IC反應器畢業(yè)設計

第一章緒論工業(yè)大學學士學位論文PAGE40PAGE39畢業(yè)設計課程設計畢業(yè)論文詳細資料聯(lián)系QQ號；1620812008第一章緒論厭氧反應器的發(fā)展經(jīng)過了一個比較漫長的過程。從第一批厭氧反應器應用于污水處理到現(xiàn)在已經(jīng)有百余年的歷史了。1896年英國建成了第一座用于處理生活污水的厭氧消化池,并且利用其產(chǎn)生的沼氣進行照明。隨后,20世紀初美國和澳大利亞也相繼出現(xiàn)了連續(xù)攪拌式的厭氧消化池,這就是第一代厭氧生物反應器[1]。第一代厭氧生物廢水處理反應器采用的是廢水和污泥完全混合的運行方式,反應器內(nèi)的污泥停留時間(SRT)與水力停留時間(HRT)幾乎是完全相同的。因此,反應器內(nèi)的固體停留時間不是很長,從而導致微生物濃度較低,污水的處理效果和耐沖擊能力較差。隨著人們對厭氧生物和厭氧消化機理的深入研究,人們逐漸認識到污水厭氧生物處理過程并不是一種較慢的生物處理過程。研究者們開始以提高反應器內(nèi)生物濃度和縮短反應器的水力停留時間為基礎的一系列研究。20世紀60年代出現(xiàn)了以AF(AnaerobicFilter簡稱AF)、厭氧流化床(AnaerobicFluidizedBed簡稱AFB)、上流式厭氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBed簡稱UASB)為代表的第二代厭氧反應器[2]。第二代厭氧反應器廣泛采用了生物固定化技術,反應器的生物量較第一代反應器更大。AF、AFB、UASB等各種工藝的有機負荷較第一代反應器有了幾倍到十幾倍的提高,與此同時反應器的水力停留時間卻大大縮短。UASB工藝充分利用相與相之間的接觸,把厭氧反應器處理效率提高到一個新的階段。另外研究者在對UASB處理過程論述中還首次提出了生物固體顆?；拍睢Ｗ源宋勰囝w?；夹g成為研究厭氧反應器運行技術中的熱點。UASB反應器內(nèi)污泥顆?；?使該反應器成為負荷高、無泥水回流、無攪拌設備的高效厭氧反應器。所以，UASB在厭氧發(fā)酵工藝中的應用越來越廣泛。第二代厭氧反應器中AF、UASB等工藝在實際運行中也出現(xiàn)了一些問題,諸如反應器存在死容積、進水短流等問題。研究者們在前者基礎上,進一步強化反應器內(nèi)相與相之間的傳質(zhì)過程,研制開發(fā)出第三代厭氧反應器。EGSB(ExpandedGranularSludgeBed)IC(InternalCirculationReact)ABR(AnaerobicBaffledReactor)ASBR(AnaerobicSequencingBatchReactor)[3]等都屬于第三代生物厭氧處理工藝。作為第三代厭氧反應器的內(nèi)循環(huán)厭氧反應器(InternalCirculationAnaerobicReactor),以下簡稱IC反應器)是荷蘭PAQUEC公司于20世紀80年代中期在UASB反應器的基礎上開發(fā)成功的第三代高效厭氧反應器[4],反應器內(nèi)高濃度的污泥和良好的泥水傳質(zhì)效果,使其在處理效率方面比UASB反應器更具優(yōu)越性。PAQUES公司在1985年初建造了第一個IC中試反應器,1988年建立了第一個生產(chǎn)性規(guī)模的IC反應器[5]。我國于1996年開始引進IC反應器技術[6],該反應器以其啟動周期短、處理量大,投資少,占地面積省,運行穩(wěn)定等優(yōu)點而深受矚目,并已成功地應用于啤酒生產(chǎn)、造紙及食品加工等行業(yè)的生產(chǎn)污水處理中。目前,進一步研究開發(fā)IC反應器、推廣其應用范圍已成為廢水厭氧生物處理的熱點之一1.1IC反應器的工作原理IC反應器可以看作是由兩個UASB反應器串聯(lián)而成的,具有很大的高徑比,一般為4～8,其高度可達16～25m。IC反應器由5個基本部分組成:混合區(qū)、污泥膨脹床區(qū)、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),精處理區(qū)和沉淀區(qū)。其中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)是IC反應器工藝的核心構造,它由一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管組成(見圖1—1)。圖1-1IC反應器構造原理圖1—進水；2—一級三相分離器；3—沼氣提升；4—氣液分離器；5—沼氣排出管；6—回流管；7—二級三相分離器；8—集氣管；9—沉淀區(qū)；10—出水管；11—氣封經(jīng)過調(diào)節(jié)pH值和溫度后的廢水進入反應器底部混合區(qū),與從反應器上部返回的厭氧污泥顆粒水均勻混合,由此對進水進行了稀釋和均質(zhì)作用,從而大大減輕了沖擊負荷及有害物質(zhì)的不利影響。廢水和顆粒污泥混合物在進水與循環(huán)水的共同推動下,進入污泥膨脹床區(qū),由于回流的影響,此部分產(chǎn)生較大的上升流速,最大可達10~20m/h[7],廢水中的大部分有機物在這里被轉(zhuǎn)化成沼氣,沼氣被一級三相分離器收集,沿著提升管并攜帶著混合液提升至氣液分離器,分離出的沼氣從氣液分離器的頂部沼氣排出管排出。分離出的泥水混合液將沿著泥水下降管返回到反應器底部的混合區(qū),并與底部的顆粒污泥和進水充分混合,實現(xiàn)了混合液的內(nèi)環(huán)。實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)的氣提動力來自于上升的和返回的泥水混合物中氣體含量的差別,因此,泥水混合物的內(nèi)循環(huán)不需要外加動力。反應器內(nèi)液體內(nèi)循環(huán)促進了基質(zhì)和顆粒污泥的接觸,而且有很大的升流速度,故提高了傳質(zhì)效果,促進了產(chǎn)甲烷細菌的繁殖和增長,并使污泥膨脹床區(qū)去除有機物的能力增強。經(jīng)污泥膨脹床區(qū)處理后的廢水除一部分參與內(nèi)循環(huán)外,其余污水通過一級三相分離器進入精處理區(qū)繼續(xù)進行處理,可去除廢水中的剩余有機物,使廢水得到進一步的凈化,提高了出水水質(zhì)。由于大部分有機物已被降解,所以精處理區(qū)的COD負荷較低,產(chǎn)氣量也較小。精處理區(qū)產(chǎn)生的沼氣由二級三相分離器收集,通過集氣管進入氣液分離器并通過沼氣排出管排出。經(jīng)凈化的水從沉淀區(qū)沉淀后由出水管排走,顆粒污泥則返回精處理區(qū)污泥床。1.2IC反應器的特點IC反應器具有很多優(yōu)點,主要優(yōu)點敘述如下。1.具有很高的容積負荷率IC反應器由于存在著內(nèi)循環(huán),傳質(zhì)效果好,生物量大,污泥齡長,其進水有機負荷率遠比普通的UASB反應器高,一般可高出3倍左右。處理高濃度有機廢水,如土豆加工廢水,當COD為10000~15000mg/L時,進水容積負荷率可達30~40kgCOD/(m3.d)。處理低濃度有機廢水,如啤酒廢水,當COD2000~3000mg/L時,進水容積負荷率可達20~25kgCOD/(m3.d),HRT僅為2~3h,COD去除率可達80%。2.節(jié)省基建投資和占地面積由于IC反應器比普通UASB反應器有高出3倍左右的容積負荷率,則IC反應器的體積為普通UASB反應器的1/4~1/3左右,所以可降低反應器的基建投資。由于IC反應器不僅體積小,而且有很大的高徑比,所以占地面積特別省,非常適用于占地面積緊張的廠礦企業(yè)采用。3.沼氣提升實現(xiàn)內(nèi)循環(huán),不必外加動力厭氧流化床載體的流化是通過出水回流由水泵加壓實現(xiàn),因此必須消耗一部分動力。而IC反應器是以自身產(chǎn)生的沼氣作為提升的動力實現(xiàn)混合液的內(nèi)循環(huán),不必另設水泵實現(xiàn)強制循環(huán),從而可節(jié)省能耗。4.抗沖擊負荷能力強由于IC反應器實現(xiàn)了內(nèi)循環(huán),處理低濃度廢水(如啤酒廢水)時,循環(huán)流量可達進水流量的2~3倍。處理高濃度廢水(如土豆加工廢水)時,循環(huán)流量可達進水流量的10~20倍。因為循環(huán)流量與進水在第一反應室充分混合,使原廢水中的有害物質(zhì)得到充分稀釋,大大降低有害程度,從而提高了反應器的耐沖擊負荷能力。5.具有緩沖pH的能力內(nèi)循環(huán)流量相當于第一級厭氧出水的回流,可利用COD轉(zhuǎn)化的堿度,對pH起緩沖作用,使反應器內(nèi)的pH保持穩(wěn)定?？蓽p少進水的投堿量。6.出水的穩(wěn)定性好因為IC反應器相當于上下兩個UASB反應器的串聯(lián)運行,下面一個UASB反應器具有很高的有機負荷率,起“粗”處理作用,上面一個UASB反應器的負荷較低,起“精”處理作用。IC反應器相當于兩級UASB工藝處理。一般說,兩級處理比單級處理的穩(wěn)定性好,出水水質(zhì)較為穩(wěn)定。IC反應器的研究發(fā)展1.IC反映器水力學特性研究根據(jù)Chisti等[8]研究的氣升式反應器中的液體循環(huán)，Pereboom建立水力動力學模型描述IC反應器中液體循環(huán)。上升管中的氣持率（可通過上升管中氣體(Ugr)和液體(Ulr)表面上升流速間的經(jīng)驗關系表達式估算：=(1—1)當氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別在0.07m/s一3.5mls.0.3m/s-2.7m/。的范圍內(nèi)時，這個關系式在IC反應器的提升管內(nèi)得到很好的證實[9]。Chisti等[9]根據(jù)能量守衡得出r升管中的液體表面上升流速(Ulr),Pereboom結(jié)合IC反應器實際情況對Ulr進行了修正，結(jié)果見下式：IC反應器具有UASB反應器容積負荷的3倍-6倍，液體上升流速增大8倍一20倍。由于IC反應器的容積負荷大，使產(chǎn)氣量增加，導致反應器中平均剪切速率增高，IC反應器中液體平均剪切速率(theaverageshearrate)約是UASB反應器的2倍[9]。ulr=(1—2)2.生物量滯留由于顆粒污泥的沉降速度遠遠大于液體上升流速，因此顆粒污泥的洗出在正常范圍之內(nèi)，可忽略。逐級測定(gradientmeasurements)表明污泥床混合的相當好，液體紊動不會將大顆粒污泥洗去[9-10].與UASB反應器相比，盡管IC反應器中顆粒污泥的洗出有所增加，但第二厭氧反應室可以將足夠的生物量滯留在反應器中。3.顆粒污泥性質(zhì)研究通過對處理相同廢水的大規(guī)模UASB和IC反應器內(nèi)顆粒污泥性質(zhì)的比較，Pereboom[9-10]考察了顆粒污泥的生長及影響顆粒污泥生長和生物量(biomass)滯留的因素。顆粒污泥的性質(zhì)包括:粒徑分布、強度、沉降速度、密度、灰分含量和產(chǎn)甲烷活性，其中物理特性主要取決于生物學因素。實驗數(shù)據(jù)表明，IC反應器中的顆粒污泥比UASB反應器中顆粒污泥大，強度則相對低，這可能是由于IC反應器的有機負荷高[10-12]，見表1-1表1-1UASB和IC反應器顆粒污泥特性同時，Pereboom[10]還對大型UASB反應器和IC反應器中產(chǎn)甲烷顆粒污泥的粒徑分布分階段進行了比較研究，根據(jù)這些數(shù)據(jù)并結(jié)合實驗室規(guī)模反應器的研究，建立了粒徑分布模型。實驗結(jié)果表明，顆粒破碎并不嚴重影響粒徑分布;剪切力對于顆粒粒徑的分布沒有影響。如果進水中的懸浮顆粒多，則污泥顆粒的粒徑分布范圍小;相反，如果進水中的懸浮顆粒兒乎很少或沒有，則顆粒的粒徑分布范圍大。建立的顆粒粒徑分布模型能很好地描述IC反應器中較大顆粒的分布。產(chǎn)甲烷顆粒污泥的密度與灰分含量密切相關。反應器接種后的幾個月中顆粒污泥的性質(zhì)即得到優(yōu)化(development)。此外，王林山等[12]對生產(chǎn)性IC反應器的啟動和運行進行了研究，啟動周期約65d。IC反應器的應用IC反應器可用于處理各種工業(yè)廢水和低.中.高濃度的農(nóng)產(chǎn)品加工廢水(如奶制工業(yè)、土豆加工工業(yè)等)。IC反應器在國外的應用情況見表1—2。自1985年第1個中等規(guī)模的IC反應器被用于處理土草加工廢水以來[13],IC反應器業(yè)已被成功放大到大于1000m3[13]。1996年我國引進第1套IC技術[12-14](華潤雪花啤酒有限公司)，該套IC反應器高16m，有效容積70時，并已投產(chǎn)成功，每日能處理含COD濃度為4300mg/L,BOD濃度為2300mg/l的啤酒廢水400噸。該1C反應器的進水容積負荷率高達COD25kg/(m3.d)～30kg/(m3.d),COD的去除率在80%。在解決生產(chǎn)廢水處理問題的同時,經(jīng)濟上也得到較大收益,每年節(jié)省排污費75萬元,沼氣回收利用價值45萬元,相比之下,反應器的年運行費用僅為62萬元。可見,IC工藝達到了技術經(jīng)濟的優(yōu)化。實踐表明[15],富含纖維、鈣離子的造紙、檸檬酸等生產(chǎn)廢水,在UASB等慢速反應器中易沉積,使得厭氧污泥逐漸被置換,導致反應器運行惡化乃至失效,IC反應器因為高的上升流速和特殊的布水器設計,使這一問題能迎刃而解,這無疑拓寬了IC反應器的應用領域。目前國外造紙生產(chǎn)廢水的處理已成為IC反應器應用最成功的領域之一[15]。其它如菊粉(inuline)生產(chǎn)等高鹽量廢水也有成功應用的報道[16]。表1—3給出了IC反應器處理典型廢水的運行數(shù)據(jù);表1—4給出了同等條件下,采用IC工藝和采用UASB工藝處理相同廢水時運行參數(shù)的比較,可以看出,IC反應器很大程度上解決了UASB反應器的不足,大大提高了單位反應器的處理容量。表1—2IC反應器在國外的運用表1—3IC反應器處理各類工業(yè)廢水的參數(shù)[17]表1—4IC反應器與UASB反應器處理同類廢水的參數(shù)比較[17]IC反應器的缺陷客觀地認識和評價一個新的工藝是進一步開發(fā)研究的基礎,盡管IC反應器有如前所述的諸多優(yōu)點,但同時也有一些不足之處:①進水需預處理。為適應較高的生化降解速率,許多厭氧反應器的進水需調(diào)節(jié)pH值和溫度,為微生物的厭氧降解創(chuàng)造最佳條件,IC反應器也不例外;此外,由于IC反應器通常采用很短的水力停留時間(HRT),所以反應器進水往往需預酸化處理。這都會增加IC反應器以外的處理設施,增加工程造價。②結(jié)構復雜,維護困難。由于采用內(nèi)循環(huán)技術,反應器內(nèi)部結(jié)構相對復雜,這無疑會增加施工安裝和日常維護的難度;再加上反應器高徑比大,對水泵的動力消耗也會產(chǎn)生負面影響。③出水需后處理。污泥分析表明,與UASB反應器相比,IC反應器內(nèi)含有較高濃度的細微顆粒污泥(形成大顆粒污泥的前體),加上水力停留時間相對短和較大的高徑比,其出水中就含有更多的細微顆粒污泥,這使得后續(xù)沉淀設備成為必要,加重了后續(xù)設備的負擔。IC反應器的發(fā)展前景隨著對第三代厭氧反應器研究的不斷深人，新的工藝設計概念和綜合生物法處理工藝(產(chǎn)酸、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷、硫酸鹽還原)及綜合生物一物理一化學法處理工藝FPRP概念的發(fā)展[18]，包括IC反應器在內(nèi)的新型超高效厭氧反應器在工業(yè)上處理有機污染物所具有的廣闊前景，將越來越多地代替UASR反應器。同時，在IC反應器的應用中發(fā)現(xiàn)，由于IC反應器自身存在某些缺點，主要是單位反應器容積的有效利用率還沒有發(fā)揮到最佳值，在反應器啟動初期產(chǎn)氣量少不能形成液體循環(huán)，因此，IC反應器還有待進一步改進和完善。在我國第二代厭氧反應器還不能很好應用于實踐中，第三代IC反應器的研究幾乎是空白。因此，結(jié)合中國的實際情況，在厭氧反應器的開發(fā)應用方面，應越過第二代厭氧反應器，在重點開發(fā)第三代反應器的同時，應對厭氧反應器進一步創(chuàng)新，加強反應器的構型創(chuàng)新和創(chuàng)制具有新材料及生物技術兩者特點的反應器的研究以及水處理技術理論研究。就IC厭氧反應器技術而言,現(xiàn)階段的研究重點應為:①顆粒污泥培養(yǎng)技術。顆粒污泥是IC反應器得以正常運轉(zhuǎn)的物質(zhì)基礎。研究表明[19-20],相對于UASB反應器,由于不同的水力條件和反應器結(jié)構,IC反應器培養(yǎng)的顆粒污泥顆粒大、結(jié)構松散、強度低,對IC反應器中顆粒污泥的研究可能會成為現(xiàn)有顆粒污泥理論的有力證據(jù)或有益補充,具有較大的學術價值。此外,國內(nèi)運行的IC反應器中的顆粒污泥均從荷蘭進口,為降低工程造價,需進一步掌第二章內(nèi)循環(huán)厭氧消化器（IC）方案設計與計算握在IC反應器水力條件下,培養(yǎng)活性和沉降性能俱佳顆粒污泥的關鍵技術。②IC反應器水力模型的研究[21]。現(xiàn)常采用的IC氧反應器的水力模型是pereboom等[22]人于1994年在氣升式反應器水力模型的基礎上提出的,還存在簡化不盡合理、計算參數(shù)難確定、計算復雜等問題,其合理性和實用性還有待進一步研究。對切合IC厭氧反應器實際、運算簡便的水力模型的研究開發(fā)是當前IC反應器技術亟待解決的問題之一。③IC反應器的結(jié)構優(yōu)化。研究表明[23],厭氧反應器結(jié)構對厭氧消化過程有很大的影響,國內(nèi)外在IC反應器的工藝和設備等方面作了很多研究,但在反應器結(jié)構設計和優(yōu)化方面還缺乏理論指導,許多投入生產(chǎn)運行的反應器都是憑經(jīng)驗設計的,反應器內(nèi)空間利用率低。在結(jié)構優(yōu)化,提高整個反應器的效率方面,還存在較大的挖潛空間。④應用領域的進一步拓展。IC反應器因為回流的稀釋作用,應該比UASB更能處理難降解甚至有毒的有機物,這一點已在普通EGSG反應器中得到較為普遍的證實。目前,有關IC反應器的應用報道多在易降解廢水的啤酒、檸檬酸等領域,其它行業(yè)僅有如造紙及其它含高鹽量廢水的報道[24-27],應用領域有待進一步拓展?？傊?IC反應器具有容積負荷高、處理容量大、投資少、占地面積小、運行穩(wěn)定等特點,代表現(xiàn)階段厭氧反應器的最高研究水平,值得進一步研究開發(fā)和推廣應用。1.7本設計的目的和手段IC作為新型高效厭氧消化器，在國內(nèi)外的研究時間并不算很長，尤其是國內(nèi)在IC方面的研究還落后國外10年左右。IC的設計基于顆?；勰嗟睦碚摵驮恚?guī)范或標準上還沒有一套完整的方案，所以造成IC的設計、使用比較混亂，效果難以達到預期目的。本設計采用的手段為通過對IC的基本原理和技術、基本構造、設計方法、應用情況進行收集、整理、歸納、分析、集成，建立一套IC主體結(jié)構及其它各部分計算、設計相匹配的方法。第二章內(nèi)循環(huán)厭氧消化器（IC）方案設計與計算前言內(nèi)循環(huán)厭氧反應器(InternalCirculation,IC),是荷蘭PAQUES于80年代中期在UASB反應器的基礎上開發(fā)成功的第三代超高效厭氧反應器[1]。由于是一項重大的發(fā)明創(chuàng)造,技術擁有者作了嚴格的保密,直到1994年,才有相關研究的報道[2]。與以UASB為代表的第二代高效厭氧反應器相比,IC反應器在容積負荷,能耗,工程造價,占地面積等諸多方面,代表著當今世界上厭氧生物反應器的最高水平。進一步研究和開發(fā)IC反應器,推廣其應用范圍已成為當前厭氧廢水處理的熱點之一[3-5]。IC反應器把4個重要的工藝過程集合在同一個反應器內(nèi)，這4個工藝過程是：1，進液和混合布水系統(tǒng)；2,流化床反應室；3,內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)；4,深度凈化反應室。IC反應器的工藝設計設計任務：某奶牛養(yǎng)殖場，奶牛存欄量5000頭，平均每頭奶牛日產(chǎn)廢水0.2m3，廢水COD為20000mg/L，采用中溫發(fā)酵（35℃），厭氧消化器數(shù)量為兩座，試設計該反應器的結(jié)構尺寸。2.1IC反應器容積2.1.1有效容積已知：Q＝5000×0.2m3/d＝1000m3/d，進水COD=20000mg/l=20kg/m3,pH6.5－7.5，有效容積的計算可參照一下兩個公式，即：V=（2－1）（2－2）式中V反應器有效容積，m3；廢水流量，m3/d；S0進水COD或BOD5濃度，kg/m3；COD或BOD5容積負荷，kg/(m3.d)；A反應器橫截面積，m2；H反應器有效高度，m；t允許的最大水利停留時間，h或d.一般講，廢水濃度較低時，反應器容積計算主要取決于水力停留時間，而在較高濃度情況下，反應器容積取決于其容積負荷的大小與進液濃度。而容積負荷值與反應器的溫度、廢水的性質(zhì)和濃度有關，同時與反應器內(nèi)是否形成顆粒污泥也有很大關系。對特定的廢水，反應器的容積負荷一般通過實驗確定，IC反應器在處理中低濃度廢水時反應器的進水容積負荷可達（20－24kgCOD/m3.d）[1]本設計取20kgCOD/（m3.d）。厭氧消化器的數(shù)量為兩座，采用并聯(lián)的方式，故每座消化器的廢水進流量為：Q1=Q2===500m3/d所以V有效=＝＝1000m3（2－3）因為厭氧反應器的數(shù)量為兩座，所以平均每座反應器的有效容積為V1=V2=＝500m32.1.2實際容積設消化器的裝填系數(shù)為85%，則每個消化器的實際容積為：V1’=V2’===588.2m3IC反應器的特點是具有很大的高經(jīng)比，一般可達4～8，本設計取4。設消化器的直徑為D（m），高度為H(m),容積為V總（m3）則：V總＝D2H/4=D24D/4=D3(2-4)D===5.72mH=4D=45.72=22.88m對數(shù)據(jù)取整得23mIC反應器的構造圖標注如下圖2—1所示：圖2—1IC反應器的構造圖2.2配水系統(tǒng)的設計配水系統(tǒng)的形式主要有以下幾種。（1）.樹枝管式配水系統(tǒng)樹枝管式分配系統(tǒng)如圖2—2（a）所示，這種配水系統(tǒng)比較簡單，為了配水均勻一般采用對稱布置，位于所服務面積的中心點。一般每個出水口服務面積為2～4m2，出水口直徑約20mm。這種形式的配水系統(tǒng)的特點是比較簡單，只要施工安裝正確，配水基本達到均勻分布的要求。(2)穿孔管式：穿孔管式分配系統(tǒng)如圖2—2(b)所示。為了配水均勻，配水管中心距可采用1.0～2.0m，出水孔也可采用1.0～3.0m，孔徑一般為10～20mm，常采用15mm，空口向下與垂線成45o方向，每個出水孔服務面積一般為2～4m2，配水管中心距池底一般為20～25cm，配水管的直徑最好不要小于100mm。為了使穿孔管各管出水均勻，要求出水口流速不小于2m/s，是出水孔阻力損失大于穿孔管沿程的阻力損失，也可采用脈沖間接進水來增大出水孔的流速。圖2—2樹枝管式分配系統(tǒng)和孔管式分配系統(tǒng)(3)多點多管式：多點多管式分配系統(tǒng)如圖3所示。此種配水系統(tǒng)的特點是一根配水管只服務一個配水點，即配水管根數(shù)與配水點數(shù)相同。只要保證每根配水管流量相同，即可達到每個配水點流量相等的要求。圖3(a)中所示為德國設計專利，配水管設置在污泥床不用位置和不同高度上，廢水通過一個專門設計的脈沖配水器[如圖2—3(b)(c)]，廢水定時地分配給不同位置和高度的配水管，對整個反應器進水是連續(xù)的，這種配水系統(tǒng)效果是最好的。圖2—3多點多管配水系統(tǒng)（德國專利布水袋）(4)上給式：如圖2—4所示，上給式進水分配系統(tǒng)是在反應器的池頂進行分配布設，這種系統(tǒng)的特點是，配水采用明渠，對每個配水點設一個三角堰，并設一根配水管。這種配水系統(tǒng)可確保布水均勻，并易于發(fā)現(xiàn)某根管的堵塞情況，也易于及時清通。圖2—4上給式進水分配系統(tǒng)根據(jù)2.1.2知反應器的底面積為：S＝=3.14/4=25.68m2(2-5)進水流量Q=uS進水管=ud2/4假設進水的流速為1m/s則進水管的直徑為:d===85.9mm為使進水分配均勻，在IC反應器的底部安裝布水器，采用結(jié)構較簡單的第一種布水方式，即樹枝管式，一般每個出水口的服務面積為2～4m2，本設計中設布水點服務面積為3m2/個則布水點的個數(shù)為：n=S/3=25.68/3=8.56個取整數(shù)為9個則每支配水管的管徑為：d2＝＝28.6mm進水管的分布模型如圖2—5所示則d1=＝49.6mm圖2—5IC反應器的配水分布示意圖2.3沼氣出氣管管徑的計算一般1gCOD理論上在厭氧條件下完全降解可以生成0.25gCH4，相當于在標準狀態(tài)下沼氣體積0.35L。由于一部分產(chǎn)生的沼氣將溶于水中，一部分有機物要用于微生物的合成，實際產(chǎn)量要比理論值小。正常運行的反應器產(chǎn)生的沼氣中甲烷約占50％～70％，二氧化碳約占20％～30％，其余是氫、氮和硫化氫等氣體。在實際廢水處理中，常采用BOD或COD來表示有機物的含量，而不去測定具體有機物。用COD指標代表廢水中有機物含量更加方便。1kgCOD厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷量，如不考慮微生物合成，則可按1kg葡萄糖完全氧化所含的COD進行計算。（2－6）180192264108由式（2.6－1）可計算出氧化1kg葡萄糖需要192/180＝1.067kg氧，即1kg葡萄糖的COD為1.067kg。（2－7）18048132根據(jù)式（2.3－1）和式（2.3－2），則可計算1kgCOD厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的質(zhì)量為：（2—8）即1kgCOD去除可產(chǎn)生0.25kg，在標準狀況下（，101.33kPa）其體積為：，同樣，1kgCOD完全厭氧發(fā)酵可產(chǎn)生350L。通過上述理論計算，1kgCOD完全厭氧消化在標準狀況下可得到沼氣（和）0.70m3[24]。而實際上消耗每千克COD只有0.45～0.5米3沼氣產(chǎn)生[27],本設計中取0.5米3。據(jù)研究表明，IC反應器處理高濃度廢水時COD去除率約為80％。則每升廢液去除的COD為20000mg/L80％＝16000mg/L每座反應器每天處理廢水500m3，則每天去除COD為:500L16000mg/L=8.0mg,確定沼氣管直徑時管內(nèi)的氣流速度最大為8m/s,平均為5m/s【2】.那么反應器內(nèi)每日所產(chǎn)沼氣的量為：Q沼氣==500m3×20kgCOD/m3×0.8×0.5m3=4000m3(2-9)式中S0進水COD或BOD5濃度，kgCOD/m3；廢水流量，m3；P厭氧條件下完全降解1gCOD產(chǎn)生的沼氣量，m3/kgCOD；沼氣消化器中每天產(chǎn)生的沼氣的量，m3；Q=US沼氣管(2-10)則沼氣管的直徑d===108.6mm取整為110mm。2.4排泥系統(tǒng)的設計由于厭氧消化過程微生物的不斷增長，或進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IC反應器的設計包括剩余污泥的排除設施。設置在污泥床區(qū)池底的排泥設備，由于污泥的流動性差，必須考慮排泥均勻。所以在反應器的底部應均勻的設置幾個排泥點。每個點服務面積多大合適，尚缺乏具體資料，根據(jù)經(jīng)驗，建議每10m2設一個排泥點。IC反應器的底面積為25.68m2。所以在反應器的底部設計3個排泥點即可。在沒有相關的動力學常數(shù)時，可根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，一般情況下，每去除1kgCOD，可產(chǎn)生0.05～0.1kgVSS計算[25]，本設計中取0.1kgVSS。在上面的計算中已經(jīng)知道每座反應器每天去除COD為8.0×109mg則每天產(chǎn)生VSS量為：QVSS＝0.1kgVSS/kgCOD8000kgCOD/d=800kgVSS/d＝33.3kgVSS/h(2—11)顆粒污泥的干重(TSS)是揮發(fā)性懸浮物(VSS)與灰分(ASH)之和。VSS主要由細胞和胞外有機物組成,通常情況下VSS占污泥總量的比例是70%－90%[11]，本設計中設為80%,則產(chǎn)生的污泥量為：=41.67kg/h顆粒污泥的密度約在1030～1080kg/m3之間[27]，所以本設計中設污泥密度為1050kg/m3,則污泥的流量為：Q污泥＝＝0.0397m3/h=0.952m3/d設5天排一次污泥，排泥時間為1小時，則需要污泥泵的排泥流量為5m3/h,據(jù)此污泥流量，我們選擇型號為ZW50－10－20的自吸式無堵塞污泥泵，該泵集自吸和無堵塞排污于一身，既可像一般清水自吸泵那樣不需安底閥，不需引灌水，又可抽吸含有大顆粒固體塊、長纖維的污物、沉淀物、廢礦雜質(zhì)、糞便處理及一切工程污水物，完全減輕工人的勞動強度，而且使用、移動、安裝方便、極少維修、性能穩(wěn)定。其性能參數(shù)見下表2—1。表2—1ZW50－10－20自吸式無堵塞污泥泵技術指標2.5內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的設計內(nèi)循環(huán)裝置的結(jié)構主要由沼氣提升管、回流管、集氣罩和氣液分離器4個部分構成。如圖2—6所示2.5.1沼氣提升管的計算(1)提升管的直徑反應器中提升管的直徑可以根據(jù)“沼氣產(chǎn)量”和“氣提比”計算出提升液的“流量”（m3.s-1）,在根據(jù)“流量”和“上升流速”（m.s-1）計算出提升管的管徑。由于沼氣產(chǎn)量，提升管的浸沒深度和提升高度都會對循環(huán)液的流量，流速產(chǎn)生影響,因此,提升管的直徑應當在一定的沼氣產(chǎn)量，一定的浸沒深度和一定的提升高度這樣具體的條件下,根據(jù)循環(huán)液的流量和流速來加以確定。IC反應器的混合液上升流速為2.5-10m/h【3】.在一定程度上改善了基質(zhì)與微生物間的傳質(zhì)過程。實驗發(fā)現(xiàn)，在2.65-4.35m/h的上升流速下1室的沼氣產(chǎn)量明顯增加，造成氣體管中的液體通量明顯增大和中間回流管的流量加速，這說明通過增加進水量的方式可明顯提高反應器中的循環(huán)比例（一方面可改善反應器底部對進水COD負荷的承受能力，提高反應器的抗沖擊負荷能力；另一方面可提高流速而強化傳質(zhì)過程，避免了反應中可能出現(xiàn)的局部基質(zhì)濃度過高現(xiàn)象確保了反應器能正常穩(wěn)定的進行）.據(jù)此本設計取上升流速為4m/h.假設在第一反應室內(nèi)的COD去除率為60%。在理論情況下，完全厭氧消化狀況下1㎏COD可得沼氣0.70m3，實際只有0.45-0.5m3。本設計取0.5m3。則1室內(nèi)的沼氣產(chǎn)量為：V=500m3×20㎏/m3×0.6×0.5m3=3000m3 每m3沼氣可提升發(fā)酵液的數(shù)量為0.071m3.即沼氣的氣提比為0.71。即提升管內(nèi)的流量為0.則升流管的直徑為：d==0.15m(2)提升管的提升高度在這里所定義的“提升高度”是指：提升管上端溢流口至IC反應器發(fā)酵液液面的距離，即提升管與回流管之間的液位差（h2）如圖2—6所示。h2=(Dw/Dm-1)h1(2-14)Dw水的容重（kg/m-3）；Dm提升管內(nèi)氣水混合液得容重（kg/m-3）；h1提升管在水內(nèi)的浸沒深度（m）；h2水的提升高度（m）；從(2-14)式可以了解到,提升高度(h2)與提升管內(nèi)發(fā)酵液的容重(Dm)和提圖2—6內(nèi)循環(huán)結(jié)構示意圖1.氣體出口；2.氣液分離器；3.溢流口；4滯留液位；5.發(fā)酵液液面；6.提升管；7.回流管；8.氣咀；9.集氣罩；10.沼氣導向板升管的浸沒深度(h1)有關。Dm越小(進入提升管內(nèi)的沼氣量越多),或者提升管的浸沒深度(h1)越大,提升高度(h2)也越大。但在設計中,不能根據(jù)(1)式確定提升管的提升高度,這是因為在內(nèi)循環(huán)裝置的設計中希望得到最大的循環(huán)量,而不是為了要將發(fā)酵液提升得很高。如果將提升管溢流口至發(fā)酵液液面的距離(h2)拉得很大,會增加發(fā)酵液在提升管內(nèi)上升時的沿程阻力,從而會減少循環(huán)量。而適當?shù)亟档吞嵘叨?h2)卻可以增加發(fā)酵液的循環(huán)量。因此只要能保證提升液在氣液分離器內(nèi)的“滯留液位”不會淹沒提升管的溢流口，這一提升高度就是適宜的。如果“滯留液位”超過溢流口，也會增加提升的阻力，減少循環(huán)量。(3)提升管的浸沒深度提升管下端沼氣入口處(氣咀)至IC反應器發(fā)酵液液面的距離稱為提升管的“浸沒深度”(h1)。實驗觀察到,在氣量相同的情況下,隨著提升管浸沒深度的增加,發(fā)酵液的循環(huán)量增加。如果采用“氣提比”這樣一個參數(shù),即每1m3沼氣可提升的發(fā)酵液數(shù)量,單位為m3(發(fā)酵液).m-3(沼氣),那么,隨著提升管浸沒深度的增加,氣提比增加。也就是說,隨著提升管浸沒深度的增加,同樣多的沼氣能提升更多的發(fā)酵液。根據(jù)Chisti等[8]研究的氣升式反應器中的液體循環(huán)，Pereboom建立水力動力學模型描述IC反應器中液體循環(huán)。上升管中的氣持率（可通過上升管中氣體(Ugr)和液體(Ulr)表面上升流速間的經(jīng)驗關系表達式估算:=(2—15)當氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別在0.07m/s一3.5m/s、0.3m/s-2.7m/s。的范圍內(nèi)時，這個關系式在IC反應器的提升管內(nèi)得到很好的證實[9]Chisti等[9]根據(jù)能量守衡得出r升管中的液體表面上升流速(Ulr),Pereboom結(jié)合IC反應器實際情況對Ulr進行了修正，結(jié)果見下式ulr=(2—16)式中：hD氣液擴散高度，m;h提升管和下降管中的液體高度差,m:KB/T底部和頂部阻力損失系數(shù)；Ar/d上升管和下降管的橫截面積，m2;g重力加速度；根據(jù)有關文獻可以得知（27），底部和頂部的阻力損失系數(shù)分別為0.0205λ0、0.0256λ0。根據(jù)（1）和2.5.2可以計算出上升管和下降管的橫截面積Ar=R上升管2/4＝0.018m3;Ad=R下降管2/4=0.0314m3如（2）圖所示提升管和下降管中的液體高度差h和氣液擴散高度hD相等。假設升流管中的氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別為3m/s、2m/s.則由(2—15)可求出gr=＝0.47假設下降管中的氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別為1.5m/s、1m/s.則由(2—15)可求出＝＝0.44把已知條件代入(2.5-4)得：Ulr=(2—17)由(2—17)可求出hD():hD=2.5m由公式(2-17)整理可得：＝Dw/Dm-1(2—18)在升流管中氣體所占得比重和液體差不多，假設Dm為600kg/m3,已知水得容重（Dw）為1000kg/m3代入(2-18)可得：＝式(2-18)中得提升管的浸沒深度（h2）由上式可知h1=3h2/2=7.5m要所以提升管的高度H為：H=h1+h2=7.5+2.5=10m(4)提升管的氣咀沼氣從集氣罩進入提升管的入口處稱為“氣咀”。通過實驗〔4〕觀察到:1.氣咀不宜設在提升管的最下端;2.氣咀最好是由多個小孔眼所組成。氣咀的設計應該合理,否則會給內(nèi)循環(huán)造成一定的影響。所以本設計中的氣咀也應該遵循上述的要求，設計在略高于提升管的最下端由多個小孔組成。采用的材料為塑料物質(zhì)制品。氣咀的直徑應該與提升管的直徑相同為0.15m。這樣才能氣咀與提升關緊密結(jié)合使提升管內(nèi)不會進入污泥。從而保障了內(nèi)循環(huán)的持續(xù)運行。2.5.2回流管的直徑不應小于提升管的直徑,以保證回流的暢通。回流管直徑過小,會提高氣液分離器中的滯留液位,滯留液位淹沒提升管的溢流口時,會給提升造成一定的阻力。根據(jù)上述所述本設計的回流管的直徑也應該大于0.15m。本設計取0.2m?；亓鞯拈L度應該比提升管大的多，如圖所示，在設計回流管長度時考慮到為了使回流發(fā)酵液達到反應器的底部，回流管的底部應該距離反應器的底部由一小短距離，這段距離不應該很大2-3m即可。過低可能會引起回流管的堵塞，過高則起不到攪拌反應器底部污泥的作用。所以本設計根據(jù)上述因素取回流管的長度為15m。2.6IC反應器內(nèi)部結(jié)構的設計2.6.1第一反應室的設計第一反應室是廢水處理的主要區(qū)間，進去的廢水能夠在第一反應室中得到很高程度的處理，沒有處理的顆粒已經(jīng)很少。(1)第一反應室的高度計算由論文要求可以知道每天進入反應器的廢水量為500m3,由此可以求出廢水在反應器中的高度HV廢水=R2H（2-19）H===17m由2.5.1（3）可知第一反應室的高度H一室為:H一室=H－h(huán)1=17－7.5=9.5m(2)第一反應室中氣封的設計第一反應室中的氣封應該設計在一個合理的位置，我們應該考慮到要與集氣罩聯(lián)系起來設計氣封。設置氣封的目的就是為了使在第一反應室中產(chǎn)生的沼氣能夠全部的由集氣罩收集從提升管中排到上部的氣液分離器。阻止產(chǎn)生的沼氣逸出集氣罩。所以氣封應該設計成比集氣罩的外圈小一點的范圍之內(nèi)。這樣在第一反應室中產(chǎn)生的沼氣就會全部的由提升管排出。第一反映室中的氣封高度應該與一級三相分離器的高度、第一反映室的高度有關。為了使氣封能夠更好的起到阻氣的作用，氣封的水平距離設計為0.4m。夾角為90。。高度設計在距離反應器9m的位置。本設計中的氣封采用混凝土材質(zhì)鑄成。2.6.2第二反應室的設計從回流管中排出的廢水進入第二反應室被進一步消化，第二反應室是對廢水進行進一步的處理的區(qū)間，設置第二反應室能夠更好處理廢水從而達到了一種高效率充分處理廢水的目的。使廢水能夠被很好的處理。(1)第二反應室高度的計算從以知文獻的圖上可以看出，第二反應室的高度大約為第一反應室一半的高度，所以第二反應室的高度大約為5m。(2)第二反應室中氣封的設計第二反應室中氣封的設置也應該同一室一樣，設置應比二級三相分離器末端的外圈略大一點的范圍之內(nèi)。第二反應室氣封的高度應該和第二反應室的高度，二級三相分離器的高度有關。結(jié)合第二反應室的高度我們可以把第二反應室中的氣封設計在距離反應器14m的位置上，這樣才可以起到阻止氣體進入沉淀區(qū)的作用。第二反應室中的氣封設計成和第一反應室一樣，氣封的水平距離設計為0.4m。夾角為90。。采用一樣的材質(zhì)為混凝土材質(zhì)。2.6.3三相分離器的設計在IC反應器中，三相分離器也是反應器的重要組成部分，它同時具有兩個重要的功能：收集分離器下的反應室所產(chǎn)生的沼氣，使分離器之上的懸浮物沉淀下來。對上述功能均要求三相分離器的設計避免沼氣氣泡上升到沉淀區(qū)，如其上升到表面將引起水渾濁，降低沉淀效率，并且損失所產(chǎn)生的沼氣。三相分離器設計的主要目的由以下幾點：(1)從反應器中分離和排放出產(chǎn)生的生物氣。盡可能有效地防止具有生物活性地厭氧污泥流失。使污泥通過斜板返回反應器地反應區(qū)。當污泥床向上膨脹時，防止過量污泥進入沉淀區(qū)。提高出水凈化效果。(6)防止上浮地顆粒污泥洗出。在具體的三相分離器的設計中，應該考慮如下一些問題：(1)為了防止細小顆粒污泥或懸浮物被洗出，可以在出水水堰板前設置擋板。處理含蛋白質(zhì)或脂肪等引起污泥上浮的廢水時，也應該在出水堰板前設置擋板。(2)處理非常稀的廢水時，由于上流速度較大和污泥增長較緩慢，因此常需要較復雜的三相分離器以保留盡量多的污泥。(3)在一定的容積負荷下，單位反應器截面的產(chǎn)氣率與反應器的高度成正比因此在較高的反應器設計時，三相分離器的設計應該注意克服浮沫問題。為了防止某些廢水產(chǎn)生浮沫，可以在三相分離器的集氣室內(nèi)安裝噴霧噴嘴。設計三相分離器的原則如下所述：(1)間隙和出水截面積比。其將影響進入沉淀區(qū)和保持在污泥相中的絮體的沉降數(shù)度。(2)分離器相對于出水液面的位置。確定反應區(qū)（下部）和沉淀區(qū)（上部）的比例。(3)三相分離器的傾角。這個角度要使固體可滑回到反應器的反應區(qū)，在實際中是在45。～60。之間。(4)分離器下氣液界面的面積。它確定了沼氣的釋放速率。適當?shù)尼尫潘俾蚀蠹s是在1～3m3/(m2.h)。速率低有形成浮渣層的趨勢，過高則導致形成氣沫層，兩者都導致釋放管堵塞。(1)一級三相分離器的設計在IC反應器中一級三相分離器是處在第一反應室的頂部，主要的作用就是分離在第一反應室中所產(chǎn)生的沼氣和污泥顆粒。一級三相分離器的設計遵循三相分離器的設計原理不同的區(qū)別在于在IC反應器中一級三相分離器在設計局部上有些差別，IC反應器中一級三相分離器的集氣罩的長度不是兩邊相等的，在IC反應器中一級三相分離器的左邊的集氣板的長度要大于右邊集氣板長度，應為在IC反應器中三相分離器的位置偏向于右邊。一級三相分離器的三角形集氣罩斜面的水平夾角一般采用55～60。?！?9】一級三相分離器的形狀為圓錐型，一級三相分離器的上錐部設計在距離反應器9.5m的位置上。一級三相分離器是由三角形集氣罩構成，它的斜面的水平夾角一般采用55～60。。本設計中采用55。，為了能夠使三相分離器起到更好到集氣和防止氣體進入沉淀區(qū)，三相分離器的圓錐直徑應該設計一個合適的長度，這個直徑的確定和一室的氣封有關不能小于氣封的外圈，所以本設計中的三相分離器的圓錐直徑設計為5m。(2)二級三相分離器的設計在IC反應器中二級三相分離器是處在第二反應室的頂部，主要作用是分離和收集第二反應室中產(chǎn)生的沼氣。二級三相分離器的設計也遵循三相分離器的設計原理。二級三相分離器和一級三相分離器的區(qū)別在于二級三相分離器右邊的集氣板長于左邊的集氣板，因為二級三相分離器的位置偏向于反應器左邊。二級三相分離器的三角形集氣罩斜面的水平夾角也是在55～60。?！?9】二級三相分離器和一級三相分離器的形狀一樣為圓錐型，，和一級三相分離器上錐部設計一樣二級三相分離器的上錐部設計在距離反應器14.5m的位置上。二級三相分離器的三角形集氣罩斜面的水平夾角采用和一級三相分離器一樣的角度為55。，圓錐直徑也設計為5m。因為二級三相分離器處于發(fā)酵液的界面上，所以在設計上應該考慮到在出水堰之間應該設置浮渣擋板防止細小顆粒污泥或懸浮物被洗出。2.6.4沉淀區(qū)的設計沉淀區(qū)是位于IC反應器二級三相分離器以上，廢水經(jīng)過處理后進入沉淀區(qū)，在沉淀區(qū)內(nèi)泥水混合物得到分離，處理過的上清液體由出水管中排出，沉淀的污泥可自動的返回第二反應室。沉淀區(qū)的設計主要考慮兩項因數(shù)，即沉淀面積和水深，沉淀區(qū)的面積根據(jù)廢水量和沉淀區(qū)的表面負荷確定，由于在沉淀區(qū)的厭氧污泥與水中殘余的有機物尚能產(chǎn)生化學反應，有少量沼氣產(chǎn)生，對固液分離有一定的干擾，這種情況在處理高濃度有機廢水時可能更為明顯，所以建議三相分離器集氣罩(氣室)頂以上的覆蓋水深可采用0.5～1.0m，集氣罩斜面的坡度應采用55～60。，沉淀區(qū)斜面的高度采用0.5～1.0m。不論何種形式三相分離器，其沉淀區(qū)的總水深應不小于1.5m，并保證在沉淀區(qū)的停留時間為1.5～2.0h。滿足上述條件可取得良好的固液分離效果。所以本設計中沉淀區(qū)的高度設計為3m。2.6.5氣液分離器的設計由2.3可知反應器每天產(chǎn)生沼氣的量為4000m3/d，假果氣液分離器每10分鐘排出一次沼氣。那么10分鐘產(chǎn)生的沼氣量為：(4000/24×60)×10=27.78m3。由此可知氣液分離器的容積最少為28m3。所以可以根據(jù)這個條件設計出氣液分離器的高度、底面積。本設計把氣液分離器設計成高為3m底面積為9.5㎡的形狀。2.6.6水封高度在集氣室氣液表面可能形成浮渣或浮沫，這些浮渣或浮沫可能會防礙氣泡的釋放。在液面太高或波動時，浮渣或浮沫可能會出氣管堵塞或部分氣體進入沉降區(qū)，這種現(xiàn)象在含脂肪或蛋白質(zhì)廢水處理或產(chǎn)氣量太小時會趨于嚴重。這些現(xiàn)象除可采用吸管排渣、安裝噴嘴、產(chǎn)氣回流等措施外，還可以在設計上保證氣液界面穩(wěn)定高度來控制，即通過水封來控制。水封高度計算如下：H=H1-Hm=(h1-h2)-Hm(2—20)式中H1——集氣室氣液界面至沉降區(qū)上液面的高度；H1=2.055mh1——集氣室頂部至沉降區(qū)上液面的高度；h2——集氣室氣液界面至集氣室頂部高度；Hm——主要包括由反應器至儲氣罐全部管路管件阻力引起的壓頭損失(0.3m)和儲氣罐內(nèi)的壓頭(0.255m)。H=2.055-0.255-0.3=1.5m2.6.7收集管的設計在第二反應室中沼氣的產(chǎn)量，假設在第二反映室內(nèi)的COD去除率為20%。在理論情況下，完全厭氧消化狀況下1㎏COD可得沼氣0.70m3，實際只有0.45-0.5m3。本設計取0.5m3。假設在收集管中沼氣的平均流速為5m/s。則在第二反映室內(nèi)的沼氣產(chǎn)量為：V=500m3×20㎏/m3×0.2×0.5m3=1000m3(2—R集氣管＝＝54.3mm收集管的長度設計為7m。2.7反應器保溫所需熱量計算＝（2－22）式中反應器保溫所需熱量，kg/h；A反應器外表面積，m2；K總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)；ta反應器周圍環(huán)境溫度，K；熱效率，一般取0.85。在不考慮反應器外部保溫措施的情況下K值可通過下式計算：（2－23）式中a1反應器內(nèi)部對流傳熱系數(shù)，a12000～4000W/(m2.K)，取3000W/(m2.K)au反應器外部對流傳熱系數(shù)，au20W/(m2.K)；d1反應器的厚度，m；反應器壁的熱導率，W/(m.K)；反應器壁常用材料是混泥土，查表可知混泥土的熱導率為1.3～1.5W/(m﹒K)，本設計中取1.4W/(m﹒K)。一般反應器的厚度為d1=240mm=0.24m，將數(shù)值代入（2－23）可求K值為：＝0.2218，1W/(m2﹒K)，IC反應器的外表面積為：A＝S上封頭+S下封頭+S筒體＝2×D2/4＋DH=×5.72×5.72/2＋×5.72×23=464.47㎡反應器周圍環(huán)境溫度粗略的取為20，發(fā)酵溫度為35，將已知數(shù)值代入（2－22）可求出QDQD＝＝36966.35W＝1.33×105kJ/h（2－24）式中Cp水的比熱容，kJ/kg﹒K；m循環(huán)水的流量，kg/h；進水與出水的溫差，K；查表可知水的比熱容為4.183kJ/kg﹒K，將式（2－24）變形并代入其中，可知：＝＝3.18×105kg/h已知水的密度為＝1000kg/m3,故流量可表示為：Q水＝＝3.18m3/h水泵是自動加熱恒溫系統(tǒng)的動力部分，其選擇依據(jù)主要是根據(jù)換熱系統(tǒng)中水的流量、整體結(jié)構、水泵的性能指標和經(jīng)濟性等因素綜合考慮的。本設計要求換熱系統(tǒng)中水的流量是4.97m3/h，據(jù)此我們選擇了型號為ISW32－125(l)B的臥式單級單吸離心泵作為本系統(tǒng)的動力，其性能參數(shù)見表。表2—2ISW32－125(l)B臥式單級單吸離心泵的技術指標換熱器的傳熱面積可用以下方法計算：S換熱＝[30]（2－25）式中：α－平均對流傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）本設計采用碳素鋼制板換熱材料α取200W/（m2·℃）－流體與壁面間溫度差的平均值，℃S換熱－總傳熱面積，m2S換熱＝＝18.48㎡取換熱器內(nèi)熱水流速為1.5m/s，流量同離心泵的流量為5.0m3/h。d換熱＝＝＝0.034m且對于換熱器來說有：S換熱＝d換熱l換熱所以：l換熱＝＝18.48㎡/0.034×3.14=173.1m換熱器在反應器上的排布如圖2—7所示：圖2—7換熱器的分布示意圖2.8防腐措施生產(chǎn)性實驗已經(jīng)證明，腐蝕是厭氧反應器設計中應格外注意的問題。無論是鋼材和水泥，都會因腐蝕受到不同程度的破壞，在水平面以下，溶解的CO2會產(chǎn)生腐蝕，水泥中的CaO會因為碳酸的存在而溶解，沉降斜面也會發(fā)生腐蝕。為了延長反應器的使用壽命，反應器的防腐措施是必不可少的。2.8.1腐蝕機理混凝土或鋼筋混凝土構筑物，是由水泥硬化后形成的水泥石及骨料石子(石灰石)和鋼筋組成。水泥石在大氣中通常不會被氧化，被水泥石包裹的鋼筋和石子具有良好的大氣穩(wěn)定性。因水泥石呈堿性，不僅酸溶液，而且鹽溶液、甚至堿溶液也能腐蝕破壞混凝土和鋼筋混凝土。當然在不同情況下腐蝕作用機理也各不相同。一般來說，當含酸溶液或酸性氣體(在水中溶解時生成酸)侵蝕混凝土和鋼筋混凝土時，其損壞最為明顯。水泥石中的主要成分為水合硅酸鹽(2Ca0·SiO2·aq)和水合鋁酸鹽(4Ca0·Al203·19H2O)，在酸性、堿性條件下會發(fā)生水解，分解出的Ca0溶于水，由于介質(zhì)的流動，與水泥石接觸的溶液中Ca0濃度不斷降低，隨著Ca(OH)2的析出，平衡濃度被打破，其他水合物進一步被破壞(水解)，直至水合硅酸鹽和水合鋁酸鹽向無凝膠性的SiO2·aq和A1203·aq轉(zhuǎn)化，混凝土就有可能完全失去機械強度，并遭受破壞[33]。水泥石中的水化物可以與CO2發(fā)生反應，產(chǎn)生碳酸鹽，從而降低鋼筋混凝土的原始堿度:Ca(OH)2+CO2一CaCO3+H20Ca(OH)2+2HC1--}CaC玩+2H20當用HCl中和時,CaO3仇又被分解和溶解:CaCO3+2H＋TCa2＋+CO2個+H202CaC03+2H＋——Ca(HCO3)2+Ca2＋碳化層(CaCO3)被溶解的結(jié)果，使得水泥石中的水合硅酸鹽和水合鋁酸鹽結(jié)晶接觸強度喪失，變得松散，無遮蔽性。混凝土中的骨料石子(CaCO3等)和鋼筋(Fe)被進一步腐蝕:nCaO·mSiO2+pHClnCaC12+mSi(OH)4+aqCaCO+2H＋——Ca2＋+CO2+H20Fe+2H＋——Fe2＋+H2由于致密性不好或處理不當，介質(zhì)工業(yè)鹽酸就會發(fā)生上述反應而遭受腐蝕破壞，CO2+H20的析出進一步破壞了防腐蝕層的隔離作用和混凝土的致密性及強度，致使混凝土穩(wěn)定性進一步降低，且遭受其他介質(zhì)如無機鹽，H20,02和生物等的腐蝕，直至混凝土構筑物遭受結(jié)構性的破壞。IC反應器鋼材結(jié)構發(fā)生腐蝕的原因是，金屬表面在潮濕的氣體中會吸附一層很薄很薄的肉眼看不見的濕氣層(水膜)，當水分在金屬表面成滴凝聚形成肉眼可見的液膜層,并達到20～30個分子層厚時,就變成電化學腐蝕所必須的電解液膜"液膜下金屬電化學腐蝕的反應式如下[31]：陽極反應MyM2++2e陰極反應2H++2eyH2對廢液處理時廢液中的有機物被氧化,生成H2S。H2S是腐蝕性很強的介質(zhì),其進一步被氧化生成硫酸鹽,使溶液pH值下降,酸性增加，無論是鋼材基體還是混凝土,都會被腐蝕。在水面以下,溶解的CO2會產(chǎn)生H2CO3,對設備產(chǎn)生腐蝕,也使沉降斜面發(fā)生腐蝕，H2S和CO2等氣體溶入水中,能使水膜酸化,導電性增強,使腐蝕加速。由于處理過程是生化過程,還產(chǎn)生生物及細菌腐蝕。在反應器上端處于氣－液交替狀況,上部沼氣顯酸性,使上部腐蝕尤為嚴重,加上反應器內(nèi)有縫隙、內(nèi)應力、水流、氣、液、固三相等存在,使反應器不僅發(fā)生全面腐蝕,還發(fā)生縫隙腐蝕、應力腐蝕和磨損腐蝕，使腐蝕加劇。2.8.2防腐措施為了防止以上各類腐蝕,應從以下兩方面著手:(1)防腐設計①適當增大反應器內(nèi)徑,減小流速,避免磨損腐蝕;②盡量消除縫隙,或增大縫隙尺寸,以減小縫隙腐蝕的發(fā)生;③設備制造完畢后,作消除應力的熱處理,減小應力腐蝕的發(fā)生"(2)采用耐腐蝕材料有幾種途徑:如采用不銹鋼、耐腐蝕涂層和襯里、電化學保護等。最經(jīng)濟有效的方法是采用耐腐蝕涂層,它不僅對碳鋼設備有效,對混凝土表面也能起到良好的保護作用。經(jīng)過實踐采用如下防腐方法可得到最佳效果:YJF-1型氟橡膠重防腐蝕涂料,是以氟橡膠材料為主劑而制成的一種厚涂型重防腐蝕涂料。它改變了以往的氟橡膠需高溫硫化、施工難度大等缺點,首先采用了冷涂刷和自然硫化工藝,使施工變得簡便易行,工程質(zhì)量容易保證。該涂料具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性,能夠長期耐強酸、強堿、強溶劑、鹽、石油產(chǎn)品、烴類等腐蝕介質(zhì)。對基體(鋼、混凝土)附著力好。使用介質(zhì)溫度范圍寬(-40～250℃),并具有優(yōu)良的耐老化性能[32]。氟橡膠硫化后,經(jīng)10年自然老化還能保持較好的性能。其性能如表2—3所示。表2—3氟橡膠重防腐蝕涂料的性能2.8.3施工要求第三章結(jié)論內(nèi)置鋼管表面在涂刷前應采用噴砂、噴丸、電動工具或手工除銹。噴砂除銹應達到Sa2.5級以上,手工和電動工具除銹應達到SL3級以上。鋼體表面應無油脂、污垢及其它附著物。除銹后,應將其表面浮銹及其它灰塵清理干凈,混凝土含水率<6%。該涂料為雙組份(A,B組份),配料前應將A,B組份攪拌均勻,按重量比A:B=5:1配制,并充分攪勻,在2h內(nèi)用完。參考用量：每道涂料用量170～200gPm2,涂層厚度20Lm。施工工藝簡單,采用刷涂、輥涂、噴涂均可。涂層表干快、可連續(xù)施工、施工操作過程無毒。該涂層彈性好、耐磨、抗沖擊,有利于防腐蝕涂裝后的設備運輸及安裝。該涂層可以保證使用15年以上。綜上所述，根據(jù)任務書的要求，本設計中IC的主要技術參數(shù)如表2—4所示：表2—4IC反應器的主要技術參數(shù)反應器數(shù)目有效容積/m3實際容積/m3高/m直徑/m兩座500588.2235.72提升管的長度m提升管的直徑m回流管的長度m回流管的直徑m進出水管徑/mm100.15150.286收集管的長度m收集管的直徑mm第一反應室的高度m第二反應室的高度m沉淀區(qū)的高度m754.39.553布水管徑/mm布水口徑/mm布水分支口徑/mm離心泵型號排泥管管徑/mm85.949.628.6ISW32－125(l)B50污泥泵型號換熱管徑/mm換熱管長/m沼氣出口管管徑/mm防腐材料ZW50－10－2034173.1108.6YJF-1型氟橡膠重防腐蝕涂料第三章結(jié)論南京工業(yè)大學學士學位論文第三章結(jié)論本論文是針對奶牛場廢水處理的基礎上設計的厭氧處理新技術－IC反應器的工藝設計?？偨Y(jié)如下：(1)從構造上看,IC厭氧反應器比UASB反應器復雜,施工和安裝要求更高、難度更大。高徑比大就意味著進水泵的能量消耗大,運行費用高,所以反應器的選擇必須從建設投資和運行費等各方面進行綜合考慮。(2)顆粒污泥在IC厭氧反應器中仍占有重要地位。它與處理同類廢水的UASB反應器中的顆粒污泥相比,具有顆粒較大、結(jié)構較松散、強度較小等特點,尚未發(fā)現(xiàn)更進一步的研究報道。對IC厭氧反應器顆粒污泥的研究可能會成為現(xiàn)有顆粒污泥理論的有力證據(jù)或有益補充,具有較大的學術價值。國內(nèi)引進的IC厭氧反應器均采用荷蘭進口顆粒污泥接種,所以為降低工程造價,也需進一步掌握在IC厭氧反應器的水力條件下培養(yǎng)活性和沉降性能良好的顆粒污泥的關鍵技術。(3)IC厭氧反應器由于回流的稀釋作用應該比UASB反應器更適于處理難降解有機物,但目前只有處理高含鹽廢水(菊苣加工廢水)的報道,絕大部分IC厭氧反應器用于處理易降解的啤酒、檸檬酸等廢水,所以IC厭氧反應器的應用領域有待開拓。(4)通過一些實驗數(shù)據(jù)和文獻可知IC反應器是一種高技術的新型超高效厭氧反應器,其主要特點是:有機負荷高,水力停留時間短,高徑比大,占地面積小,基建投資省,出水水質(zhì)穩(wěn)定,耐沖擊負荷能力強等。代表了現(xiàn)階段厭氧反應器的最高研究水平，值得進一步的研究開發(fā)和推廣應用。(5)針對IC的現(xiàn)狀本論文在設計還存在一些問題，特別是在一些數(shù)據(jù)的計算上還有些模糊。有些數(shù)據(jù)還有待進一步的證實。參考文獻致謝感謝何若平老師在畢業(yè)設計期間對我的悉心指導和幫助，何老師的教誨和勉勵給了我很大的啟發(fā)和完成論文的信心,同時感謝林宇師兄、江暉師兄、潘瀟瀟同學、程小丹同學在論文設計期間給我的幫助。參考文獻[1].孫立,管錫珺.厭氧反應器綜述與展望.[J].青島建筑工程學院學報,2003,24(4):82～86.[2].劉紅波,邵丕紅,韓相奎.幾種污水厭氧生物處理技術.[J].長春工程學院學報(自然科學版).2006,7(3):39～42.[3].涂劍成,管錫,張忠瑞.現(xiàn)代厭氧反應器的現(xiàn)狀與發(fā)展.[J].新疆環(huán)境保護.2004,26(3):09～12.[4].童昶,沈耀良,趙丹,王承武.厭氧反應器技術的發(fā)展及ABR反應器的工藝特點[J].江蘇環(huán)境科技.2001,14(4):9～11.[5].周磊,陳朱蕾,廖波,孫蔚旻.厭氧折流板反應器性能研究進展.[J].工業(yè)水處理.2005,25(6):1～5.[6].LETTINGAG,FIELDJ,VANLIERJ,etal.Advancedanaerobicwastewatertreatmentinthenearfuture[J].WatSciTech,1997,35(10):5～12.[7].HABETSLHA.Anaerobictreatmentofinulineeffluentinandinternalcirculationreactor[J].WatSciTech,1997,35(10):189～197.[8].CHISTIMY,HAZARDR,M00-YOUNGM.Liquidcirculationreactors[J].ChemicalEngineeringScience，1988,43(3):451～457[9].PEREBOOMJHF,VEREIJKEVTLFM.Methanogenicgranuledevelopmentinfullscaleinternalcirculationreactors[J]Tech,1994,30(8);9～21.[10].PEREROOMJHF.SizedistributionmodelfromfullscaleUASRandICreactors[J].WatSciTech.1994,30(12):211～221.[11].PEREBOOMFHF.Strengthcharacterizationofmicrobialgranules[J].WatSciTech.1997.36(6-7):141～148.[12].王林山.吳允，張勇等生產(chǎn)性IC反應器處理啤酒廢水啟動研究[J]。環(huán)境導報，1998,(4)24.[13].HACKPJFM,VELI,INGASHJ,HABETSLHA.GrowthofgranularsludgeintheSIOPAQIC-reactor[J].Technologjcalaspects.1986.211～215.[14].戚愷.IC反應器在造紙行業(yè)的應用[J].國際造紙,2001,20(3)58～59.[15].L.H.A.Habetsetc.Anaerobictreatmentofinulineeffluentinandinternalcirculationreactor[J].Watscitech,1997,35(10):189～197[16].王凱軍.厭氧工藝的發(fā)展和新型厭氧反應器[J].環(huán)境科學,1998,19(1):94～96.[17].HARETSI.HA,ENGEIAAEA.1HH,GftOENECEI,DN.Anaerobictreatmentinclineeffluentinanintemaleirculation[J].WatSciTech,1997.35(10):189～197.[18].LETCIVGAC,FIE1DJ,CAMLierJ,etal.Advancedanaerobicwastewatertreatmentinthenearfuture[J].WatSciTech,1997,35(10)：5～12.[19].J.H.F.Pereboom.SizedistributionmodelformethanogenicgranulesfromfullscaleUASBandICreactors[J].Wat.sci.tech,1994,30(12):211～221[20].丁麗麗,任洪強,華兆哲等.內(nèi)循環(huán)式厭氧反應器啟動過程中顆粒污泥的特性[J].環(huán)境科學,2001,22(3):30～34.[21].吳靜,陸正禹,胡紀萃等.新型高效內(nèi)循環(huán)(IC)厭氧反應器[M].北京:中國給排水,2001(17):26～29.[22].J.H.F.PereboomandT.L.F.M.Vereijken.Methanogenicgranuledevelopmentinfullscaleinternalcirculationreactors[J].Wat.sci.tech,1994,30(8):9～21.[23].方治華,劉明剛,郝曉剛.上流式厭氧污泥床反應器的結(jié)構模糊優(yōu)化[J].中國環(huán)境科學,1989,9(2):103～109.[24].戚愷.IC反應器在造紙行業(yè)的應用[J].國際造紙,2001,20(3)58～59.[25].吳允,張世江.啤酒生產(chǎn)廢水處理新技術—內(nèi)循環(huán)厭氧反應器[J].環(huán)境保護,1997,9:18～19.[26].王江全.檸檬酸廢水處理工藝———IC厭氧反應器和好氧生化技術[J].江蘇環(huán)境科技,2000,13(3):21～23.[27].L.H.A.Habetsetc.Anaerobictreatmentofinulineeffluentinandinternalcirculationreactor[J].Wat.sci.tech,1997,35(10):189-197.[28].孫東坡，王二平，許繼剛，耿明全，嚴軍[J]管道高濃度泥漿阻力系數(shù)的試驗研究。華北水利水電學院，河南鄭州[29].任南琪，王愛杰[J]厭氧生物技術原理與應用，化學工業(yè)出版社。[30].王茂輝,離心式氣液分離器設計.機械工程學院,[31].蔣金勛,張佩芬,高滿同.金屬腐蝕學[M].北京:國防工業(yè)出版社,1986:132～134.[32].歐陽峰.上流式厭氧污泥床反應器的腐蝕與防護.[J].西南交通大學學報.2001,36(1)：5～7.[33]B·M·莫期克文.混級土和鋼筋混凝土的腐蝕及其防護方法北京:化學工業(yè)出版社.1988基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)