UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)說(shuō)明 1 1)設(shè)計(jì)作用 UASB反應(yīng)器是進(jìn)行廢水處理的主要構(gòu)筑物之一，對(duì)高濃度的廢水進(jìn)行厭氧發(fā)酵，去除 大部分的有機(jī)污染物。 (2) 設(shè)計(jì)參數(shù) 選用設(shè)計(jì)資料參數(shù)如下： 參數(shù)選?。?容積負(fù)荷(Nv)為：6kgCOD/(m3d); 污泥產(chǎn)率為：O.lkgMLSS/kgCOD ; 產(chǎn)氣率為：0.5m/kgCOD。 設(shè)計(jì)水質(zhì)： UASB反應(yīng)器進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)如表3-4： 表 2 2- -1UASB1UASB 反應(yīng)器進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo) 水質(zhì)指標(biāo) 進(jìn)水水質(zhì)(mg/l) 去除率(%) 出水水質(zhì)(mg/l) COD 2572 85 385.8 BOD 1109 85 166.35 SS 150 6

2、0 60 設(shè)計(jì)水量: 3 3 3 Q = 1200m /d = 50m /h = 0.0139m /s (3) 工作原理 UASB，即上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，集生物反應(yīng)與沉淀于一體，是一種結(jié)構(gòu)緊湊、效 率高的厭氧反應(yīng)器，由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和氣室三部分組成。 在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥 層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分 解污水中的有機(jī)物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過(guò)程 中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動(dòng)形成一個(gè)污

3、泥濃度較稀 薄的污泥和水一起上升進(jìn)入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時(shí)，折向反射板的四 周，然后穿過(guò)水層進(jìn)入氣室，集中在氣室沼氣，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過(guò)反射進(jìn)入三相 分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜 壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理 出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。 它的污泥床內(nèi)生物量多，容積負(fù)荷率高，廢水在反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時(shí)間較短，因此所 需池容大大縮小。設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，勿需設(shè)沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也 不需在反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌裝置，造價(jià)相對(duì)較低，便于管理，

4、且不存在堵塞問(wèn)題 。 (4) 設(shè)計(jì)計(jì)算 反應(yīng)器容積計(jì)算： UASB有效容積為： NV 式中： V有效 - 反應(yīng)器有效容積，m3; So、Se - 進(jìn)出水 COD 的濃度,kgCOD/m3; 3 Q - 設(shè)計(jì)流量，m /d; Nv - 容積負(fù)荷,kgCOD/(m3 d)。 1200 父(2.572 0.385 ) V有效=- 6 3 =437.24m3 采用2座相同的UASB反應(yīng)器,則每座反應(yīng)器的有效容積為：437.24/2 = 218.62mio 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，UASB最經(jīng)濟(jì)的高度一般在36m之間，并且大多數(shù)情況下，這也是系統(tǒng)最優(yōu) 的運(yùn)行范圍。取有效水深h = 6m，貝U: 采用公壁建造矩形池比圓

5、形池較經(jīng)濟(jì)。有關(guān)資料顯示，當(dāng)長(zhǎng)寬比在 2: 1左右時(shí)，基建投 資最省。取長(zhǎng)L = 8m，寬B = 5m，則實(shí)際橫截面積為： 2 Ai = L B = 8 5 = 40m 實(shí)際總橫截面積為：A = 40 5 = 80m2 本工程設(shè)計(jì)中反應(yīng)器總高取H = 6.2m(超高h(yuǎn)i=0.2m)，則單個(gè)反應(yīng)池的容積為： 3 V = L 5XH = 8 = 240m3 反應(yīng)池的總?cè)莘e為V總=240 5 = 480m3o 水力停留時(shí)間為： 床丁 二V = 437.24 =8.7448h -9h (3.7) Q 50 表面水力負(fù)荷為： Q 50 2 3 2 q = 0.625m3/( m2 h) (3.8) Ai

6、 40 對(duì)于顆粒污泥，表面水力負(fù)荷 q = 0.1-0.9m3/( m2 h),故符合設(shè)計(jì)要求。 三相分離器設(shè)計(jì)： 三相分離器設(shè)計(jì)計(jì)算草圖見(jiàn)圖3-2： V有效 (3.6) 218.62 6 2 =36.44 m h1 圖 4 4- -1 1 三相分離器示意圖 a. 設(shè)計(jì)說(shuō)明： 三相分離器要具有氣、液、固三相分離、污泥回流的功能。三相分離器的設(shè)計(jì)主要包括 沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離器的設(shè)計(jì)。 本工程設(shè)計(jì)中，每池設(shè)置1個(gè)三相分離器，三相分離器的長(zhǎng)度為l=6m，寬度為：b = 8m。 b. 沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)： 三相分離器的沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)同二次沉淀池的設(shè)計(jì)相同，主要是考慮沉淀區(qū)的面積和水深， 面積根據(jù)廢水量和

7、表面負(fù)荷率決定。 由于沉淀區(qū)的厭氧污泥及有機(jī)物還可以發(fā)生一定的生化反應(yīng)產(chǎn)生少量氣體，這對(duì)固液分 離不利，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： 沉淀區(qū)水力表面負(fù)荷1.0 m/h； 沉淀器斜壁角度在45。-60之間，使污泥不致積聚，盡快落入反應(yīng)區(qū)內(nèi)； 進(jìn)入沉淀區(qū)前，沉淀槽底縫隙的流速 2 m/h 總沉淀水深應(yīng)大于1.5 m； 水力停留時(shí)間介于1.52 ho 如果以上條件均能滿(mǎn)足，則可達(dá)到良好的分離效果。 沉淀區(qū)(集氣罩)斜壁傾角 A 50 沉淀區(qū)的沉淀面積即為反應(yīng)器的橫截面積，即 40m2。 沉淀區(qū)的表面水力負(fù)荷為： q = Q = 50 2 = 0.625m3/( m2 h)1.0m3/( m2 h)，符合

8、設(shè)計(jì)要求。 A1 40 c. 回流縫設(shè)計(jì)： 設(shè)單元三相分離器的寬度b = 8m，上下三角形集氣室斜面水平夾角為 9= 50取保護(hù)水 層高度（即超高）hi = 0.3m,上三角形頂水深h2 = 0.5m，下三角形高度h3 = 1.5m,則下三角 形集氣室底部寬為： 3 h b| = h3 tanr 式中： b1 -下三角集氣室底水平寬度，m ； 9 上下三角集氣室斜面的水平夾角; h3 -下三角集氣室的垂直咼度，m。 b| =1.5ta n50 = 1.26 m 則相鄰兩個(gè)下三角形集氣室之間的水平距離： b2 = b -2bi = 8 X1.26 = 5.48m 則下三角形回流縫的面積為： 2

9、S1 = b2 n= 5.48 5= 27.4m 下三角集氣室之間的污泥回流逢中混合液的上升流速 （V1）可用下式計(jì)算： V1= Q1/S1 式中： Q1- 反應(yīng)器中廢水流量，m3/h; 51 - 下三角形集氣室回流逢面積，m2。 50 2 V1 = = 0.91m/h 27.4 設(shè)上三角形集氣室回流縫的寬度 CD= 1.4m,貝U上三角形回流縫面積為： 2 S2 = CD l 2= 1.4 502 = 14m 上下三角形集氣室之間回流逢中流速（V2）可用下式計(jì)算： V2 = Q1/S2 式中： Q1- 反應(yīng)器中廢水流量，m3/h; 52 - 上三角形集氣室回流逢的之間面積，m2。 50 2

10、V2 = = 1.79m/h 14 則V1 V2 2.0 m/h,符合設(shè)計(jì)要求。 確定上下三角形集氣室的相對(duì)位置及尺寸，由圖可知： CH=C sin40 =1.4 0in40 =0.9m 設(shè)上集氣罩下底寬CF=5.6m，則： DH=C sin50=1.4 in50 = 1.07m 1 1 DE=2DH+CF=0 1.07+5.6=7.74m Dl= ? （DE-b2）= ? （7.74-5.48） =1.58m AI=Dltan50 =1.58 2m2，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 b. 布水管的設(shè)置： 每個(gè)反應(yīng)池采用樹(shù)枝穿孔管配水，每個(gè)反應(yīng)池中設(shè)置 4根支管，布水支管的直徑采用 DN100mm。布水支管的

11、中心距為 2m,管與墻的距離為1m；出水孔孔距1.2m,出水孔距墻 為0.7m?？卓谙蛳虏⑴c垂線呈45角。 兩個(gè)池子的總管管徑取 DN200mm，流速為1.5m/s；每個(gè)池子的總管管徑取 DN150mm, 長(zhǎng) L=10m，流速為 1.35 m/s 18 0.02 Vb ， BC Va AB 218 =2.73 0.8 為了使穿孔管隔空出水均勻，要求出口流速不小于 2m/s，取其流速為u = 2m/s，則布水 孔孔徑為： /_4QI 4x50 2 h d = = 0.0135m，取 15mm。 3600n u 3600漢 24 漢 3.14 漢 2 為了增強(qiáng)污泥與廢水之間的接觸，減少底部進(jìn)水管的

12、堵塞，進(jìn)水點(diǎn)距反應(yīng)池池底200-500mm, 本設(shè)計(jì)布水管離池底300mm。 布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖3-3： 出水系統(tǒng)設(shè)計(jì)： a.出水槽設(shè)計(jì)： 為了保持出水均勻，沉淀區(qū)的出水系統(tǒng)通常采用出水槽。此設(shè)計(jì)中沿反應(yīng)器的短邊 圖 4 4- -2 2 布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖 設(shè)置兩條出水槽，而出水槽每隔一定的距離設(shè)三角出水堰。 每個(gè)反應(yīng)池有1個(gè)單元三相分離器，出水槽共有 2條，槽寬be = 0.3m。 反應(yīng)器流量：q 空乞2 0.0069 m3/s 24 漢 60 漢 60 取出水槽口附近水流速度為 Vc = 0.3m/s，槽口附近水深為0.3m，出水槽坡度為0.1；出水 槽尺寸 5mx0.5mX0.5m。 b

13、.溢流堰設(shè)計(jì)： 每個(gè)反應(yīng)器中出水槽溢流堰有 2條，每條長(zhǎng)5m。設(shè)計(jì)900三角堰，堰高5mm，堰口寬為 100mm，則堰口水面寬b=50mm。 每個(gè)UASB反應(yīng)器處理水量6.9L/s，查知溢流負(fù)荷為1-2L/(ms),設(shè)計(jì)溢流負(fù)荷f = 1.156 L/ / ms),則堰上水面總長(zhǎng)為： L = 69 5.97 : 6 m f 1.156 三角堰數(shù)量：n 二丄 6 120 個(gè)，每條溢流堰三角堰數(shù)量：120/6=20個(gè)。一條溢流堰 b 0.05 上共有20個(gè)10mm的堰口，20個(gè)10mm的間隙Qg = Q ( S0-Se) n，E (3.12) c. 出水渠設(shè)計(jì)： 每個(gè)反應(yīng)器沿長(zhǎng)邊設(shè)1條矩形出水渠，

14、 長(zhǎng)為8.6m, 2條出水槽的出水流至此出水渠。 設(shè) 出水渠寬0.8m，坡度0.01，出水渠渠口附近水流速度為0.3m/s，貝U渠口附近水深： 0.0069 0.038 m o 0.3 0.6 以出水槽槽口為基準(zhǔn)計(jì)算，出水渠渠深： 0.3+0.038=0.338m,出水渠取0.6m深，出水渠 的尺寸為：8mX0.8mX).6mo d. UASB排水管設(shè)計(jì)： 每個(gè)UASB反應(yīng)器排水量為6.9L/s，選用DN150鋼管排水，充滿(mǎn)度為0.6,管內(nèi)水流速 度為：v= 4 0.0069 2 =0.651 m/s，設(shè)計(jì)坡度為0.01;總管流量為13.8L/s，選用DN200鋼 0.6 匯兀 X0.152

15、管排水，充滿(mǎn)度為0.6,管內(nèi)水流速度為：v 二4 0.01392 0.6 匯兀 x 0.2 排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 每日產(chǎn)生的懸浮固體: Pss = Q ( So-Se) n，E 式中: -設(shè)計(jì)流量，m3/d; 污泥產(chǎn)率，kgSS/kgCOD； - 進(jìn)出水COD的濃度,kgCOD/m3; 去除率，本設(shè)計(jì)中取85%。 PSS = (2572-385.8) X).85 1 沐200X0-3 = 222.30kgSS/d 每日產(chǎn)泥量為： W = 100 PSs (100- P r 式中: -產(chǎn)生的懸浮固體，kgSS/d; 污泥含水率，以98%計(jì)； -污泥密度，以1000kg/m3計(jì)。 “ 100 漢 222

16、.30 一 “ 3口 W = = 11.12m /d (100 -981000 每日產(chǎn)泥量11.12m3/d，則每個(gè)USAB日產(chǎn)泥量5.56m3/d。在每個(gè)UASB反應(yīng)器距離底部 0.3m處沿長(zhǎng)度方向均勻設(shè)置排泥管一根，以便均勻排除污泥區(qū)的污泥。 USAB反應(yīng)器每天排 泥一次，排泥管選用DN150的鋼管，排泥總管選用 DN200的鋼管。必要時(shí)布水管兼做排泥 管用。 產(chǎn)氣量計(jì)算： 采用每去除1千克COD產(chǎn)生0.5立方米沼氣做參數(shù)，則每日產(chǎn)氣量為： Q - 設(shè)計(jì)流量，m3/d; =0.74m/s，設(shè)計(jì)坡度為0.01。 (3.10) (3.11) n So、Se Pss n - 產(chǎn)氣率，m /kgCOD ； So、Se - 進(jìn)出水 COD 的濃度，kgCOD/m3; E - 去除率，本設(shè)計(jì)中取 85%。 3 3 Qg =