水处理絮凝沉淀单元的运行工况直接决定着最终出水水质和制水成本,加之水资源短缺和供需矛盾的形势日益严峻,因而如何实现相关构筑物的优化设计和高效运行具有重要意义。本研究借助计算流体力学(CFD)技术在建立网格絮凝池和平流沉淀池的三维模型的基础上,实现了不同网格絮凝池结构(包括网格板开孔率、间距和过水孔洞尺寸)以及平流沉淀池结构(包括穿孔墙结构、有效水深和导流墙)条件下的数值模拟,对比分析了各工况下构筑物内的流场特征;同时,利用均匀设计和正交设计方法对相关构筑物的结构进行优化研究,为实际构筑物设计参数的优选以及高效运行提供理论指导。网格絮凝池的数值模拟结果表明,池内网格板结构与过水孔洞尺寸均会对其水流紊动影响显著。其中,网格板的存在使流经的水流受到扰动并在格板后形成大量微尺度涡旋,且网格板开孔率越小,相应的水流受到扰动越大,悬浮颗粒间发生碰撞的几率也越大;而网格板间距主要影响布有多层网格板的同一竖井内上游网格板造成水流紊动的利用效率;过水孔洞作为竖井间的过流通道,对于孔洞下游水流紊动影响显著,且过水孔洞尺寸越小,水流流经孔洞处紊动越剧烈,下游水流受惯性作用影响越大。此外,下游竖井内网格板的存在将会进一步放大对水流造成的扰动,过水孔洞间存在协同作用。平流沉淀池的数值模拟结果表明,当水流从絮凝池流入沉淀池时,池内除了纵向的局部回流外,还存在池宽方向的布水不均现象,这些都与理想沉淀池的假设存在出入,也间接说明了实际沉淀池运行过程中的水流状况远比设计情况要复杂;对于穿孔墙结构来说,穿孔率和孔眼形状均对布水均匀影响明显,但孔眼排列方式对于池内水流布水均匀性影响有限;当穿孔墙结构相同时,过高的穿孔墙将极大的增加了池内流速不均匀区域,降低池内的有效沉淀体积;导流墙的存在可显著提高沿池宽方向的均匀布水,但过多的导流墙对均匀布水提升效果有限。通过均匀设计和正交设计方法分别对网格絮凝池和平流沉淀池穿孔墙的结构进行了优化研究,获得了对网格絮凝池各段及整体絮凝水力条件影响显著的因素和相关回归方程,以及平流沉淀池穿孔墙结构中对去除率影响的显著性序列并获得了穿孔墙结构的最优配置。最后,基于模拟结果与相关文献资料,提出了针对实际运行的优化建议。