uasb工藝系統(tǒng)設計方法探討及設計計算

UASB工藝系統(tǒng)設計方法探討簡介：本文全面的介紹了UASB系統(tǒng)的設計問題，介紹了厭氧預處理工藝和UASB反應器的負荷設計原則和設計方法。重點介紹了混凝土結構的矩形UASB反應器各個部分尺寸的計算和確定原則。對UASB的進水配水系統(tǒng)和布水方式進行了詳細的介紹。對于三相分離器和UASB建筑材料等問題也進行討論。關鍵字：UASB反應器，預處理，配水系統(tǒng)，三相分離器，建筑材料，設計簡介：本文全面的介紹了UASB系統(tǒng)的設計問題，介紹了厭氧預處理工藝和UASB反應器的負荷設計原則和設計方法。重點介紹了混凝土結構的矩形UASB反應器各個部分尺寸的計算和確定原則。對UASB的進水配水系統(tǒng)和布水方式進行了詳細的介紹。對于三相分離器和UASB建筑材料等問題也進行討論。關鍵字：UASB反應器，預處理，配水系統(tǒng)，三相分離器，建筑材料，設計

一、概述厭氧處理已經成功地應用于各種高、中濃度的工業(yè)廢水處理中。雖然中、高濃度的廢水在相當程度上得到了解決，但是當污水中含有抑制性物質時，如含有硫酸鹽的味精廢水在處理上仍有一定的難度。在厭氧處理領域應用最為廣泛的是UASB反應器，所以本文重點討論UASB反應器的設計方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝有一定的共同點，例如，流化床和UASB都有三相分離器。而UASB和厭氧濾床對于布水的要求是一致的，所以結果也可以作為其他反應器設計參考。包含厭氧處理單元的水處理過程一般包括預處理、厭氧處理(包括沼氣的收集、處理和利用)、好氧后處理和污泥處理等部分，可以用圖1所示的流程表示。二、UASB系統(tǒng)設計1、預處理設施一般預處理系統(tǒng)包括粗格柵、細格柵或水力篩、沉砂池、調節(jié)(酸化)池、營養(yǎng)鹽和pH調控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無機的可沉固體，這對對于保護各種類型厭氧反應器的布水管免于堵塞是必需的。當污水中含有砂礫時，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強調去除砂礫的重要性也不過分。不可生物降解的固體，在厭氧反應器內積累會占據(jù)大量的池容，反應器池容的不斷減少最終將導致系統(tǒng)完全失效。由于厭氧反應對水質、水量和沖擊負荷較為敏感，所以對于工業(yè)廢水適當尺寸的調節(jié)池，對水質、水量的調節(jié)是厭氧反應穩(wěn)定運行的保證。調節(jié)池的作用是均質和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預酸化等功能。在調節(jié)池中設有沉淀池時，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆?；蚿H調節(jié)的要求，當廢水堿度和營養(yǎng)鹽不夠需要補充堿度和營養(yǎng)鹽(N、P)等；可采用計量泵自動投加酸、堿和藥劑，通過調節(jié)池水力或機械攪拌達中和作用。同時，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對厭氧過程有抑制作用的物質、改善生物反應條件和可生化性也是厭氧預處理的主要手段，也是厭氧預處理的目的之一。僅考慮溶解性廢水時，一般不需考慮酸化作用。對于復雜廢水，可在調節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是完全的酸化是沒有必要的，甚至是有害處的。因為達到完全酸化后，污水pH會下降，需采用投藥調整pH值。另外有證據(jù)表明完全酸化對UASB反應器的顆粒過程有不利的影響。對以下情況考慮酸化或相分離可能是有利的：1)當采用預酸化可去除或改變對甲烷菌有毒或抑制性化合物的結構時；2)當廢水存在有較高的Ca2+時，部分酸化可避免顆粒污泥表面產生CaCO3結垢；3)當處理含高含懸浮物和/或采用高負荷，對非溶解性組分去除有限時；4)在調節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過調節(jié)池的合理設計取得。例如，上向流進水方式，在反應器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設計為5～10m2/孔即可。2、UASB反應器體積的設計a)負荷設計法采用有機負荷(q)或水力停留時間(HRT)設計UASB反應器是目前最為主要的方法。一旦q或HRT確定，反應器的體積(V)可以很容易根據(jù)公式(1或2)計算。對某種特定廢水，反應器的容積負荷一般應通過試驗確定。V=QSo/q(1)V=KQ.HRT(2)式中：Q---廢水流量，m3/d；So---進水有機物濃度，gCOD/L或gBOD5/L。表1給出不同類型廢水國內外采用UASB反應器處理的負荷數(shù)據(jù)，需要說明的是表中無法一一注明采用的預處理條件和厭氧污泥類型等情況，這些條件對選擇設計負荷是至關重要的。下表供設計人員設計時參考，選用前必須進行必要的實驗和進一步查詢有關的技術資料。表1國內外生產性UASB裝置的設計負荷統(tǒng)計表序號廢水類型負荷kgCOD/m3·d(國外資料)負荷kgCOD/m3·d(國內資料)平均最高最低廠家數(shù)平均最高最低廠家數(shù)1酒精生產11.6202152啤酒廠9.818.85.6805.385103造酒廠13.918.59.9366.410484葡萄酒廠10.212845清涼飲料6.8121.88555126小麥淀粉8.610.76.667淀粉65.482.728土豆加工等9.516.84249酵母業(yè)9.812.4616666110檸檬酸生產8.414.31314.8206.5311味精3.242.3212再生紙、紙漿12.3207.91513造紙12.738.963914食品加工103.543215屠宰廢水13.142.3416制糖1217制藥廠10.933.26.311580.8518家畜飼料廠10.510.510.5119垃圾濾液9.9127.97b)經驗公式方法Lettinga等人采用同樣經驗公式描述不同厭氧處理系統(tǒng)處理生活污水HRT與去除率(E)之間的關系，并且對不同反應器處理生活污水的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，得出了參數(shù)值。式中：C1,C2——反應常數(shù)。c)動力學方法許多研究者致力于動力學的研究，Henxen和Harremoes(1983)根據(jù)眾多研究結果匯總了酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過程重要的動力學常數(shù)(見表2)。到目前為止，動力學理論的發(fā)展，還沒有使它能夠在選擇和設計厭氧處理系統(tǒng)過程中成為有力的工具，通過評價所獲得的實驗結果的經驗方法現(xiàn)在仍是設計和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的唯一的選擇。表2厭氧動力學參數(shù)(Henxen和Harremoes，1982)培養(yǎng)mm(d-1)Y(mgVSS/mgCOD)Km[mgCOD/(mgVSS?d)]Ks(mgCOD/L)產酸菌20.1513200甲烷菌0.40.031350混合培養(yǎng)0.40.182---3、UASB反應器的詳細設計1)反應器的體積和高度采用水力停留時間進行設計時，體積(V)按公式(1)或(2)計算。選擇反應器高度的原則是設計、運行和經濟上綜合考慮的結果。從設計、運行方面考慮：高度會影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動和污泥與進水之間的接觸。但流速過高會引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限值，從而使反應器的高度受到限制；高度與CO2溶解度有關，反應器越高溶解的CO2濃度越高，因此，pH值越低。如pH值低于最優(yōu)值，會危害系統(tǒng)的效率。從經濟上考慮:土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；考慮當?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反應器建造在半地下減少建筑和保溫費用。最經濟的反應器高度(深度)一般是在4到6m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)最優(yōu)的運行范圍。2)反應器的升流速度對于UASB反應器還有其他的流速關系(圖2)。對于日平均上升流速的推薦值見表3，應該注意對短時間(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暫時的高峰流量可以接收)。表3UASB和EGSB允許上升流速(平均日流量)UASB反應器Vr＝0.25~3.0m/h0.75~1.0m/h顆粒污泥絮狀污泥Vs≤1.5m/h絮狀污泥≤8m/h顆粒污泥Vo≤12m/h顆粒污泥≤3.0m/h絮狀污泥Vg＝1m/h建議最小值3)反應器的截面積和反應器的長、寬(或直徑)在確定反應器的容積和高度(H)之后，可確定反應器的截面積(A)。從而確定反應器的長和寬，在同樣的面積下正方形池的周長比矩形池要小，矩形UASB需要更多的建筑材料。以表面積為600m2的反應器為例，30×20m的反應器與15m×40m的反應器周長相差10%，這意味著建筑費用要增加10%。但從布水均勻性考慮，矩形在長/寬比較大較為合適。從布水均勻性和經濟性考慮，矩形池在長/寬比在2:1以下較為合適。長/寬比在4:1時費用增加十分顯著。圓形反應器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12%。但這一優(yōu)點僅僅在采用單個池子時才成立。當建立兩個或兩個以上反應器時，矩形反應器可以采用共用壁。對于采用公共壁的矩形反應器，池型的長寬比對造價也有較大的影響。如果不考慮其他因素，這是一個在設計中需要優(yōu)化的參數(shù)。4)單元反應器最大體積和分格化的反應器在UASB反應器的設計中，采用分格化對運行操作是有益的。首先，分格化的單元尺寸不會過大，可避免體積過大帶來的布水均勻性等問題；同時多個反應器對系統(tǒng)的啟動也是有益的，可首先啟動一個反應器，再用這個反應器的污泥去接種其他反應器；另外，有利于維護和檢修，可放空一個反應器進行檢修，而不影響系統(tǒng)的運行。從目前實踐看最大的單體UASB反應器(不是最優(yōu)的)可為1000-2000m3。5)單元反應器的系列化單元的標準化根據(jù)三相分離器尺寸進行，三相分離器的型式趨向于多層箱體的設備化結構。以2×5m的三相分離器為例，原則上講有多種配合形式。但從標準化和系列化考慮，要求具有通用性和簡單性。所以，池子寬度是以5m為模數(shù)，長度方向是以2m為模數(shù)。布置單元尺寸的方式可分成單池單個分離器和單池兩個分離器的形式。原則上如果采用管道或渠道布水，池子的長度是不受限制。如前所述，由于長寬比涉及到反應器的經濟性，所以要結合池子組數(shù)考慮適當?shù)拈L寬比。對寬度為10m的單個反應器，2:1的長寬比的反應器可達到2000m3的池容。對更大的反應器，如果需要也可采用雙池共用壁的型式。三、反應器的配水系統(tǒng)的設計1、配水孔口負荷一個進水點服務的最大面積問題是應該進行深入的實驗研究。對于UASB反應器Lettinga建議在完成了起動之后，每個進水點負擔2.0到4.0m2對獲得滿意的去除效率是足夠的。但是在溫度低于20℃或低負荷的情況，產氣率較低并且污泥和進水的混合不充分時，需要較高密度的布水點。對于城市污水DeMan和VanderLast(1990)建議1～2m2/孔。表4是Lettinga等人根據(jù)UASB反應器的大量實踐推薦的進水管負荷。表4采用UASB處理主要為溶解性廢水時進水管口負荷污泥典型每個進水口負荷(m2)負荷(kgCOD/m3·d)顆粒污泥0.5～121～22～4>2>4凝絮狀污泥>40kgDS/m36.5～1<1.01～21～22～3>2中等濃度絮狀污泥120～40kg/m31～2<1～22～5>22、進水分配系統(tǒng)進水分配系統(tǒng)的合理設計對UASB處理廠的良好運轉是至關重要的，進水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了這兩個功能的實現(xiàn)，需要滿足如下原則：a)確保單位面積的進水量基本相同，以防止短路等現(xiàn)象發(fā)生；b)盡可能滿足水力攪拌需要，保證進水有機物與污泥迅速混合；c)很容易觀察到進水管的堵塞；d)當堵塞被發(fā)現(xiàn)后，很容易被清除。在生產裝置中采用的進水方式大致可分為間歇式(脈沖式)、連續(xù)流、連續(xù)與間歇相結合等方式；從布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝狀等多種形式。1)連續(xù)進水方式(一管一孔)為了確保進水均勻分布，每個進水管線僅僅與一個進水點相連接，是最為理想的情況(圖3a)。為保證每一個進水點的流量相等，建議用高于反應器的水箱(或渠道式)進行分配，通過渠道或分配箱之間的三角堰來保證等量的進水。這種系統(tǒng)的好處是容易觀察到堵塞情況。2)脈沖進水方式我國UASB反應器與國外的最為顯著的特點是很多采用脈沖進水方式。有些研究者認為脈沖方式進水，使底層污泥交替進行收縮和膨脹，有助于底層污泥的混合。圖3a為北京環(huán)科院采用的一種脈沖布水器的原理圖，該系統(tǒng)借鑒了給水中虹吸濾池的布水方式。3)一管多孔配水方式采用在反應器池底配水橫管上開孔的方式布水，為了配水均勻，要求出水流速不小于2.0m/s。這種配水方式可用于脈沖進水系統(tǒng)。一管多孔式配水方式的問題是容易發(fā)生堵塞，因此，應該盡可能避免在一個管上有過多的孔口。4)分枝式配水方式這種配水系統(tǒng)的特點采用較長的配水支管增加沿程阻力，以達到布水均勻的目的(圖3c)。根據(jù)筆者的實踐，最大的分枝布水系統(tǒng)的負荷面積為54m2。大阻力系統(tǒng)配水均勻度好，但水頭損失大。小阻力系統(tǒng)水頭損失小，如果不影響處理效率，可減少系統(tǒng)的復雜程度。對其他類型布水方式，我國也有很多設計和運行經驗。與三相分離器一樣，不同型式的布水裝置之間，很難比較孰優(yōu)孰劣。事實上，各種類型的布水器都有成功的經驗和業(yè)績。3、配水管道設計對重力布水方式，污水通過三角堰進入反應器時可能吸入空氣，會引起對甲烷菌的抑制；進入大量氣體與產生的沼氣會形成有爆炸可能的混合氣體；同時，氣泡太多可能還會影響沉淀功能。因為，大于2.0mm直徑的氣泡在水中以大約0.2～0.3m/s速度上升，采用較大的管徑使液體在管道的垂直部分的流速低于這一數(shù)值，可適當?shù)乇苊獬^2mm直徑的空氣泡進入反應器，同時還可避免氣阻。在反應器底部用較小直徑，形成高的流速產生較強的擾動，使進水與污泥之間混合加強。污水中存在大的物體可能堵塞進水管，設計良好的進水系統(tǒng)要求可疏通堵塞；對于壓力流采用穿孔管布水器(一管多孔或分枝狀)，需考慮設液體反沖洗或清堵裝置，可采用停水分池分段反沖；采用一管多孔布水管道，布水管道尾端最好兼作放空和排泥管，以利于清除堵塞；采用重力流布水方式(一管一孔)，如果進水水位差僅僅比反應器的水位稍高(水位差小于10cm)將經常發(fā)生堵塞。在水箱中的水位(三角堰的底部)與反應器中的水位差大于30cm很少發(fā)生這種堵塞。無論采用那一種布水方式，盡可能少地采用彎頭等非直管。四、氣、固、液三相分離裝置三相分離器是UASB反應器最有特點和最重要的裝置。它同時具有兩個功能：1)能收集從分離器下的反應室產生的沼氣；2)使得在分離器之上的懸浮物沉淀下來。三相分離器設計要點匯總：1)集氣室的隙縫部分的面積應該占反應器全部面積的15～20％；2)在反應器高度為5～7m時，集氣室的高度在1.5～2m；3)在集氣室內應保持氣液界面以釋放和收集氣體，防止浮渣或泡沫層的形成；4)在集氣室的上部應該設置消泡噴嘴，當處理污水有嚴重泡沫問題時消泡；5)反射板與隙縫之間的遮蓋應該在100～200mm以避免上升的氣體進入沉淀室；6)出氣管的直管應該充足以保證從集氣室引出沼氣，特別是有泡沫的情況。對于低濃度污水處理，當水力負荷是限制性設計參數(shù)時，在三相分離器縫隙處保持大的過流面積，使得最大的上升流速在這一過水斷面上盡可能的低是十分重要的。五、建筑材料選擇適當?shù)慕ㄖ牧蠈τ赨ASB反應器的持久性是非常重要的。防腐較差的UASB反應器在使用3-5年后都出現(xiàn)了嚴重腐蝕，最嚴重的腐蝕出現(xiàn)在反應器上部氣、液交界面。此處H2S可能造成直接化學腐蝕，同時硫化氫被空氣氧化為硫酸或硫酸鹽，使局部pH下降造成間接化學腐蝕。由于厭氧環(huán)境下的氧化-還原電位為-300mV，而在氣水交界面的氧化-還原電位為100mV，這就在氣水交界面構成了微電池，形成電化學腐蝕。無論普通鋼材和一般不銹鋼在此處都會被損害。厭氧反應器應該盡可能的避免采用金屬材料，即使昂貴的不銹鋼也會受到嚴重的腐蝕，而油漆或其他涂料僅僅能起到部分保護。一般反應器池壁最合適的建筑材料是鋼筋混凝土結構，即使混凝土也可能受到化學侵蝕。如果碳酸根和鈣離子的濃度積低于碳酸鈣的溶解度，鈣離子將從混凝土中溶出，造成混凝土結構的剝蝕?；炷两Y構也需要采用在氣水交界面上下一米采用環(huán)氧樹脂防腐。對一些特殊部件可采用非腐蝕性材料，如PVC用做進出水管道，三相分離器的一部分或浮渣擋板采用玻璃鋼或不銹鋼。

UASB反應器的設計計算1設計參數(shù)(1)污泥參數(shù)設計溫度T=25容積負荷NV=8.5kgCOD/(m3.d)

污泥為顆粒狀污泥產率0.1kgMLSS/kgCOD,產氣率0.5m3/kgCOD(2)設計水量Q=2800m3/d=116.67m3/h=0.032m3/s。(3)水質指標表5

UASB反應器進出水水質指標水質指標COD（㎎∕L）BOD（㎎∕L）SS（㎎∕L）進水水質37352340568設計去除率85%90%/設計出水水質560234568

2UASB反應器容積及主要工藝尺寸的確定(1)UASB反應器容積的確定

本設計采用容積負荷法確立其容積V

V=QS0/NVV—反應器的有效容積(m3)S0—進水有機物濃度(kgCOD/L)V=3400*3.735/8.5=1494m3

取有效容積系數(shù)為0.8,則實際體積為1868m3(2)主要構造尺寸的確定UASB反應器采用圓形池子，布水均勻，處理效果好。取水力負荷q1=0.6m3/（m2·d）

反應器表面積

A=Q/q1=141.67/0.6=236.12m2反應器高度

H=V/A=1868/236.12=7.9m

取H=8m采用4座相同的UASB反應器，則每個單池面積A1為：A1=A/4=236.12/4=59.03m2

取D=9m則實際橫截面積

A2=3.14D2/4=63.6m2實際表面水力負荷

q1=Q/4A2=141.67/563.6=0.56q1在0.5—1.5m/h之間，符合設計要求。3UASB進水配水系統(tǒng)設計(1)設計原則①進水必須要反應器底部均勻分布，確保各單位面積進水量基本相等，防止短路和表面負荷不均；②應滿足污泥床水力攪拌需要，要同時考慮水力攪拌和產生的沼氣攪拌；③易于觀察進水管的堵塞現(xiàn)象，如果發(fā)生堵塞易于清除。本設計采用圓形布水器，每個UASB反應器設30個布水點。(2)

設計參數(shù)每個池子的流量

Q1=141.67/4=35.42m3/h(3)設計計算查有關數(shù)據(jù)[6]，對顆粒污泥來說，容積負荷大于4m3/(m2.h)時，每個進水口的負荷須大于2m2

則

布水孔個數(shù)n必須滿足пD2/4/n>2

即n<пD2/8=3.14*9*9/8=32

取n=30個

則

每個進水口負荷

a=пD2/4/n=3.14*9*9/4/30=2.12m2

可設3個圓環(huán)，最里面的圓環(huán)設5個孔口，中間設10個，最外圍設15個，其草圖見圖4①內圈5個孔口設計

服務面積：S1=5*2.12=10.6m2折合為服務圓的直徑為：

用此直徑用一個虛圓，在該圓內等分虛圓面積處設一實圓環(huán)，其上布5個孔口則圓環(huán)的直徑計算如下：3.14*d12/4=S1/2

②中圈10個孔口設計

服務面積：S1=10*2.12=21.2m2

折合為服務圓的直徑為：

則中間圓環(huán)的直徑計算如下：3.14*(6.36^2－d2^2)/4=S2/2

則d2=5.2m③外圈15個孔口設計

服務面積：S3=15*2.12=31.8m2

折合為服務圓的直徑為

則中間圓環(huán)的直徑計算如下：3.14*(9^2－d3^2)=S3/2

則d3=7.8m布水點距反應器池底120mm；孔口徑15cm

圖4

UASB布水系統(tǒng)示意圖4三相分離器的設計(1)設計說明

UASB的重要構造是指反應器內三相分離器的構造，三相分離器的設計直接影響氣、液、固三相在反應器內的分離效果和反應器的處理效果。對污泥床的正常運行和獲得良好的出水水質起十分重要的作用，根據(jù)已有的研究和工程經驗，三相分離器應滿足以下幾點要求：沉淀區(qū)的表面水力負荷<1.0m/h；三相分離器集氣罩頂以上的覆蓋水深可采用0.5～1.0m；沉淀區(qū)四壁傾斜角度應在45?～60?之間，使污泥不積聚，盡快落入反應區(qū)內；沉淀區(qū)斜面高度約為0.5～1.0m；進入沉淀區(qū)前，沉淀槽底縫隙的流速≤2m/h；總沉淀水深應≥1.5m；水力停留時間介于1.5～2h；分離氣體的擋板與分離器壁重疊在20mm以上；以上條件如能滿足，則可達到良好的分離效果。(2)設計計算本設計采用無導流板的三相分①沉淀區(qū)的設計沉淀器（集氣罩）斜壁傾角

θ=50°沉淀區(qū)面積：

A=3.14*D^2/4=63.6m2表面水力負荷q=Q/A=141.67/(4*63.6)=0.56m3/(m2.h)<1.0m3/(m2.h)

符合要求②回流縫設計

h2的取值范圍為0.5—1.0m,

h1一般取0.5

取h1=0.5m

h2=0.7m

h3=2.4m

依據(jù)圖8中幾何關系，則

b1=h3/tanθb1—下三角集氣罩底水平寬度，θ—下三角集氣罩斜面的水平夾角h3—下三角集氣罩的垂直高度，mb1=2.4/tan50=2.0m

b2=b－2b1=9－22.0=5.0m下三角集氣罩之間的污泥回流縫中混合液的上升流速v1,可用下式計算：V1=Q1/S1=4Q1/3.14b2Q1—反應器中廢水流量（m3/s）S1—下三角形集氣罩回流縫面積（m2）

符合要求上下三角形集氣罩之間回流縫流速v2的計算：

V2=Q1/S2S2—上三角形集氣罩回流縫面積（m2）CE—上三角形集氣罩回流縫的寬度，CE>0.2m

取CE=1.0mCF—上三角形集氣罩底寬，取CF=6.0mEH=CE*sin50=1.0*sin50=0.766mEQ=CF+2EH=6.0+2*1.0*sin50=7.53mS2=3.14(CF+EQ).CE/2=3.14(6.0+7.53)*1.0/2=21.24m2v2=141.67/4/21.24=1.67m/h

v2<v1<2.0m/h,符合要求確定上下集氣罩相對位置及尺寸

BC=CE/cos50=1.0/cos50=1.556m

HG=(CF－b2)/2=0.5m

EG=EH+HG=1.266m

AE=EG/sin40=1.266/sin40=1.97m

BE=CE*tan50=1.19m

AB=AE－BE=0.78m

DI=CD*sin50=AB*sin50=0.778*sin50=0.596mh4=AD+DI=BC+DI=2.15mh5=1.0m氣液分離設計

由圖5可知，欲達到氣液分離的目的，上、下兩組三角形集氣罩的斜邊必須重疊，重疊的水平距離（AB的水平投影）越大，氣體分離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對沉淀區(qū)固液分離效果的影響越小，所以，重疊量的大小是決定氣液分離效果好壞的關鍵。由反應區(qū)上升的水流從下三角形集氣罩回流縫過渡到上三角形集氣罩回流縫再進入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復雜。當混合液上升到A點后將沿著AB方向斜面流動，并設流速為va，同時假定A點的氣泡以速度Vb垂直上升，所以氣泡的運動軌跡將沿著va和vb合成速度的方向運動，根據(jù)速度合成的平行四邊形法則，則有：

要使氣泡分離后進入沉淀區(qū)的必要條件是：

在消化溫度為25℃，沼氣密度=1.12g/L；水的密度=997.0449kg水的運動粘滯系數(shù)v=0.0089×10^-4m2/s；取氣泡直徑d=0.01cm

根據(jù)斯托克斯（Stokes）公式可得氣體上升速度vb為vb—氣泡上升速度（cm/s）g—重力加速度（cm/s2）β—碰撞系數(shù)，取0.95μ—廢水的動力粘度系數(shù)，g/(cm.s)

μ=vβ

水流速度,Va=V2=1.67m/h校核：

圖5

三相分離器設計計算草圖5排泥系統(tǒng)設計每日產泥量為△X=3735×0.85×0.1×3400×10^－3=1079㎏MLSS/d則

每個UASB每日產泥量為W=1097/4=269.75㎏MLSS/d可用200mm的排泥管，每天排泥一次。6產氣量計算每日產氣量

G=3726×0.85×0.5×3400×10^－3=5397m3/d=224.9m3/h儲氣柜容積一般按照日產氣量的25%～40%設計，大型的消化系統(tǒng)取高值，小型的取低值，本設計取38%。儲氣柜的壓力一般為2～3KPa，不宜太大。7加熱系統(tǒng)設進水溫度為15°C，反應器的設計溫度為25°C。那么所需要的熱量：QH=dF.γF.(tr－t).qv/η

QH－加熱廢水需要的熱量，KJ/h；

dF－廢水的相對密度，按1計算；

γF－廢水的比熱容，kJ/(kg.K)；

qv－廢水的流量，m3/h

tr－反應器內的溫度，°C

t－廢水加熱前的溫度，°C

η－熱效率，可取為0.85所以

QH=4.2*1*(25－15)*141.67/0.85=7000KJ/h每天沼氣的產量為5397m3，其主要成分是甲烷，沼氣的平均熱值為22.7KJ/L每小時的甲烷總熱量為：（5397/24）*22.7*10^3=5.1*10^6KJ/h，因此足夠加熱廢水所需要的熱量。8加堿系統(tǒng)在厭氧生物處理中，產甲烷菌最佳節(jié)pH值是6.8~7.2，由于厭氧過程的復雜性，很難準確測定和控制反應器內真實的pH值，這就要和靠堿度來維持和緩沖，一般堿度要2000~5000mgCaCO3/L時，就會導致其pH值下降，所以，反應器內堿度須保持在1000mgCaCO3/L以上，因為為保證厭氧反應器內pH值在適當?shù)姆秶鷥?，必須向反應器中直接加入致堿或致酸物質。間接調節(jié)pH值。主要致堿藥品有：NaCO3、NaHCO3、NaOH以及Ga(OH)2[6]。在UASB反應器中安裝pH指示儀，并在加堿管路上設有計量裝置，將計量裝置和pH指示儀用信號線連接起來，根據(jù)UASB反應器中pH值的大小來調整加堿量，當UASB反應器中pH值過低時，打開加堿管路上的開關，往UASB反應器中加堿，使pH值下降；反之，當UASB反應器中pH值過高時，關閉加堿管路上的開關，停止加堿，使pH值上升。9活性污泥的培養(yǎng)與馴化

對于一個新建的UASB反應器來說，啟動過程主要是用未馴化的絮狀污泥（如污水處理廠的消化污泥）對其進行接種，并經過一定時間的啟動調試運行，使反應器達到設計負荷并實現(xiàn)有機物的去除效果，通常這一過程會伴隨著污泥顆?；膶崿F(xiàn)，因此也稱為污泥的顆?；?。由于厭氧生物，特別是甲烷菌增殖很慢，厭氧反應器的啟動需要很長的時間。但是，一旦啟動完成，在停止運行后的再次啟動可以迅速完成。當沒有現(xiàn)成的厭氧污泥或顆粒污泥時，采用最多的是城市污水處理廠的消化污泥。除了消化污泥之外，可用作接種的物料很多，例如牛糞和各類糞肥、下水道污泥等。一些污水溝的污泥和沉淀物或微生物的河泥也可以被用于接種，甚至好氧活性污泥也可以作為接種污泥，并同樣能培養(yǎng)出顆粒污泥。污泥的接種濃度以6~8kgVSS/m3（按反應器總有效容積計算）為宜，至少不低于5kgVSS/m3，接種污泥的填充量應不超過反應器容積的60%。從負荷角度考慮UASB的初次啟動和顆?；^程，可分為三個階段：階段1：即啟動的初始階段，這一階段是低負荷的階段(＜2KgCOD/(m3·d))。階段2：即當反應器負荷上升至2～5KgCOD/(m3·d)的啟動階段。在這階段污泥的洗出量增大，其中大多為細小的絮狀污泥。實際上，這一階段在反應器里對較重的污泥顆粒和分散的、絮狀的污泥進行選擇。使這一階段的末期留下的污泥中開始產生顆粒狀污泥或保留沉淀性能良好的污泥。所以在5.0KgCOD/(m3·d)左右是反應器中以顆粒污泥或絮狀污泥為主的一個重要的分界。階段3：這一階段是反應器負荷超過5.0KgCOD/(m3·d)。在此時，絮狀污泥變得迅速減少，而顆粒污泥加速形成直到反應器內不再有絮狀污泥存在。當反應器負荷大于5.0KgCOD/(m3·d)，由于顆粒污泥的不斷形成，反應器的大部分被顆粒污泥充滿時其最大負荷可以超過20KgCOD/(m3·d)。當反應器運行在小于5.0KgCOD/(m3·d)，系統(tǒng)中雖然可能形成顆粒污泥，但是，反應器的污泥性質是由占主導地位的絮狀污泥所確定。

附錄資料：不需要的可以自行刪除Xxxxx煤礦Xxxx使用氣割安全技術措施一、施工概述根據(jù)工作安排，于2010年4月3日對xxxx維修，施工過程中需用氣割作業(yè)。為確保施工安全，特制定本專項安全技術措施。二、作業(yè)環(huán)境及施工時間1、作業(yè)地點位于我礦副井處，全負壓通風，符合煤礦安全規(guī)程氣割作業(yè)環(huán)境的要求。2、施工時間：xxxxxxxx。三、施工組織施工人員3人，其中現(xiàn)場負責人：xxx現(xiàn)場監(jiān)護工：xxx氣割操作工：xxx火種攜帶工：xxx灑水滅火工：xxx四、施工前準備（一）地面施工準備1、檢查氣瓶。必須認真檢查，檢查氧氣瓶、乙炔瓶閥門關閉嚴密無泄漏，氧氣、乙炔足量，壓力負荷達到要求，并認真清點好領取數(shù)量。2、檢查氣割器具。必須對氣管、減壓閥、氣壓表、回火防止器、割炬等認真檢查，確保氣割器具完好，氣管及連接部位不漏氣。3、氣割器具裝車。將氧氣、乙炔及氣割器具裝入礦車，作好入井準備。氧氣瓶、乙炔瓶不能裝在同一礦車內，且不得與其它可燃材料、大型金屬物件以及大塊矸石等混裝；氣管及其它器具不得裝車運輸，必須專人攜帶以防擠壞。4、入井要求。地面準備工作負責人持審批完成的氣割措施，在井口向把鉤人員登記氧氣、乙炔數(shù)量及施工地點后，方能將氣瓶和施工材料裝入礦車推到井口位置，準備下井。5、地面準備工作由xxxx完成，由地面負責人具體負責檢查確認。（二）井下運輸1、氣瓶二次檢查。將氧氣瓶、乙炔瓶下放到八號行人斜巷，派專人再次檢查氧氣瓶、乙炔瓶的裝車情況，并對運輸過程監(jiān)管。2、運輸路線：地面→主井→xxx→xxx。3、氣瓶運輸。氧氣瓶、乙炔瓶的井下運輸由xxx負責，按照井口登記的施工地點，將氧氣瓶、乙炔瓶運送到指定地點；xxx派專人在指定地點現(xiàn)場交接，并作好交接記錄。4、氣瓶卸車。氣瓶要小心從礦車中取出，接氣瓶人員拿穩(wěn)之后，取氣瓶人員才能松手，氣瓶要輕抬輕放。5、井下運輸監(jiān)管工作由xxx負責。器具交接、檢查由xxx現(xiàn)場負責人具體負責。（三）施工人員入井前準備1、施工人員要求。經過培訓考試合格并持證上崗，配齊防護用品。2、火源攜帶?；鹪礊榇蚧饳C一只，由火種攜帶工負責攜帶，火源入井時，要攜帶審批好的專項氣割措施，并在井口進行火源登記。3、施工現(xiàn)場施工人員必須攜帶便攜式甲烷檢測儀。4、施工人員入井前準備檢查工作由井口檢身工負責。（四）井下施工準備1、清理施工現(xiàn)場。將工作地點及附近前后兩端各10米2、放置氣瓶。氣瓶距工作地點間距必須在10米以上，且兩種氣瓶間距不小于10米；氣瓶必須垂直站立放置在3、備好水源及消防器材。工作地點應配備不少于0.2m3的消防沙和合格的4kg干粉滅火器2臺，工作人員必須了解滅火器使用方法；施工地點配有清水管路，4、井下施工準備工作由楊付強負責檢查落實；安檢員負責施工安全設施檢查。（五）氣割作業(yè)前準備1、人員到位?，F(xiàn)場負責人檢查氣割操作工、現(xiàn)場監(jiān)護工、火種攜帶工、灑水滅火工、瓦斯檢查工、安檢員到位情況。2、設定安全監(jiān)護。指定專人負責整個施工現(xiàn)場安全監(jiān)護。3、氣割前器具檢查。由氣割操作工再次對氣瓶、減壓閥、氣壓表、氣管、割炬等器具進行詳細的安全檢查，確認完好后，將各部件對接。4、現(xiàn)場灑水。由專職灑水工向施工點灑水，確保施工點10m范圍內潤濕。5、檢查瓦斯。瓦斯檢查工對氣割工作地點及附近20m范圍風流中的瓦斯?jié)舛群屯L狀況進行檢查，瓦斯?jié)舛炔坏贸^0.5%，只有在檢查證明作業(yè)地點及附近20m范圍內巷道頂部無瓦斯積存時，方能進行氣割作業(yè)。6、在施工點上風側3m范圍內，距頂板500mm處懸掛一臺便攜式甲烷檢測儀，以便隨時監(jiān)測風流中瓦斯?jié)舛取?、請示。經施工負責人、安檢員、瓦斯檢查工共同檢查確認無安全隱患后，由施工負責人向調度室匯報現(xiàn)場準備工作完畢，并請示調度室是否可以開始施工，經調度室許可后方能施工。8、施工前氣割設施檢查、連接工作由xxx負責；氣割作業(yè)前準備工作由現(xiàn)場負責人負責檢查落實；瓦斯檢查工負責施工前有害氣體檢查；施工負責人、安檢員、瓦斯檢查工共同檢查確認。五、氣割操作技術要求1、施工過程中氧氣瓶、乙炔瓶要直立放置，固定牢靠，不得在地上亂滾動，氣管必須理順，不得遭受擠壓或踩踏。2、氧氣瓶、乙炔瓶、減壓閥、氣壓表、割炬、氣管及連接部位等必須密封完好，不漏氣，氣壓表能正確指示。3、氣割作業(yè)時，槍嘴應盡量遠離附近纜線常灑水、設備，避免在工作中被氣割渣或火焰損傷。鄰近的可能被加熱的機械部分經降溫，以防損壞。4、施工中瓦斯檢查工應每隔30分鐘全面檢查一次工作地點風流中的有害氣體濃度，當瓦斯?jié)舛冗_到0.5%時，應立即停止作業(yè)，并用水迅速將熔渣冷卻。5、施工現(xiàn)場懸掛的便攜式甲烷檢測儀設專人觀察，實時監(jiān)測風流中瓦斯?jié)舛取?、氣割作業(yè)時，現(xiàn)場監(jiān)護工對氣割操作實時監(jiān)護，嚴格按規(guī)程操作；現(xiàn)場負責人經常對施工現(xiàn)場巡回檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。7、操作人員離開作業(yè)現(xiàn)場或暫停作業(yè)時，必須及時關閉氣瓶閥門，并設專人看管設備；停止作業(yè)必須拆除氣割用具。8、施工安全監(jiān)護人員為楊付強；安檢員負責安全設施檢查；瓦斯檢查工負責有害氣體檢查。六、安全技術措施1、施工人員在搬運氧氣瓶、乙炔瓶的過程中，要指定負責人，統(tǒng)一指揮，行走時注意防滑，步調一致，確保安全。2、施工前，要認真檢查構件氣割部位是否存在預應力，如存在，必須現(xiàn)場采取技術措施將應力釋放，以防施工時傷人或損害其它構件。3、氣割作業(yè)時，氣割點的下方必須使用鐵桶或鐵板承接熔落物及火星，氣割部位以及氣割掉的廢料必須及時灑水降溫，以防高溫物體灼傷人員。4、作業(yè)時，嚴禁作業(yè)人員將頭、手、腳放在兩個金屬構件之間，嚴防發(fā)生擠傷人員事故。5、在施工點上方懸掛的便攜式甲烷檢測儀必須確保讀數(shù)準確。6、作業(yè)時，施工人員要佩戴保護用品，穿好工作服、扎緊袖口，佩戴好防護眼鏡，以防刺傷眼睛和傷害皮膚。7、火源要由攜帶者專人妥善保管，嚴禁將火源用于非氣割作業(yè)的其它作業(yè)，嚴禁人員玩?；鹪?，隨意引燃。8、人員登高作業(yè)，如使用梯子，梯子要放置牢穩(wěn)，并派專人扶梯，登高作業(yè)時，人員必須佩帶保險帶。9、氣割作業(yè)中若遇到停風、風流出現(xiàn)異?；蛲邫z儀報警時，必須立即停止作業(yè)，關閉氣瓶閥門，待查明