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 46m 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 具有結(jié)

2、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L約為池寬B的兩倍，則可取池長L=25m，寬B=13m。一般應(yīng)用時(shí)反應(yīng)器裝夜量為 7090，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eV=BLH=2i5 13X(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)荷率()對(duì)于顆粒污泥，水力

3、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：m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) 每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)荷面積 /m

4、2密實(shí)的絮體污泥度 >40kgTSS/m3 <112>20.5 1122 3密實(shí)的絮體污泥度 2040kgTSS/m3123122 5顆粒污泥22 4>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 1020mm ，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24卅。配水管中心距池底一般為

5、 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© 100mm 的U形管,每兩根之間的距離為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)。出水流速卩選為2.34m/s，則孔徑為：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，有利于布水均勻。 為了增強(qiáng)污

6、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ukw 1.0m/h,空塔沼氣上升速度ug< 1.0m/h，如采用顆粒污泥 接種，水流速度可以提高至1.0m/h<uk<4.0m/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 v 1m/

7、h，符合要求?？账饬魉俣?: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 4.4。圖 4.4 三

8、相分離器中物質(zhì)流態(tài)示意圖 本次設(shè)計(jì)中，與短邊平行，沿長邊布置 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度為 B=13m ，每個(gè)單元寬度為 L=25/6=4.167m 。其中沉淀區(qū)長 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 X13X3.O=234 m20沉淀區(qū)表面負(fù)荷 :<O.7 符合要求0沉淀室進(jìn)水口面積 :S2=nBb仁6X 13X1.5=117 譏沉

9、淀室進(jìn)水口水流上升速度<2.O 符合要求02、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。一60。之間，上部液面距反應(yīng)器頂部 >O.2m 集氣罩頂以上的覆蓋水深 可采用 O.51.Om ,沉淀區(qū)斜面的高度 h3 建議采用0.5 1.0m o不論何種形式的三相分離器，其沉淀區(qū)的水深> 1.0m,并且 沉淀區(qū)的水力停留時(shí)間以 11.5h 為宜0如能滿足上述條件， 則可取得良好的固 液分離效果0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03、汽液分離

10、設(shè)計(jì)如圖 4.6 所示,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 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0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 0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°尸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 Xsin60 °=0

11、.195m.圖 4.6 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)0則= = =0.846m/h<2.0m/h 符合要求0MC= = =0.346m設(shè) BC=0.5m, 則 MB=BC-MC=0.5-0.346=0.154mAB=2BCcos30° =2X0.5 Xcos30° =0.866mBD=AD= = =0.461mCD=BCsin30° +BDsin20° = =0.408m則° =0.460m脫氣條件校核。設(shè)

12、能分離氣泡的最小直徑=0.01cm,35 C下清水運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)丫 =0.672 x -2cm2/s,廢水密度 p 1=1.03g/cm3,氣體密度 p g=1.2 x 13g/cm3,氣 泡碰撞系數(shù) =0.95，則清水動(dòng)力粘度=丫 =0.672 x x 1.03=0.692 x g/(cmH處理對(duì)象為廢水，其動(dòng)力 粘度 一般大于 ，可取 =1.5x 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> 0.01c m的氣泡，分離效果良好。4、分隔板的設(shè)計(jì)如圖

13、46 所示， =0.6m , =0.5 x(b- )=0.5x(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共有 6 組(12 條)進(jìn)水縫，每條進(jìn)水縫縱截面面積 = =0.40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。 h= = =0.219m=tan + h- =1.2 tan46.47 +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)水縫下板長度為：(0.2+ )/sin =(0.2+0.482)/sin46.47=0.941m進(jìn)水縫上板長度為： /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= + + + =0.5+1+0.4

15、82+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 34m 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)定期排除剩余污泥，所以 UASB 反應(yīng)器的

16、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 5-30gVSS/L ，這個(gè)高度范圍

17、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 送.7+1.7 送.0+3 X15)=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)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。一般情況下，可按每去除 1kgCOD 產(chǎn)生 0

18、.050.10kgVss 計(jì)算。本工程取 X=0.05kgVss/kgCOD, 則產(chǎn)泥量為： X=XQ =0.05 X 1500X20.757 >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/ ,貝U污泥產(chǎn)量為 =90.454、污泥齡的據(jù)算污泥齡

19、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， 排空時(shí)由污泥泵從排泥管強(qiáng) 排，進(jìn)水管也

20、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, 則 槽口附近水深 =

21、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 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1 2L/(m?s),設(shè)計(jì)溢流堰負(fù)荷為f=1.0 L/(m?s) ,則 堰上水面總長 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°三角堰計(jì)算公式 =1.

22、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。出水渠寬=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)坡度為 0.001.3.6.2.6

23、 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 X1500X20.757 >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，集氣室沼氣出氣管最小直徑為DN10

24、0，且盡量設(shè)置不短于300mm的立管出氣，若采用橫管出氣，其長度不宜小于 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)置過濾器以凈化沼氣， 在分離器出水管上裝設(shè)