UASB工藝設(shè)計(jì)算

1、UASB工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法探討簡介：本文全面的介紹了UASB 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，介紹了厭氧預(yù)處理工藝和UASB反應(yīng)器的負(fù)荷設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)介紹了混凝土結(jié)構(gòu)的矩形UASB 反應(yīng)器各個(gè)部分尺寸的計(jì)算和確定原則。對UASB 的進(jìn)水配水系統(tǒng)和布水方式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。對于三相分離器和UASB 建筑材料等問題也進(jìn)行討論。關(guān)鍵字： UASB 反應(yīng)器，預(yù)處理，配水系統(tǒng)，三相分離器，建筑材料，設(shè)計(jì)簡介：本文全面的介紹了UASB 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，介紹了厭氧預(yù)處理工藝和UASB反應(yīng)器的負(fù)荷設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)介紹了混凝土結(jié)構(gòu)的矩形UASB 反應(yīng)器各個(gè)部分尺寸的計(jì)算和確定原則。對UASB 的進(jìn)水配水系統(tǒng)和布

2、水方式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。對于三相分離器和UASB 建筑材料等問題也進(jìn)行討論。關(guān)鍵字： UASB 反應(yīng)器，預(yù)處理，配水系統(tǒng)，三相分離器，建筑材料，設(shè)計(jì)?一、概述厭氧處理已經(jīng)成功地應(yīng)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(dāng)程度上得到了解決，但是當(dāng)污水中含有抑制性物質(zhì)時(shí)，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(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的是UASB反應(yīng)器，所以本文重點(diǎn)討論 UASB 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法。但是，其與其它的厭氧處理工藝有一定的共同點(diǎn)，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(jié)果也可以作為其他反應(yīng)器設(shè)計(jì)參考。包

3、含厭氧處理單元的水處理過程一般包括預(yù)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(shè)計(jì)1、預(yù)處理設(shè)施一般預(yù)處理系統(tǒng)包括粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化 )池、營養(yǎng)鹽和 pH 調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無機(jī)的可沉固體，這對對于保護(hù)各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞是必需的。當(dāng)污水中含有砂礫時(shí)，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強(qiáng)調(diào)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(yīng)器內(nèi)積累會(huì)占據(jù)大量的池容，反應(yīng)器池容的不斷減少最終將導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效。由于厭氧反應(yīng)對水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷

4、較為敏感，所以對于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)有沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆粒化和 pH 調(diào)節(jié)的要求，當(dāng)廢水堿度和營養(yǎng)鹽不夠需要補(bǔ)充堿度和營養(yǎng)鹽 (N、 P)等；可采用計(jì)量泵自動(dòng)投加酸、堿和藥劑，通過調(diào)節(jié)池水力或機(jī)械攪拌達(dá)中和作用。同時(shí)，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(zhì)、改善生物反應(yīng)條件和可生化性也是厭氧預(yù)處理的主要手段，也是厭氧預(yù)處理的目的之一。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化作用。對于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度

5、的酸化，但是完全的酸化是沒有必要的，甚至是有害處的。因?yàn)檫_(dá)到完全酸化后，污水 pH 會(huì)下降，需采用投藥調(diào)整 pH 值。另外有證據(jù)表明完全酸化對 UASB 反應(yīng)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(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對甲烷菌有毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu) 時(shí)；2) 當(dāng)廢水存在有較高的 Ca2+時(shí)，部分酸化可避免顆粒污泥表面產(chǎn)生CaCO3 結(jié)垢；3) 當(dāng)處理含高含懸浮物和 /或采用高負(fù)荷，對非溶解性組分去除有限時(shí)；4)在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過調(diào)節(jié)池的合理設(shè)計(jì)取得。例如，上向流進(jìn)水方式，在反應(yīng)器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設(shè)計(jì)為510m2/孔即

6、可。2、 UASB 反應(yīng)器體積的設(shè)計(jì)a)負(fù)荷設(shè)計(jì)法采用有機(jī)負(fù)荷 (q) 或水力停留時(shí)間 (HRT) 設(shè)計(jì) UASB 反應(yīng)器是目前最為主要的方法。一旦 q 或 HRT 確定，反應(yīng)器的體積 (V) 可以很容易根據(jù)公式 (1 或 2)計(jì)算。對某種特定廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過試驗(yàn)確定。V = QSo/q(1)V =KQ.HRT(2)式中： Q-廢水流量， m3/d；So-進(jìn)水有機(jī)物濃度， gCOD/L 或 gBOD5/L 。表 1 給出不同類型廢水國內(nèi)外采用 UASB 反應(yīng)器處理的負(fù)荷數(shù)據(jù)，需要說明的是表中無法一一注明采用的預(yù)處理?xiàng)l件和厭氧污泥類型等情況，這些條件對選擇設(shè)計(jì)負(fù)荷是至關(guān)重要的。下

7、表供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)參考，選用前必須進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)一步查詢有關(guān)的技術(shù)資料。表 1 國內(nèi)外生產(chǎn)性UASB 裝置的設(shè)計(jì)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表負(fù)荷 kgCOD/m3 · d負(fù)荷 kgCOD/m3 · d序號(hào)廢水類型(國外資料 )(國內(nèi)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(chǎn)11.615.77.176.5202152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9.211.46.465.482.728土豆加工等9.516.84249

8、酵母業(yè)9.812.4616666110檸檬酸生產(chǎn)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9.113.30.8103.543215屠宰廢水6.26.26.213.142.3416制糖15.222.58.21217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(jīng)驗(yàn)公式方法Lettinga 等人采用同樣經(jīng)驗(yàn)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(guān)系，并且對不同反應(yīng)器處理生活污水的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得

9、出了參數(shù)值。式中： C1 ,C2 反應(yīng)常數(shù)。c) 動(dòng)力學(xué)方法許多研究者致力于動(dòng)力學(xué)的研究， Henxen 和 Harremoes(1983)根據(jù)眾多研究結(jié)果匯總了酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過程重要的動(dòng)力學(xué)常數(shù) (見表 2)。到目前為止，動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展，還沒有使它能夠在選擇和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過程中成為有力的工具，通過評價(jià)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)方法現(xiàn)在仍是設(shè)計(jì)和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的唯一的選擇。表 2 厭氧動(dòng)力學(xué)參數(shù) (Henxen 和 Harremoes， 1982)培養(yǎng)mm(d-1)Y(mgVSS/mgCOD)KmmgCOD/(mgVSS?d)Ks(mgCOD/L)產(chǎn)酸菌20.1513200甲烷菌0.4

10、0.031350混合培養(yǎng)0.40.182-3、UASB 反應(yīng)器的詳細(xì) 設(shè)計(jì)1) 反應(yīng)器的體積和高度采用水力停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，體積(V) 按公式 (1) 或 (2)計(jì)算。選擇反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面考慮：高度會(huì)影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動(dòng)和污泥與進(jìn)水之間的接觸。但流速過高會(huì)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(yīng)器的高度受到限制；高度與 CO2 溶解度有關(guān)，反應(yīng)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(huì)危害系統(tǒng)的效率。從經(jīng)濟(jì)上考慮 :土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；

11、考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反應(yīng)器建造在半地下減少建筑和保溫費(fèi)用。最經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)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(yùn)行范圍。2) 反應(yīng)器的升流速度對于 UASB 反應(yīng)器還有其他的流速關(guān)系 (圖 2)。對于日平均上升流速的推薦值見表 3，應(yīng)該注意對短時(shí)間 (如 26h)的高峰值是可以承受的 (即暫時(shí)的高峰流量可以接收 )。表 3UASB 和 EGSB 允許上升流速 (平均日流量 )Vr 0.253.0m/h 0.751.0m/h顆粒污泥絮狀污泥Vs 1.5m/h絮狀污泥UASB 反應(yīng)器 8m/h顆粒污泥Vo 12m/h顆粒污泥 3.0m/h絮狀污泥

12、Vg 1m/h建議最小值3) 反應(yīng)器的截面積和反應(yīng)器的長、寬 (或直徑 )在確定反應(yīng)器的容積和高度(H) 之后，可確定反應(yīng)器的截面積(A) 。從而確定反應(yīng)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(yīng)器為例， 30×20m 的反應(yīng)器與 15m×40m 的反應(yīng)器周長相差 10%，這意味著建筑費(fèi)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(jīng)濟(jì)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(shí)費(fèi)用增加十分顯著。圓形反應(yīng)器在同樣的面積下，其周長比正方形

13、的少 12%。但這一優(yōu)點(diǎn)僅僅在采用單個(gè)池子時(shí)才成立。當(dāng)建立兩個(gè)或兩個(gè)以上反應(yīng)器時(shí)，矩形反應(yīng)器可以采用共用壁。對于采用公共壁的矩形反應(yīng)器，池型的長寬比對造價(jià)也有較大的影響。如果不考慮其他因素，這是一個(gè)在設(shè)計(jì)中需要優(yōu)化的參數(shù)。4) 單元反應(yīng)器最大體積和分格化的反應(yīng)器在 UASB 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中，采用分格化對運(yùn)行操作是有益的。首先，分格化的單元尺寸不會(huì)過大，可避免體積過大帶來的布水均勻性等問題；同時(shí)多個(gè)反應(yīng)器對系統(tǒng)的啟動(dòng)也是有益的，可首先啟動(dòng)一個(gè)反應(yīng)器，再用這個(gè)反應(yīng)器的污泥去接種其他反應(yīng)器；另外，有利于維護(hù)和檢修，可放空一個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行檢修，而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。從目前實(shí)踐看最大的單體 UASB 反應(yīng)器

14、 (不是最優(yōu)的 )可為 1000-2000m3。5) 單元反應(yīng)器的系列化單元的標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)三相分離器尺寸進(jìn)行，三相分離器的型式趨向于多層箱體的設(shè)備化結(jié)構(gòu)。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(biāo)準(zhǔn)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(gè)分離器和單池兩個(gè)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(yīng)器的經(jīng)濟(jì)性，所以要結(jié)合池子組數(shù)考慮適當(dāng)?shù)拈L寬比。對寬度為10m 的單個(gè)反應(yīng)器， 2:1 的長寬比的反應(yīng)器可達(dá)到2000m3 的池容

15、。對更大的反應(yīng)器，如果需要也可采用雙池共用壁的型式。三、反應(yīng)器的配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、配水孔口負(fù)荷一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)服務(wù)的最大面積問題是應(yīng)該進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)研究。對于UASB 反應(yīng)器Lettinga 建議在完成了起動(dòng)之后，每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)負(fù)擔(dān)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(fù)荷的情況，產(chǎn)氣率較低并且污泥和進(jìn)水的混合不充分時(shí)，需要較高密度的布水點(diǎn)。對于城市污水De Man 和 Van der Last (1990)建議 12m2/孔。表 4 是 Lettinga 等人根據(jù) UASB 反應(yīng)器的大量實(shí)踐推薦的進(jìn)水管負(fù)荷。表 4 采用 UASB 處理主要為溶解性廢水時(shí)進(jìn)水管口負(fù)

16、荷污泥典型每個(gè)進(jìn)水口負(fù)荷 (m2)負(fù)荷(kgCOD/m3 · d)0.512顆粒污泥1 22 4>2>4凝絮狀污6.51<1.01 21 2泥 >40kgDS/m32 3>2中等濃度絮狀污泥1 2<1 2120 40kg/m32 5>22、進(jìn)水分配系統(tǒng)進(jìn)水分配系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對 UASB 處理廠的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的，進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要滿足如下原則： a) 確保單位面積的進(jìn)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(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合； c) 很容易觀察到進(jìn)水管的堵塞；

17、 d) 當(dāng)堵塞被發(fā)現(xiàn)后，很容易被清除。在生產(chǎn)裝置中采用的進(jìn)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(jié)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(jìn)水方式 (一管一孔 )為了確保進(jìn)水均勻分布，每個(gè)進(jìn)水管線僅僅與一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)相連接，是最為理想的情況 (圖 3a)。為保證每一個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的流量相等，建議用高于反應(yīng)器的水箱 (或渠道式 ) 進(jìn)行分配，通過渠道或分配箱之間的三角堰來保證等量的進(jìn)水。這種系統(tǒng)的好處是容易觀察到堵塞情況。2) 脈沖進(jìn)水方式我國 UASB 反應(yīng)器與國外的最為顯著的特點(diǎn)是很多采用脈沖進(jìn)水方式。有些研究者認(rèn)為脈沖方式進(jìn)水，使底層污泥交替進(jìn)行

18、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(yīng)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(jìn)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(yīng)該盡可能避免在一個(gè)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(diǎn)采用較長的配水支管增加沿程阻力，以達(dá)到布水均勻的目的(圖 3c)。根據(jù)筆者的實(shí)踐，最大的分枝布水系統(tǒng)的負(fù)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

19、統(tǒng)的復(fù)雜程度。對其他類型布水方式，我國也有很多設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。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(shí)上，各種類型的布水器都有成功的經(jīng)驗(yàn)和業(yè)績。3、配水管道設(shè)計(jì)對重力布水方式，污水通過三角堰進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)可能吸入空氣，會(huì)引起對甲烷菌的抑制；進(jìn)入大量氣體與產(chǎn)生的沼氣會(huì)形成有爆炸可能的混合氣體；同時(shí)，氣泡太多可能還會(huì)影響沉淀功能。因?yàn)椋笥?2.0mm 直徑的氣泡在水中以大約 0.20.3m/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(dāng)?shù)乇苊獬^ 2mm 直徑的空氣泡進(jìn)入反應(yīng)器，同時(shí)還可避免氣阻。在反應(yīng)器底部用較小直徑，形成高的流速產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動(dòng)

20、，使進(jìn)水與污泥之間混合加強(qiáng)。污水中存在大的物體可能堵塞進(jìn)水管，設(shè)計(jì)良好的進(jìn)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(shè)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(jìn)水水位差僅僅比反應(yīng)器的水位稍高 (水位差小于 10cm)將經(jīng)常發(fā)生堵塞。在水箱中的水位 (三角堰的底部 ) 與反應(yīng)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(yīng)器最有特點(diǎn)和最重要

21、的裝置。它同時(shí)具有兩個(gè)功能：1) 能收集從分離器下的反應(yīng)室產(chǎn)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(shè)計(jì)要點(diǎn)匯總：1) 集氣室的隙縫部分的面積應(yīng)該占反應(yīng)器全部面積的15 20；2) 在反應(yīng)器高度為 57m 時(shí)，集氣室的高度在 1.52m；3) 在集氣室內(nèi)應(yīng)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(yīng)該設(shè)置消泡噴嘴，當(dāng)處理污水有嚴(yán)重泡沫問題時(shí)消泡；5) 反射板與隙縫之間的遮蓋應(yīng)該在 100200mm 以避免上升的氣體進(jìn)入沉淀室；6) 出氣管的直管應(yīng)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(dāng)水力負(fù)荷是限制性設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)

22、，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?dāng)嗝嫔媳M可能的低是十分重要的。五、建筑材料選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧蠈τ?UASB 反應(yīng)器的持久性是非常重要的。防腐較差的 UAS B 反應(yīng)器在使用 3-5 年后都出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，最嚴(yán)重的腐蝕出現(xiàn)在反應(yīng)器上部氣、液交界面。此處 H2S 可能造成直接化學(xué)腐蝕，同時(shí)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(xué)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(gòu)成了微電池，形成電化學(xué)腐蝕。無論普通鋼材和一般不銹鋼在此處都會(huì)被損害。厭氧反應(yīng)器應(yīng)該盡可能的避

23、免采用金屬材料，即使昂貴的不銹鋼也會(huì)受到嚴(yán)重的腐蝕，而油漆或其他涂料僅僅能起到部分保護(hù)。一般反應(yīng)器池壁最合適的建筑材料是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，即使混凝土也可能受到化學(xué)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(jié)構(gòu)的剝蝕。混凝土結(jié)構(gòu)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(jìn)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(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算1 設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 污泥參數(shù)設(shè)計(jì)溫度 T=25容積負(fù)荷 NV=8.5kgCOD/(m3.d)? 污泥為顆粒狀污泥產(chǎn)率 0.1kgMLSS/kgCOD

24、,產(chǎn)氣率 0.5m3/kgCOD(2) 設(shè)計(jì)水量 Q=2800m3/d=116.67m3/h=0.032 m3/s。(3) 水質(zhì)指標(biāo)表 5? UASB 反應(yīng)器進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)COD （ L）BOD （ L）SS（ L）進(jìn)水水質(zhì)37352340568設(shè)計(jì)去除率85%90%/設(shè)計(jì)出水水質(zhì)5602345682 UASB 反應(yīng)器容積及主要工藝尺寸的確定(1) UASB 反應(yīng)器容積的確定? 本設(shè)計(jì)采用容積負(fù)荷法確立其容積 V? V=QS0/NV V 反應(yīng)器的有效容積 (m3)S0進(jìn)水有機(jī)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(shí)際

25、體積為 1868m3(2) 主要構(gòu)造尺寸的確定UASB 反應(yīng)器采用圓形池子，布水均勻，處理效果好。取水力負(fù)荷 q1=0.6m3/（m2·d）?反應(yīng)器表面積 ? A=Q/q1=141.67/0.6=236.12m2反應(yīng)器高度 ? H=V/A=1868/236.12=7.9m? 取 H=8m采用 4 座相同的 UASB 反應(yīng)器，則每個(gè)單池面積A1 為：A1=A/4=236.12/4=59.03m2?取 D=9m則實(shí)際橫截面積 ? A2=3.14D2/4=63.6 m2實(shí)際表面水力負(fù)荷 ? q1=Q/4A2=141.67/5 63.6=0.56q1 在 0.51.5m/h 之間，符合設(shè)計(jì)要

26、求。3 UASB 進(jìn)水配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1) 設(shè)計(jì)原則 進(jìn)水必須要反應(yīng)器底部均勻分布，確保各單位面積進(jìn)水量基本相等，防止短路和表面負(fù)荷不均； 應(yīng)滿足污泥床水力攪拌需要，要同時(shí)考慮水力攪拌和產(chǎn)生的沼氣攪拌； 易于觀察進(jìn)水管的堵塞現(xiàn)象，如果發(fā)生堵塞易于清除。本設(shè)計(jì)采用圓形布水器，每個(gè)UASB 反應(yīng)器設(shè) 30 個(gè)布水點(diǎn)。(2)? 設(shè)計(jì)參數(shù)每個(gè)池子的流量 ?Q1=141.67/4=35.42m3/h(3) 設(shè)計(jì)計(jì)算查有關(guān)數(shù)據(jù) 6 ，對顆粒污泥來說，容積負(fù)荷大于 4m3/(m2.h)時(shí)，每個(gè)進(jìn)水口的負(fù)荷須大于 2m2? 則? 布水孔個(gè)數(shù) n 必須滿足 D2/4/n>2?即 n< D2/8=3.1

27、4*9*9/8=32? 取 n=30 個(gè)? 則? 每個(gè)進(jìn)水口負(fù)荷 ? a= D2/4/n=3.14* 9* 9/4/30=2.12m2? 可設(shè) 3 個(gè)圓環(huán)，最里面的圓環(huán)設(shè) 5 個(gè)孔口，中間設(shè) 10 個(gè)，最外圍設(shè) 15 個(gè)，其草圖見圖 4 內(nèi)圈 5 個(gè)孔口設(shè)計(jì)? 服務(wù)面積：S1=5 *2.12=10.6m2折合為服務(wù)圓的直徑為：?用此直徑用一個(gè)虛圓，在該圓內(nèi)等分虛圓面積處設(shè)一實(shí)圓環(huán)，其上布5 個(gè)孔口則圓環(huán)的直徑計(jì)算如下：3.14*d12/4=S1/2? 中圈 10 個(gè)孔口設(shè)計(jì)? 服務(wù)面積： S1=10 *2.12=21.2m2? 折合為服務(wù)圓的直徑為： ?則中間圓環(huán)的直徑計(jì)算如下：3.14 *(

28、6.362 d22)/4=S2/2? 則 d2=5.2m 外圈 15 個(gè)孔口設(shè)計(jì)? 服務(wù)面積： S3=15 *2.12=31.8m2? ?折合為服務(wù)圓的直徑為 ?則中間圓環(huán)的直徑計(jì)算如下： 3.14* (92 d32)=S3/2? 則 d3=7.8m布水點(diǎn)距反應(yīng)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(shè)計(jì)(1) 設(shè)計(jì)說明 ?UASB 的重要構(gòu)造是指反應(yīng)器內(nèi)三相分離器的構(gòu)造，三相分離器的設(shè)計(jì)直接影響氣、液、固三相在反應(yīng)器內(nèi)的分離效果和反應(yīng)器的處理效果。對污泥床的正常運(yùn)行和獲得良好的出水水質(zhì)起十分重要的作用，根據(jù)已有的研究和工程經(jīng)驗(yàn)， 三相分離器應(yīng)滿足以

29、下幾點(diǎn)要求：沉淀區(qū)的表面水力負(fù)荷 <1.0m/h；三相分離器集氣罩頂以上的覆蓋水深可采用0.51.0m；沉淀區(qū)四壁傾斜角度應(yīng)在45?60?之間，使污泥不積聚，盡快落入反應(yīng)區(qū)內(nèi)；沉淀區(qū)斜面高度約為0.51.0m；進(jìn)入沉淀區(qū)前，沉淀槽底縫隙的流速2m/h；總沉淀水深應(yīng) 1.5m；水力停留時(shí)間介于1.52h；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(dá)到良好的分離效果。(2) 設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)采用無導(dǎo)流板的三相分 沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)沉淀器（集氣罩）斜壁傾角 ? =50°沉淀區(qū)面積： ? A=3.14 *D2/4=63.6m2表面水力負(fù)荷 q=Q/A=141.67/(

30、4 *63.6)=0.56m3/(m2.h)<1.0 m3/(m2.h)? 符合要求 回流縫設(shè)計(jì)? h2的取值范圍為 0.51.0m,? 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(guān)系，則 ? b1=h3/tan b1 下三角集氣罩底水平寬度，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=b2b1=92 2.0=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(jì)算：V1=Q1/S1=4Q1/3.14b2Q1反應(yīng)器中廢水流量（ m3/s）S1下三角形集氣罩回流

31、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(jì)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=

32、CE/cos50=1.0/cos50=1.556m? HG=(CFb2)/2=0.5m? EG=EH+HG=1.266m? AE=EG/sin40=1.266/sin40=1.97m? BE=CE *tan50=1.19m? AB=AEBE=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(shè)計(jì)? 由圖 5 可知，欲達(dá)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

33、，所以，重疊量的大小是決定氣液分離效果好壞的關(guān)鍵。由反應(yīng)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(jìn)入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復(fù)雜。當(dāng)混合液上升到 A 點(diǎn)后將沿著 AB 方向斜面流動(dòng)，并設(shè)流速為 va，同時(shí)假定 A 點(diǎn)的氣泡以速度 Vb 垂直上升，所以氣泡的運(yùn)動(dòng)軌跡將沿著 va 和 vb 合成速度的方向運(yùn)動(dòng)，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(jìn)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/m3；水的運(yùn)動(dòng)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（ St

34、okes）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）碰撞系數(shù)，取 0.95廢水的動(dòng)力粘度系數(shù)， g/(cm.s)? =v水流速度,Va=V2=1.67m/h校核：?圖 5? 三相分離器設(shè)計(jì)計(jì)算草圖5 排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)每日產(chǎn)泥量為X=3735×0.85 ×0.1 ×3400×103=1079 MLSS/d則? 每個(gè) UASB 每日產(chǎn)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(chǎn)氣量計(jì)算每日產(chǎn)氣量 ? G=3726×0.85 ×0.5 ×

35、3400×10 3 =5397 m3/d=224.9 m3/h儲(chǔ)氣柜容積一般按照日產(chǎn)氣量的 25%40%設(shè)計(jì)，大型的消化系統(tǒng)取高值，小型的取低值，本設(shè)計(jì)取 38%。儲(chǔ)氣柜的壓力一般為 23KPa，不宜太大。7 加熱系統(tǒng)設(shè)進(jìn)水溫度為 15°C，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度為25°C。那么所需要的熱量：QH= dF. F.(tr t) . qv /? QH加熱廢水需要的熱量， KJ/h；? dF廢水的相對密度，按 1 計(jì)算；? F廢水的比熱容， kJ/(kg.K) ；? ?qv廢水的流量， m3/h? tr反應(yīng)器內(nèi)的溫度， °C? t廢水加熱前的溫度， °C?

36、 熱效率，可取為 0.85所以 ? QH=4.2*1*(2515) *141.67/0.85=7000KJ/h每天沼氣的產(chǎn)量為5397 m3，其主要成分是甲烷，沼氣的平均熱值為22.7 KJ/L每小時(shí)的甲烷總熱量為：（ 5397/24）*22.7 *103=5.1 *106 KJ/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(chǎn)甲烷菌最佳節(jié)pH 值是 6.87.2，由于厭氧過程的復(fù)雜性，很難準(zhǔn)確測定和控制反應(yīng)器內(nèi)真實(shí)的 pH 值，這就要和靠堿度來維持和緩沖，一般堿度要 20005000mgCaCO3/L 時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致其 pH 值下降，所以，反應(yīng)器內(nèi)堿度須保持在 1000mgCaCO3/L