………………17
圖3.3 葉輪和轉軸之幾何網格圖形…………………………………17
圖3.4 流通管、反應井和反應罩之幾何網格圖形…………………18
圖3.5 整體幾何網格圖形……………………………………………18
圖3.6 清水流動向量圖………………………………………………20
圖3.7 疊代流程圖……………………………………………………26
第四章
圖4.1 反應澄清池之固體體積分率…………………………………28
圖4.2 反應澄清池原始結構(RW 57),固體體積分率隨時間變化圖…29
圖4.3 x方向切平面之固體體積分率變化圖…………………………31
圖4.4 y方向切平面之固體體積分率變化圖…………………………32
圖4.5 z方向切平面之固體體積分率變化圖…………………………33
圖4.6 四面槽壁與z方向組合之固體體積分率變化圖………………34
圖4.7 固體通量計算點的位置圖……………………………………35
圖4.8 不同時間下,澄清池四個角落通量對高度圖………………36
圖4.9 在不同時間下,固體通量對高度圖形………………………38
圖4.10 時間1200 s與1800 s下,固體通量對高度圖形……………38
圖4.11澄清池原始結構出口通量值…………………………………39
圖4.12 葉輪轉速0.3 rad/s之固體體積分率隨時間變化圖………41
圖4.13 葉輪轉速0.1 rad/s之固體體積分率隨時間變化圖………42
圖4.14 不同轉速下,特定時間的通量值對高度圖…………………44
圖4.15 不同轉速下的澄清池出口通量………………………………45
圖4.16 進水濃度5E-3之固體體積分率隨時間變化圖………………47
圖4.17 進水濃度5E-5之固體體積分率隨時間變化圖………………49
圖4.18 相同時間下,不同進水濃度之固體體積分率圖……………50
圖4.19 進水濃度不同,特定時間的通量值對高度圖………………52
圖4.20 進口濃度不同下的出口通量圖………………………………53
圖4.21 污泥毯高度3m之固體體積分率隨時間變化圖………………55
圖4.22 污泥毯高度1m之固體體積分率隨時間變化圖………………57
圖4.23污泥毯厚度不同,特定時間的通量值對高度圖……………59
圖4.24 不同污泥毯高度的出口通量圖………………………………60
圖4.25 污泥毯濃度0.25之固體體積分率隨時間變化圖……………62
圖4.26 污泥毯濃度0.1之固體體積分率隨時間變化圖……………64
圖4.27 污泥毯濃度不同,特定時間的通量值對高度圖……………66
圖4.28 不同污泥毯濃度的出口通量圖………………………………67
圖4.29 反應罩角度為30度之固體體積分率隨時間變化圖…………69
圖4.30 反應罩角度為90度之固體體積分率隨時間變化圖…………71
圖4.31 反應罩角度為147度之固體體積分率隨時間變化圖………73
圖4.32 反應罩改變,特定時間的通量值對高度圖…………………75
圖4.33 不同反應罩角度下的出口通量圖……………………………76
圖4.34 進口管徑漸漸變大1.6倍之固體體積分率隨時間變化圖…78
圖4.35 進口管徑變大1.6倍之固體體積分率隨時間變化圖………80
圖4.36 進口管徑改變,特定時間的通量值對高度圖………………82
圖4.37 不同進口管徑下的出口通量圖………………………………83
圖4.38 澄清池背面槽壁溫度不同圖…………………………………84
圖4.39 澄清池槽壁溫度相同…………………………………………84
圖4.40 澄清池背面槽壁溫度不同之固體體積分率隨時間變化圖…86
圖4.41 澄清池槽壁溫度改變之固體體積分率隨時間變化圖………88
圖4.42 溫度改變,特定時間的通量值對高度圖……………………90
圖4.43 溫度變化下的出口通量值圖…………………………………91

表目錄
第一章
表1 2000年到2005年侵襲台灣的颱風………………………………2
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