[发明专利]一种基于CFD的重金属废水硫化沉淀反应器优化方法

说明书

本发明公开了一种基于CFD的重金属废水硫化沉淀反应器优化方法，包括如下步骤：建立硫化沉淀反应器的流体计算域几何模型；根据所建立的几何模型，依照实际情况与设计思路确定控制方程并定义模型的边界条件与初始值；对硫化沉淀反应器的几何模型进行网格划分，利用多物理场耦合求解模型的流场与反应物质浓度分布等；通过修改相关参数，重复上述过程，进行多次数值模拟计算，将不同几何结构与工艺参数下的计算结果进行对比分析以得到最优反应器结构与工艺参数。本发明能够对不同反应器结构与工艺参数下的硫化沉淀过程进行模拟计算，得到反应器的进出水浓度、反应器内部流场分布特征、各物质浓度分布等结果以对不同情况下的反应器性能进行评价。

技术领域

本发明属于重金属废水处理仿真技术领域，尤其涉及一种基于CFD的重金属废水硫化沉淀反应器优化方法。

背景技术

矿产资源开发、金属加工和冶炼、化学品生产、和化肥工业等已被证明是重金属污染主要来源，其大量产生的重金属废水是亟待解决的难题。近年来，随着环保要求的提高，对于重金属污水的排放提出了更高的要求，与之对应的，需要进一步发展更加高效的处理工艺与装置。

对于重金属工业废水的处理，硫化沉淀法凭借其在广pH范围内的适用性，以及大部分金属硫化物低溶解度、高稳定性和易脱水等优点，近几十年来在应用中取得了巨大的进展。但是传统的硫化法处理重金属废水往往在搅拌釜式反应器中进行，连续运行过程复杂，反应时间长，同时该类型反应器需要过量的硫化剂，并且极易大量的硫化氢气体造成二次污染，因此需要开发设计新型的硫化沉淀反应器的结构并优化反应器的运行参数，以满足更高的经济和环保要求。

而目前对于硫化沉淀反应器的设计与优化往往采用以下方法：首先根据设计思路制作小型实验设备，然后进行小规模的实验验证，其次根据实验结果及现象修改反应器结构与工艺参数，最后重复上述过程直至寻找到最优结构与工艺参数。该方法会造成材料、时间的极大浪费等技术问题，并且不能满足对反应器设计优化的分析要求。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种基于CFD的重金属废水硫化沉淀反应器优化方法。该方法有利于提高新型硫化沉淀反应器的研制效率，有效降低研发投入，并且该方法能够有效地研究反应器结构与工艺参数对硫化沉淀过程效率的影响，为进一步地结构和工艺参数优化提供理论依据。

本发明为解决上述问题，所采用的技术方案如下：

一种基于CFD的重金属废水硫化沉淀反应器优化方法，包括如下步骤：

1)根据硫化沉淀反应器的基本尺寸参数，建立硫化沉淀反应器流体计算域的几何模型；

2)确定模型的控制方程，采用k-ε湍流模型计算流场；

3)定义模型的边界条件与初始值；

4)对模型进行网格划分；

5)进行数值仿真计算，利用多物理场耦合求解模型的流场与反应物质浓度分布，得到设定条件下硫化沉淀反应器的流场速度矢量图、各物质浓度分布图、流线分布图以及出水中离子浓度随时间变化数据；

6)根据步骤5)所得模拟结果，进行反应器特征分析，并通过更改步骤1)中的基本尺寸参数和/或步骤3)中的边界条件与初始值进行优化，重复步骤1)至步骤6)，直至得到最优的硫化沉淀反应器设计方案。

此处所指最优的硫化沉淀反应器设计方案为在上述步骤中，在不同反应器结构与边界条件设置下进行模拟计算时，所得到反应器出水中重金属离子浓度与硫化物浓度计算结果均最低时所对应的方案。

进一步的，步骤3)中边界条件与初始值的设定包括：

进流场边界条件与初始值的设定：包括进出口边界位置、流入速度、流出速度和压力与重力条件；