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

2、形反應(yīng)器 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 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e V=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

3、時(shí)間(HRT)和水力負(fù)荷率() 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： 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

4、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 /m2 密實(shí)的絮體污泥度 40kgTSS/m3 2 0.5 1 12 2 3 密實(shí)的絮體污泥度 2040kgTSS/m3 12 3 12 2 5 顆粒污泥 2 2 4 4 0.5 1 0.5 2 2 2、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)

5、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 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?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 UAS

6、B 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/huk4.0m/h 這里計(jì)算按接種消化污泥為依 據(jù)。則 空塔

7、水流速度 : uk= = =0.194m/h v 1m/h，符合要求。 空塔氣流速度 : ug= = =0.97m/h1.0m/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

8、三相分離器中物質(zhì)流態(tài)示意圖 見圖 4.4。 圖 4.4 三相分離器中物質(zhì)流態(tài)示意圖 本次設(shè)計(jì)中，與短邊平行，沿長(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 X13X3.O=234 m20 沉淀區(qū)表面負(fù)荷 : O.7 符合要求0 沉

9、淀室進(jìn)水口面積 : S2=nBb 仁 6X 13X1.5=117 譏 沉淀室進(jìn)水口水流上升速度 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0 3、汽液分離設(shè)計(jì) 如圖 4.6 所示,設(shè)計(jì)就是要在確定氣封 角后

10、,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 =0.195m. 圖 4.6 三相分離器汽液分離設(shè)計(jì) 廢水總流量為

11、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 ，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 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 V0.022m , 現(xiàn)設(shè)計(jì) =0.15m，則進(jìn)

12、水縫中水流速度 V= =1.87m/h0.93=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 =90.45 4、 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)

13、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

14、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 =0.0725m ，取槽口附近水深 為 0.25 ，出水槽坡度為 0.01。

15、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 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(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

16、 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。 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 沼氣收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 、沼氣收集系

17、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 DN100，且盡量設(shè)置不短于 300mm

18、 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)

19、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 0.8m 3、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) 流量計(jì)及壓力表。 4、沼氣柜容積確定 由上述計(jì)算可知該處理站日產(chǎn)沼氣 10134 ，則沼氣柜容積應(yīng)為 3h 產(chǎn)氣量的體積 來確定，即 設(shè)計(jì)選用 300 鋼板水槽內(nèi)導(dǎo)軌濕式貯氣柜，尺寸為 3.6.2.7 UASB 的其他設(shè)計(jì)考慮 1、取樣管設(shè)計(jì) 在池壁高度方向上設(shè)置若干個(gè)取樣管， 用以采取反應(yīng)器內(nèi)的污泥樣， 以隨時(shí)掌握 污泥在高度方向的濃度分布情況。在距反應(yīng)器底 1.1 1.2m 位置，沿池