UASB反应器设计计算

UASB反应器

(1) 设计说明

本工程所处理工业废水属高浓度有机废水，生物降解性好，UASB反器作为处理工艺的主体，拟按下列参数设计。 设计流量 1200 m3/d =50m3/h

进水浓度 CODcr=5000mg/L COD去除率为87.5% 容积负荷 Nv=6.5kgCOD/(m3?d) 产气率 r=0.4m3/kgCOD 污泥产率 X=0.15kg/kgCOD (2)UASB反应器工艺构造设计计算 ① UASB总容积计算 UASB总容积：

V = QSr/Nv = 1200×5×87.5%/6.5 = 807.7 m3 （3-1） 选用两座反应器，则每座反应器的容积 Viˊ= V/2 = 404 m3 设UASB的体积有效系数为87%，则每座反应器的实需容积 Vi = 404/87%= 464m3

若选用截面为8m×8m 的反应器两座，则水力负荷约为 0.3m3/(m2?h)<1.0m3/(m2?h) 符合要求

求得反应器高为8m，其中有效高度7.5m，保护高0.5m. ② 三相分离器的设计

UASB的重要构造是指反应器内三相分离器的构造，三相分离器的设计直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用，根据已有的研究和工程经验，三相分离器应满足以下几点要求：

a.液进入沉淀区之前，必须将其中的气泡予以脱出，防止气泡进入沉淀区影响 沉淀效果。

b. 沉淀区的表面水力负荷应在0.7m3/(m2?h)以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽底缝隙的流速不大于2.0m/h。

c. 沉淀斜板倾角不小于50°，使沉泥不在斜板积累，尽快回落入反应区内。 d.出水堰前设置挡板以防止上浮污泥流失，某些情况下应设置浮渣清除装置。 三相分离器设计需确定三相分离器数量，大小斜板尺寸、倾角和相互关系。 三相分离器由上下两组重叠的高度不同的三角形集气罩组成。本设计采用上集气罩为大集气罩，下集气罩为小集气罩。大集气罩由钢板制成，起集气作用，小集气罩为实心钢筋混凝土结构，实起支撑作用。

取上下三角形集气罩斜面的水平倾角为θ=55°，h2=0.5m 根据图b所示几何关系可得：

b1=h2/tgθ=0.5/tg55°=0.35m （3-2） b2=b-2 b1=2.67-2×0.35=1.97m （3-3） 下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液上升流速v1可用下式计算： v1 = Q/S1 （3-4）

S1 = b2×l×n = 1.97×8×3 = 47.28 m2 （3-5） = 25/47.28 = 0.53m/h < 2m/h

取CD为0.3m，上三角形集气罩与下三角形集气罩斜面之间回流缝流速v2可用下式计算：

v2 = Q/S2

S2 = CD×l×2n = 0.3×8×2×3 = 14.4 m2 = 25/14.4 = 1.74m/h < 2m/h 满足v1 < v2 < 2.0m/h 的要求

取CE=0.3m，则上三角形集气罩的位置即可确定，且 BC = CE/sin35°= 0.3/sin35°= 0.52m AB = ( b1-CD)/cos55°= 0.09m h3 \\ = [Abcos55°+(b2-0.5)/2]tg55° =[0.26cos55°+(1.97-0.5)/2] ?tg55°= 1.26m 取水深h1 = 0.8m.

集气罩及各部分的尺寸标注见下图： 气分离效果的校核:

设沼气气泡的直径d=0.008cm, 20℃时，净水的运动粘滞系数υ=0.0101cm2/s，取废水密度ρ1=1.01g/cm3,沼气密度ρ=1.2×10-3g/cm3，碰撞系数β=0.95,动力粘滞系数

μ=υ?ρ=0.0101×1.01=0.0102g/(cm?s)

由于废水的μ一般大于净水，可取废水的μ=0.02g/(cm?s)

则气泡的上升速度vb= βg?(ρ1-ρ) ?d2/18μ （3-6） = 0.95×981×(1.01-1.2×10-3) ×0.0082/(18×0.02) = 0.167cm/s =6.01m/h

va= Q/S3=25/(0.3×8×6)=1.74m/h 根据以上的计算结果有 BC/AB=0 .52/0.56=2

vb/va =6.01/1.74=3.45

满足 vb/va > BC/AB 的要求,则直径大于0.008的气泡均可进入气室. ③ 布水系统的设计

两池共用一根DN150的进水干管， 采用穿孔管配水。每座反应器设4根DN150长6.7m的穿孔管，每两根管之间的中心距为2m，配水孔径采用 7φ14mm,孔距为2m,即每根管上设4个配水孔,每个孔的服务面积2m×2m=4m2,孔口向下,穿孔管距反应器底0.20m.

每座反应器共有16个配水孔,若采用连续进水,则每个孔的孔口流 2.11m/s > 2m/s ,符合要求.

估算布水系统的水头损失为0.7m,UASB的水头损失为0.8m,则废水在UASB反应器中的总水头损失为1.5m. 管道布置见图10： 水面低0.6m. ④出水渠的设计计算

每座UASB反应器设四条出水渠,出水渠保持水平,四条出水渠的出水汇入集水渠,再经出水管排出.

a.出水渠: 采用锯齿形出水渠,钢结构.渠宽取0.2m,渠深取0.3m.

b.三角堰设计计算

每座UASB反应器处理水量7L/s,溢流负荷为1～2L/(m?s) 设计溢流负荷取f=2L/(m?s),则堰上水面总长

L= q/f= 7/2= 3.5m （3-7）

设计90°三角堰,堰高 H=50mm,堰口宽 B=100mm,堰上水头 h=25mm,则堰口水面宽 b=50mm,三角堰数量 n=L/b=3.5/0.05=70个.

设计堰板长为8-0.3=7.7m,共6块,每块堰10个100mm堰口,10个670mm间隙. 堰上水头校核:

则每个堰出流率 q=0.007/70=1×10-4m3/s

按90°三角堰计算公式 q=1.43h5/2 （3-8） 则堰上水头为 h=(q/1.43)0.4=(1×10-4/1.43) 0.4=0.022m c. 集水渠: 集水渠宽取0.3m, 集水渠底比反应器内

d. 出水管: 取DN150的铸铁管,出水管在集水渠中心底部.出水管中的水再汇入位于走道下的DN200的排水总管.

e.浮渣挡板:为防止浮渣进入曝气池,在出水渠外侧0.3m处设浮渣挡板.挡板深入水面下0.2m,水面上0.025m.

⑤ 排泥管的设计计算 a.排泥量的设计计算

每座UASB的设计流量Q=600m3/d,进水COD浓度为5000mg/L,COD去除率为87.5%,产泥系数为R=0.15kg干泥/kgCOD,则产泥量 Q=600×5000÷1000×0.875×0.15=394kg干泥/d

设UASB排泥含水率为98%,湿污泥密度为1000kg/m3,则每日产生的湿污泥量 Q=394/(1000×2%)=19.7m3/d 则两座UASB的总产泥量 Q0=2×19.7=39.4m3/d ⑥ 沼气管道系统设计计算

a.产气量计算

每座UASB设计流量 Q＝25m 3/h 进水CODcr S0=5000mg/L=5kg/m3 COD去除率 E=87.5%

产气率 r=0.4 m3/kgCOD

则产气量 Gi=Q?S0?Er （3-9） =25×5×0.875×0.4=43.75 m 3/h 两座UASB产气量共为 G=87.5 m 3/h b.沼气管道的设计

出气管: 根据三相分离器的特点,每一个集气罩分别引一根出气管,管径为DN100.

水封罐: 本设计选用D=500mm的水封罐. 水封高度 H=H1-HM

H1—大集气罩内的压力水头,取为1mH2O HM—沼气柜的压力水头,取为0.4mH2O 则H=H1-HM=1-0.4=0.6mH2O

取水封罐高度Hˊ=1.0m ,其中超高为0.4m

在水封罐上设有一根进水管,一根放空管,在外面设一液位计以观察罐内水位情况.

气水分离器: 气水分离器起到对沼气干燥作用,选φ500mm×H1800mm. 沼气柜: 根据设计规范要求,沼气柜的容积一般按6―10h的平均产量来计算,本设计选用6h产气量计算,则6h的产气量为 W=87.5×6=525m3

所以选用550m3的沼气柜 .