UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)參考

1、。UASB 反應(yīng)器設(shè)計(jì)參考對(duì)于中等濃度和高濃度的有機(jī)廢水，一般情況下，有機(jī)容積負(fù)荷率是限制因素，反應(yīng)器的容積與廢水量、 廢水濃度和允許的有機(jī)物容積負(fù)荷去除率有關(guān)。 設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為 =15kgCOD/( d),COD 去除率為 93 ，則 UASB 反應(yīng)器有效容為：式中 設(shè)計(jì)流量， ； 容積負(fù)荷， kg/( ) ； 進(jìn)水 COD 濃度，mg/L ； 出水 COD 濃度，mg/L ； 容積負(fù)荷， kg/( ) 。則=2 、 UASB 反應(yīng)器的形狀和尺寸據(jù)資料，經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)器高度一般為4 6m 之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)優(yōu)化的運(yùn)行范圍。 升流式厭氧污泥床的池形有矩形、 方形和圓形。 圓形反應(yīng)器

2、具有結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的特點(diǎn)， 但是建造圓形反應(yīng)器的三相分離器要比矩形和方形反應(yīng)器復(fù)雜得多， 因此本設(shè)計(jì)選用矩形池。 從布水均勻性和經(jīng)濟(jì)性考慮， 矩形池長(zhǎng)寬比在 2 ： 1 左右較為合適。設(shè)計(jì)反應(yīng)器的有效高度為h=6m ,則橫截面積S= m2設(shè)池長(zhǎng) L 約為池寬 B 的兩倍，則可取池長(zhǎng)L=25m ，寬 B=13m 。一般應(yīng)用時(shí)反應(yīng)器裝夜量為 70 90 ，本工程設(shè)計(jì)反應(yīng)器總高度H=7.5m ，其中超高 0.5m 。反應(yīng)器的總?cè)莘e V=BLH=25 M3 X(7.5-0.5)=2275,有效容積為1930.4 ,則 體積有效系數(shù)為 84.85 ，符合有機(jī)負(fù)荷要求。3 、水力停留時(shí)間(HRT )和水力負(fù)荷

3、率()對(duì)于顆粒污泥，水力負(fù)荷=0.1 0.9 ，符合要求3.6.2.2 進(jìn)水分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 、布水點(diǎn)設(shè)置進(jìn)水方式的選擇應(yīng)根據(jù)進(jìn)水濃度及進(jìn)水流量而定， 通常采用的是連續(xù)均勻進(jìn)水方式。 布水點(diǎn)的數(shù)量可選擇一管一點(diǎn)或一管多點(diǎn)的布水方式， 布水點(diǎn)數(shù)量與處理廢水的流量、進(jìn)水濃度、容積負(fù)荷等因素有關(guān)。Lettinga 等推薦的 UASB 反應(yīng)器進(jìn)料噴嘴數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)見表4.7由于所取容積負(fù)荷為 15kgCOD/( d), 因此每個(gè)點(diǎn)的布水負(fù)荷面積大于 2 。本次設(shè)計(jì)池中共設(shè)置84 個(gè)布水點(diǎn)，則每點(diǎn)負(fù)荷面積為：m2表 4.7 UASB 反應(yīng)器進(jìn)料噴嘴數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)污泥性質(zhì)進(jìn)水容積負(fù)荷/kgCOD/(m3 ?d)

4、每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)荷面積/m2密實(shí)的絮體污泥度>40kgTSS/m3 <112>20.5 112密實(shí)的絮體污泥度2040kgTSS/m331225顆粒污泥224>40.5 10.5 2>22、配水系統(tǒng)形式UASB 反應(yīng)器的進(jìn)水分配系統(tǒng)形式多樣，主要有樹枝管式、穿孔管式、多管多點(diǎn)式和上給式4 種。本次設(shè)計(jì)使用 U 形穿孔管配水，一管多孔式。為配水均勻，配水管中心距可采用 1.0 2.0m ， 出水孔孔距也可才用1.0 2.0m ， 孔徑一般為10 20mm ，常采用 15mm ，孔口向下或與垂線呈45 °方向，每個(gè)出水孔的服務(wù)面積一般為2 4 nf。配水管中心距

5、池底一般為2025cm ,配水管的直徑最好不小于 100mm 。為了使穿孔管出水均勻，要求出口流速不小于2m/s.進(jìn)水總管管徑取200mm ,流速約為1.7m/s。每個(gè)反應(yīng)器中設(shè)置7根6100mm的 U 形管 ,每?jī)筛g的距離為2.00m, 每根管上有7 個(gè)配水孔， 孔距為 1.625m,孔徑采用（|）15mm,每個(gè)孔的服務(wù)面積2.00 X1.625=3.25m2,孔口向下并與垂線 呈 45°。共設(shè)置布水孔84個(gè)。出水流速 以選為2.34m/s ,則孔徑為：-可編輯修改-本設(shè)置采用連續(xù)進(jìn)料方式，布水孔孔口向下，有利于避免管口堵塞，而且由于UASB 反應(yīng)器底部反射散布作用，有利于布水

6、均勻。為了增強(qiáng)污泥和廢水之間的接觸， 減少底部進(jìn)水管的堵塞， 建議進(jìn)水點(diǎn)距反應(yīng)器池底 200mm 250mm 。本工程中設(shè)計(jì)布水管離UASB 反應(yīng)器底部200mm 。3、上升水流速度和氣流速度本設(shè)計(jì)中常溫下容積負(fù)荷=15kgCOD/( d) ，沼氣產(chǎn)率r=0.3m3/kgCOD ，根據(jù)接種污泥的不同選擇不同的空塔水流和氣流速度。如采用厭氧消化污泥接種，需滿足空塔水流速度uk司.0m/h,空塔沼氣上升速度ug.0m/h，如采用顆粒污泥接種，水流速度可以提高至1.0m/h qkR.Om/h。這里計(jì)算按接種消化污泥為依據(jù)。則空塔水流速度:uk= = =0.194m/h< 1m/h ,符合要求。

7、空塔氣流速度:ug= = =0.97m/h<1.0m/h ，符合要求。為 COD 去除率，取80% 。三相分離器沉淀區(qū)固液分離是靠重力沉淀( )達(dá)到的，其設(shè)計(jì)方法與普通二沉池相似， 主要考慮兩個(gè)因素， 即沉淀面積和水深。 沉淀面積可根據(jù)廢水流量和沉淀的表面負(fù)荷率確定。一般表面負(fù)荷率的數(shù)值等于水流向上流速 ，該值的大小與需要去除的污泥顆粒的沉降速度 相等，但方向相反，對(duì)已形成顆粒污泥的反應(yīng)器， 為防止和減少懸浮層絮狀污泥流失， 沉淀室內(nèi)設(shè)計(jì)日平均表面負(fù)荷率小于0.7 。沉淀區(qū)進(jìn)水口的水流上升速度一般小于2 三相分離器中物質(zhì)流態(tài)示意圖 見圖 4.44.4 三相分離器中物質(zhì)流態(tài)示意圖本次設(shè)計(jì)中

8、，與短邊平行，沿長(zhǎng)邊布置7 個(gè)集氣罩，構(gòu)成 6 個(gè)分離單元，則設(shè)置 5 個(gè)三相分離器，三相分離器單元結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4.5 所示。圖 4.5 三相分離器單元結(jié)構(gòu)示意圖三相分離器的長(zhǎng)度為 B=13m ，每個(gè)單元寬度為 L=25/6=4.167m 。其中沉淀區(qū)長(zhǎng)度 B1=13m 、寬度 b=3.0m ，集氣罩頂寬度a=1.167m ，壁厚 0.2m ，沉淀室底部進(jìn)水口寬度=1.5m 。沉淀區(qū)面積:=n b=6 M3M.0=234 m2 0沉淀區(qū)表面負(fù)荷:<0.7 符合要求。沉淀室進(jìn)水口面積:S2=nBb1=6 X13X1.5=117 m2 0沉淀室進(jìn)水口水流上升速度<2.0 符合要求。

9、2、沉淀區(qū)斜壁角度與深度設(shè)計(jì)三相分離器沉淀區(qū)斜壁傾斜度應(yīng)在45 ° 60°之間，上部液面距反應(yīng)器頂部 >0.2m 集氣罩頂以上的覆蓋水深可采用0.5 1.0m , 沉淀區(qū)斜面的高度h3建議采用0.5 1.0m。不論何種形式的三相分離器，具沉淀區(qū)的水深 當(dāng).0m ,并且沉淀區(qū)的水力停留時(shí)間以 1 1.5h 為宜。如能滿足上述條件，則可取得良好 的固液分離效果。設(shè)計(jì) UASB 反應(yīng)器沉淀區(qū)最大水深為 2m ， =0.5m （超高） ， =0.5m ， =1.0m ，則傾角： arctan =arctan =46.47°,符合要求。3、汽液分離設(shè)計(jì)如圖 4.6 所

10、示 ,設(shè)計(jì)就是要在確定氣封角后，合理選擇圖中縫隙寬度和斜面長(zhǎng)度BC （主要是MB）,以防止UASB消化區(qū)中產(chǎn)生的氣泡被上升的液流帶入沉淀室，干擾固液分離，造成污泥流失。當(dāng)氣泡隨液流以速度沿分離器斜面BC上升時(shí)，由于浮力的作用，它同時(shí)具有垂直向上的速度 。為了保證氣泡不隨液流竄入沉淀室，氣泡必須在其隨液流由 B 點(diǎn)移至 M 點(diǎn)時(shí)，在垂直方向上移動(dòng)距離 MN 。則在分離器設(shè)計(jì)中，必須慢走一下公式要求：>傾角 =60 °,r=70 °, =0.6m, 分隔板下端距反射錐處置距離MN=0.225m ， 則縫隙寬度 =MNsin =0.225 Kin60 =0.195m.圖 4

11、.6 三相分離器汽液分離設(shè)計(jì)廢水總流量為 1500 根據(jù)資料，設(shè)有0.7Q=1050 的廢水通過進(jìn)水縫進(jìn)入沉降區(qū)，另有0.3Q=475 的廢水通過回流縫進(jìn)入沉降區(qū)。則= = =0.846m/h<2.0m/h 符合要求。MC= = =0.346m設(shè) BC=0.5m, 則 MB=BC-MC=0.5-0.346=0.154mAB=2BCcos30 =2 >0.5 >Cos30 =0.866mBD=AD= = =0.461mCD=BCsin30 ° +BDsin20 °= =0.408m則 =CD+MN-MCcos =0.408+0.225-0.346cos60&

12、#176; =0.460m脫氣條件校核。設(shè)能分離氣泡的最小直徑=0.01cm,35 下清水運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)產(chǎn)0.672 X10-2cm2/s,廢水密度 p1=1.03g/cm3, 氣體密度 兇=1.2 X10-3g/cm3,氣泡碰撞系數(shù)=0.95 ，則清水動(dòng)力粘度=T=0.672 XX1.03=0.692 乂g/(cm s),因處理對(duì)象為廢水，具動(dòng)力粘度 一般大于，可取=1.5 x g/(cm s),由斯托克斯公式= ,則氣泡上升速度(可分離的最小氣泡)為= =12.77m/h驗(yàn)證：= =15.1= =1.46可見> ，合理。所以，該三相分離器可脫去冷.01cm的氣泡，分離效果良好。4、分隔

13、板的設(shè)計(jì)如圖 46 所示，=0.6m , =0.5 乂 (b- ) =0.5 ><3-0.6)=1.2m經(jīng)上面計(jì)算，氣體因受浮力作用，氣泡上升速度在進(jìn)水縫中 =12.77m/h ，沿進(jìn)水縫斜向上的速度分量為sin =19.16 Xsin46.47 =9.260(m/h)，則進(jìn)水縫中水流速度應(yīng)該滿足V<9.260m/h, 否則水流把氣泡帶進(jìn)沉降區(qū)。假設(shè)水流速度V 剛好等于 9.260m/h ，前面計(jì)算中已設(shè)有1050 廢水通過回流縫進(jìn)入沉降區(qū)，則三相分離器的進(jìn)水縫縱截面總面積為：= = =4.72=0.40共有 6 組（ 12 條）進(jìn)水縫，每條進(jìn)水縫縱截面面積進(jìn)水縫寬度= =

14、= 0.03（m） ，應(yīng)滿足 與 相當(dāng)級(jí)數(shù)，且>0.022m , 現(xiàn)設(shè)計(jì)=0.15m ，則進(jìn)水縫中水流速度V= =1.87m/h<9.26m/h ，滿足設(shè)計(jì)要求。Ah= = =0.219m=tan + Zh- =1.2 Xtan46.47 +0.219-1.0=0.482m.設(shè)進(jìn)水縫下板上端比進(jìn)水縫上板下端高出 0.2m. 則進(jìn)水縫下板長(zhǎng)度為：（0.2+ ） /sin =（0.2+0.482）/sin46.47° =0.941m進(jìn)水縫上板長(zhǎng)度為： /sin =1/sin46.47 ° =1.380m5 、三相分離器與UASB 高度設(shè)計(jì)三相分離區(qū)總高度h= + +

15、 + =0.5+1+0.482+0.46=2.442mUASB 反應(yīng)器總高度H=6.5m ，超高 =0.5m.據(jù)資料， Q 一定，相同的 COD 降解速率下，反應(yīng)器的有效高度與污泥床高度之比為（3-4 ）：1 較為合適，較高的污泥床高度可能引起污泥濃度過大，廢水布水不均勻形成污泥脫節(jié)現(xiàn)象。反應(yīng)器的有效高度在任何情況下選用 4.5 6m ，懸浮層高度3 4m 是適宜的。本次設(shè)計(jì)中， 分離出流區(qū)高 2.5m ， 反應(yīng)區(qū)高度4.5m ， 其中污泥床高2.0m 懸浮層高 2.5m 。3.6.2.4 排泥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于厭氧消化過程中微生物的不斷生長(zhǎng)或進(jìn)水不可降解懸浮固體的積累， 必須在污泥床區(qū)定期排除剩

16、余污泥，所以 UASB 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)包括剩余污泥的排除 設(shè)施。1 、 UASB 中污泥總量的計(jì)算。高效工作的 UASB 反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)區(qū)的污泥沿高程呈兩種分布狀態(tài)，下部約1/3-1/2 的高度范圍內(nèi)， 密集堆積著絮狀污泥和顆粒污泥。 污泥粒子雖呈一定的懸浮狀態(tài)， 但相互之間距離很近， 幾乎呈搭接之勢(shì)。 這個(gè)區(qū)域內(nèi)的污泥固體濃度高達(dá) 40-80gVSS/L 或 60-120gVSS/L ，通常稱為污泥床層。污泥床層以上約占反應(yīng)區(qū)總高度的 1/3-1/2 的區(qū)域范圍內(nèi)，懸浮著顆粒較小的絮狀污泥和游離污泥，絮體之間保持著較大的距離。污泥固體的濃度較小，平均約為 5-25gVSS/L或 5-30gV

17、SS/L ，這個(gè)高度范圍通常稱為污泥懸浮層。本設(shè)計(jì)中， 反應(yīng)器最高液面為 7m, 其中沉淀區(qū)高2.5m ， 污泥濃度為 =0.5gSS/L;懸浮區(qū)高 1.7m ， 污泥濃度 =2.0gSS/L ； 污泥床高 3m 污泥濃度 =15.0 gSS/L ，則反應(yīng)器內(nèi)污泥總量：M=s +s +s = s ( + +)=321.7 X0.5 >2.7+1.7 X2.0+3 xl5)=15844(kgSS)2 、 BOD 污泥負(fù)荷污泥負(fù)荷表示反應(yīng)器內(nèi)單位質(zhì)量的活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)承受的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量。=0.703、產(chǎn)泥量計(jì)算剩余污泥量的確定與每天去除的有機(jī)物量有關(guān)， 當(dāng)沒有相關(guān)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)時(shí)， 可根據(jù)經(jīng)

18、驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。一般情況下，可按每去除1kgCOD 產(chǎn)生 0.05 0.10kgVss計(jì)算。本工程取X=0.05kgVss/kgCOD, 則產(chǎn)泥量為：ZX=XQ =0.05 X1500 >20.757 >0.93=1448 (kgVss/d )式中 Q 設(shè)計(jì)處理水量， 去除的 COD 濃度， kgCOD/據(jù)資料，小試條件下，白酒廢水Vss/ss=0.91, 但不同試驗(yàn)規(guī)模下 Vss/ss 是不同的，因?yàn)橐?guī)模越大，被處理的廢水含無機(jī)雜質(zhì)越多，因此取Vss/ss=0.8 ，則 =1448/0.8=1809(kgSS/d)污泥含水率P為98 % ,因含水率95 %，取=1000kg/ ,則污

19、泥產(chǎn)量為=90.454、污泥齡的據(jù)算污泥齡5、排泥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般認(rèn)為， 排出剩余污泥的位置在反應(yīng)器的 1/2 高度處， 但大都推薦把排泥設(shè)備安裝在靠近反應(yīng)器底部， 也有人在三相分離器下 0.5m 處設(shè)計(jì)排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余絮狀污泥，而不會(huì)把顆粒污泥排走。對(duì)UASB 反應(yīng)器排泥系統(tǒng)，必須同時(shí)考慮在上、中、下不同位置設(shè)排泥設(shè)備，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行中的具體情況考慮實(shí)際的排泥要求， 來確定排泥位置。 由于反應(yīng)器的占地面積較大， 所以必須進(jìn)行均布多點(diǎn)排泥， 建議每 10 設(shè)一個(gè)排泥點(diǎn)。 專設(shè)排泥管管徑不應(yīng)小于200mm ，以防堵塞。本次設(shè)計(jì)在三相分離器下 0.5m 處設(shè)置 4 個(gè)排泥口， 排空

20、時(shí)由污泥泵從排泥管強(qiáng)排，進(jìn)水管也可兼作排泥管。UASB 反應(yīng)器每 3 個(gè)月排泥一次， 污泥排入集泥池， 再由污泥泵送入污泥濃縮池。排泥管選 DN150 的鋼管，排泥總管選用 DN200 的鋼管。3.6.2.5 出水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1 、溢流堰設(shè)計(jì)計(jì)算為了保持出水均勻， 沉淀區(qū)的出水系統(tǒng)通常采用出水渠， 一般每個(gè)單元三相分離 器沉淀區(qū)設(shè)一條出水渠， 而出水渠每隔一定距離設(shè)三角出水堰。 本次設(shè)計(jì)溢流出水槽的分布見圖 4.7 。圖 4.7 溢流出水槽的分布池中設(shè)有 6 個(gè)單元三相分離器，出水槽共有6 條，槽寬 =0.2m 。反應(yīng)器流量q= =0.0174 /s設(shè)出水槽槽口附近，水流速度=0.2m/s,

21、 則槽口附近水深=0.0725m ，取槽口附近水深為 0.25 ，出水槽坡度為 0.01 。出水槽溢流堰共6 條，每條長(zhǎng)13m設(shè)計(jì) 90 °三角堰，堰高 50mm ，堰口寬 100mm ，則堰口水面寬 =50mm 。UASB處理水量為17.4L/S,溢流負(fù)荷為12L/（m &）,設(shè)計(jì)溢流堰負(fù)荷為f=1.0L/（m ?s） ,則堰上水面總長(zhǎng)L=q/f=17.4/1.0=17.4（m）。三角堰數(shù)量 =348 （個(gè)），則每條溢流堰三角堰數(shù)量為 290/12=29 個(gè)，取 30個(gè) 100mm 的堰口， 30 個(gè) 100mm 的間隙。堰上水頭校核：每個(gè)堰出流率為 ，按 90°

22、三角堰計(jì)算公式 =1.43 ，則堰上水頭為： h= =0.0177（ m ）2 、 出水渠設(shè)計(jì)計(jì)算UASB 反應(yīng)器沿長(zhǎng)邊設(shè)一條矩形出水渠， 6 條出水槽的出流流至此出水渠。出水渠保持水平，出水由一個(gè)出水口排出。=0.8m ， 坡度 0.01.設(shè)出水渠渠口附近水流速度=0.3m/s, 則渠口附近水深=0.0725(m)考慮渠深應(yīng)以出水槽槽口為基準(zhǔn)計(jì)算，所以出水渠渠深=0.25+0.0725=0.32( m ) ,出水渠的出水直接自流進(jìn)入CASS 反應(yīng)池。3、出水管設(shè)計(jì)計(jì)算UASB 反應(yīng)器排水量為 17.4L/S 。選用 DN300 鋼管排水，約為 0.42m/s, 充滿度設(shè)計(jì)為 0.6 ，設(shè)計(jì)坡

23、度為 0.001.3.6.2.6 沼氣收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1 、沼氣收集系統(tǒng)布置由于有機(jī)負(fù)荷較高， 產(chǎn)氣量大， 因此設(shè)置一個(gè)水封罐， 水封罐出來的沼氣先通入汽水分離器，然后在進(jìn)入沼氣貯柜。熱量計(jì)算：熱量計(jì)算主要是在厭氧階段的產(chǎn)熱計(jì)算，所產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量=60%, 甲烷的熱值K=23000KJ/ .沼氣主要產(chǎn)生于厭氧階段，設(shè)計(jì)產(chǎn)氣率為 r=0.35 /kgCOD ；總產(chǎn)氣量為G=rQ E=0.35 >1500 >20.757 >0.93=10134(/d).( 1)集氣室沼氣出氣管。每個(gè)集氣罩的沼氣用一根集氣管收集，共有7 根集氣管，采用鋼管。每根集氣管內(nèi)最大氣流量據(jù)資料，集

24、氣室沼氣出氣管最小直徑為 DN100 ，且盡量設(shè)置不短于 300mm 的立管出氣，若采用橫管出氣，其長(zhǎng)度不宜小于 150mm本工程中設(shè)計(jì)集氣管直徑為 DN150 ，設(shè)置 500mm 立管出氣，共7 根。(2) 沼氣主管。 7 根集氣管先匯入沼氣主管， 采用鋼管沼氣主管管道坡度為 0.5%沼氣主管內(nèi)最大氣流量g=10134/86400=0.117 /s 。主管直徑與沼氣流量關(guān)系為 g=式中 a 為充滿度，取0.6 ，則流速 約為 0.993m/s由上式，取沼氣主管直徑為 DN500 。2、水封罐的設(shè)計(jì)計(jì)算水封罐的作用是控制三相分離器的集氣室中汽液兩相的界面高度， 保證集氣室出氣管在反應(yīng)器運(yùn)行過程中不被淹沒， 運(yùn)行穩(wěn)定并將沼氣即時(shí)排出反應(yīng)器， 以防止浮渣堵塞等問題的發(fā)生。 經(jīng)驗(yàn)表明， 水封罐中的冷凝水將有積累， 因此在水封罐中有一個(gè)排除冷凝水的出口，以保持罐中的水位。水封高度取1.5m ，水封罐面積一般為進(jìn)氣管面積的 4 倍，則水封罐面積，水封罐直徑取0.8m3、汽水分離器汽水分離器起到對(duì)沼氣干燥的作用，選用 鋼制汽水分離器一個(gè)，汽水分離器中預(yù)裝鋼絲填料， 在汽水分離器前設(shè)置過濾器以凈