UASB反應器的設計計算

實用文檔第二章啤酒廢水處理構筑物設計與計算第一節(jié)格柵的設計計算一、設計說明格柵由一組平行的金屬柵條或篩網(wǎng)制成，安裝在廢水渠道的進口處，用于截留較大的懸浮物或漂浮物，主要對水泵起保護作用，另外可減輕后續(xù)構筑物的處理負荷。二、設計參數(shù)取中格柵；柵條間隙d=10mm；柵前水深h=0.4m；格柵前渠道超高h2=0.3m過柵流速v=0.6m/s；安裝傾角α=45°；設計流量Q=5000m3/d=0.058m3/s三、設計計算（一）柵條間隙數(shù)(n)=0.058×√(sin45)÷0.01÷0.4÷0.6=20.32取n=21條式中：Q-------------設計流量，m3/sα-------------格柵傾角，取450b-------------柵條間隙，取0.01mh-------------柵前水深，取0.4mv-------------過柵流速，取0.6m/s；（二）柵槽總寬度(B)設計采用寬10mm長50mm，迎水面為圓形的矩形柵條,即s=0.01mB=S×(n-1)+b×n=0.01×(21-1)+0.01×21=0.41m式中：S--------------格條寬度，取0.01mn--------------格柵間隙數(shù)，b--------------柵條間隙，取0.01m（三）進水渠道漸寬部分長度(l1)設進水渠道內(nèi)流速為0.5m/s,則進水渠道寬B1=0.17m,漸寬部分展開角取為20°則l1==(0.41-0.17)÷2÷tg20=0.32式中：l1-----------進水渠道間寬部位的長度，mL2----------格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部位的長度，mB--------------柵槽總寬度，mB1--------------進水渠道寬度，m--------------進水渠展開角，度（四）柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度（l2）l2=l1/2=0.32/2=0.16m（五）過柵水頭損失（h1）取k=3,β=1.83(柵條斷面為半圓形的矩形)，v=0.6m/sho=β×（S÷b）4/3×V^2÷2÷g×sinα=1.83×(0.01÷0.01)4/3×0.6^2÷2÷9.8×sin45=0.024mh1=k×h0=3×0.024=0.072m式中：h0--------計算水頭損失，mh1---------過格柵水頭損失，mk--------系數(shù)，水頭損失增大倍數(shù)β--------形狀系數(shù)，與斷面形狀有關ξS--------格柵條寬度，mb--------柵條間隙，mv--------過柵流速，m/sα--------格柵傾角，度（六）柵槽總高度(H)取柵前渠道超高h2=0.3m柵前槽高H1=h+h2=0.7m則總高度H=h+h1+h2=0.4+0.072+0.3=0.772m（七）柵槽總長度(L)L=l1+l2+0.5+1.0+=0.32+0.16+0.5+1.0+=2.68m式中：H1------格柵前槽高，H1=h＋h2=0.4+0.3=0.7（八）每日柵渣量(W)取W1=0.06m3/103m3K2=1.0則W==0.058×0.08×86400÷1.5÷1000=0.27㎡/d(采用機械清渣)式中：Q-----------設計流量，m3/sW1----------柵渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01,粗格柵用小值，細格柵用大值，中格柵用中值.取0.08K2-----------污水流量總變化系數(shù).第二節(jié)調(diào)節(jié)沉淀池的設計計算一、設計說明啤酒廢水的水量和水質(zhì)隨時間的變化幅度較大，為了保證后續(xù)處理構筑物或設備的正常運行，需對廢水的水量和水質(zhì)進行調(diào)節(jié)，由于啤酒廢水中懸浮物(ss)濃度較高，此調(diào)節(jié)池也兼具有沉淀池的作用，該池設計有沉淀池的泥斗，有足夠的水力停留時間，保證后續(xù)處理構筑物能連續(xù)運行，其均質(zhì)作用主要靠池側的沿程進水，使同時進入池的廢水轉(zhuǎn)變?yōu)榍昂蟪鏊?，以達到與不同時序的廢水相混合的目的。二、設計參數(shù)水力停留時間T=6h;設計流量Q=5000m3/d=208m3/h=0.058m3/s,采用機械刮泥除渣。表2.1調(diào)節(jié)沉淀池進出水水質(zhì)指標水質(zhì)指標CODBODSS進水水質(zhì)(mg/l)20001010350去除率（%）7750出水水質(zhì)(mg/l)1860939.3175三、設計計算調(diào)節(jié)沉淀池的設計計算草圖見下圖2.2：（一）池子尺寸池子有效容積為：V=QT=208×6=1248m3取池子總高度H=2.5m,其中超高0.5m,有效水深h=2m則池面積A=V/h=1248/2=624m3池長取L=35m,池寬取B=20m則池子總尺寸為L×B×H=35×20×2.5（二）理論上每日的污泥量W=Q*(C0-C1)/1000(1-0.97)式中：Q------------設計流量，m3/dC0------------進水懸浮物濃度，mg/LC1------------出水懸浮物濃度，mg/LP0------------污泥含水率，%W=5000*(350-175)/(1000*1000(1-0.97))=29.2m3/d（三）污泥斗尺寸取斗底尺寸為500×500，污泥斗傾角取60°則污泥斗的高度為：h2=(5-0.2)×tg60°=8.3136m污泥斗的容積V2=h2（a12+a1a2+a22）=×8.3136×(202+20×0.5+0.52)=1136.88m3V總>W符合設計要求，采用機械泵吸泥（四）進水布置進水起端兩側設進水堰，堰長為池長2/3第三節(jié)UASB反應器的設計計算一、設計說明UASB，即上流式厭氧污泥床，集生物反應與沉淀于一體，是一種結構緊湊，效率高的厭氧反應器。它的污泥床內(nèi)生物量多，容積負荷率高，廢水在反應器內(nèi)的水力停留時間較短，因此所需池容大大縮小。設備簡單，運行方便，勿需設沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也不需在反應區(qū)內(nèi)設機械攪拌裝置，造價相對較低，便于管理，且不存在堵塞問題。二、設計參數(shù)（一）參數(shù)選取設計參數(shù)選取如下：容積負荷（Nv）6.0kgCOD/(m3·d)；污泥產(chǎn)率0.1kgMLSS/kgCOD；產(chǎn)氣率0.5m3/kgCOD（二）設計水質(zhì)表2.2UASB反應器進出水水質(zhì)指標水質(zhì)指標CODBODSS進水水質(zhì)(mg/l)1860939.3175去除率（%）759087出水水質(zhì)(mg/l)46593.9322.75（三）設計水量Q＝5000m3/d=208m3/h=0.058m3/s三、設計計算（一）反應器容積計算UASB有效容積：V有效＝式中：Q-------------設計流量，m3/sS0-------------進水COD含量,mg/lNv-------------容積負荷,kgCOD/(m3·d)V有效＝5000×1.860/6.0=1550m3將UASB設計成圓形池子，布水均勻，處理效果好取水力負荷q＝0.8[m3/(m2·h)]則A==208/0.8=260m2h=＝1550/260=6.0m采用4座相同的UASB反應器則A1=＝260/4=65m2D==(4×65/3.14)1/2=9.1m取D=9.5m則實際橫截面積為=πD2=×3.14×9.52=70.85m2實際表面水力負荷為q1=Q/A＝208/(4×70.85)=0.73<1.0故符合設計要求（二）配水系統(tǒng)設計本系統(tǒng)設計為圓形布水器，每個UASB反應器設36個布水點(1)參數(shù)每個池子流量：Ｑ＝208/4=52m3/h(2)設計計算布水系統(tǒng)設計計算草圖見下圖2.3：圓環(huán)直徑計算：每個孔口服務面積為:a=＝1.97m2a在1～3m2之間，符合設計要求可設3個圓環(huán)，最里面的圓環(huán)設6個孔口，中間設12個，最外圍設18個孔口1)內(nèi)圈6個孔口設計服務面積：＝6×1.97=11.82m2折合為服務圓的直徑為：=(4×11.82/3.14)1/2=3.9m用此直徑作一個虛圓，在該圓內(nèi)等分虛圓面積處設一實圓環(huán)，其上布6個孔口，則圓的直徑計算如下：則d1＝＝(2×11.82/3.14)1/2=2.7m2)中圈12個孔口設計服務面積：S2=12×1.97=23.64m2折合成服務圓直徑為：=(4×(11.82+23.64)/3.14)1/2=6.72m中間圓環(huán)直徑計算如下：π(6.722-d22)＝S2則d2=5.49m3）外圈18個孔口設計服務面積：S3=18×1.97=35.46m2折合成服務圈直徑為：=9.50m外圓環(huán)的直徑d3計算如下：π(9.502-d32)=S3則d3＝8.23m（三）三相分離器設計三相分離器設計計算草圖見下圖2.4：(1)設計說明三相分離器要具有氣、液、固三相分離的功能。三相分離器的設計主要包括沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離器的設計。(2)沉淀區(qū)的設計三相分離器的沉淀區(qū)的設計同二次沉淀池的設計相同，主要是考慮沉淀區(qū)的面積和水深，面積根據(jù)廢水量和表面負荷率決定。由于沉淀區(qū)的厭氧污泥及有機物還可以發(fā)生一定的生化反應產(chǎn)生少量氣體，這對固液分離不利，故設計時應滿足以下要求：1）沉淀區(qū)水力表面負荷<1.0m/h2）沉淀器斜壁角度設為50°,使污泥不致積聚，盡快落入反應區(qū)內(nèi)。3）進入沉淀區(qū)前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h4）總沉淀水深應大于1.5m5）水力停留時間介于1.5～2h如果以上條件均能滿足，則可達到良好的分離效果沉淀器（集氣罩）斜壁傾角θ＝50°沉淀區(qū)面積為：A=1/4πD2=1/4×3.14×9.52=70.85m2表面水力負荷為：q=Q/A=208/(4×70.85)=0.73<1.0符合設計要求。(3)回流縫設計取h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m如圖2.4所示：b1=h3/tgθ式中：b1----------下三角集氣罩底水平寬度，m;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，m;b1==1.26mb2=9.5-2×1.26=6.98m下三角集氣罩之間的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式計算：V1=Q1/S1式中：Q1----------反應器中廢水流量，m3/h；S1----------下三角形集氣罩回流逢面積，m2；V1=(208/4)/(3.14×6.982/4)=1.36m/hV1<2m/h,符合設計要求上下三角形集氣罩之間回流逢中流速(V2)可用下式計算：V2=Q1/S2，式中：Q1----------反應器中廢水流量，m3/h；S2----------上三角形集氣罩回流逢之間面積，m2；取回流逢寬CD=1.4m,上集氣罩下底寬CF=7.8m則DH=CD×sin50°=1.07mDE=2DH+CF=2×1.07+7.8=9.94m=π(CF+DE)CD/2=39.0m2則V2=Q1/S2=208/(4×39.0)=1.33m/h<V1<2m/h故符合設計要求確定上下三角形集氣罩相對位置及尺寸，由圖可知：CH=CDsin40°=1.4×sin40＝0.9mAI=DItg50°=(DE-b2)×tg50°=(9.94-6.98)×tg50°=1.76m故h4=CH+AI=0.9+1.76=2.66mh5=1.0m由上述尺寸可計算出上集氣罩上底直徑為：CF-2h5tg40°=7.8-2×1.0×tg40°=6.12mBC=CD/sin40°=1.4/sin40°=2.18mDI=(DE-b2)=(9.94-6.98)=1.48mAD=DI/cos50°=1.48/cos50°=2.30mBD=DH/cos50°=1.07/cos50°=1.66mAB=AD-BD=2.30-1.66=0.64m(4)氣液分離設計d=0.01cm(氣泡)，T=20°Сρ1=1.03g/cm3,ρg=1.2×10-3g/cm3V=0.0101cm2/s,ρ=0.95μ=Vρ1=0.0101×1.03=0.0104g/cm·s一般廢水的μ>凈水的μ,故取μ=0.02g/cm·s由斯托克斯工式可得氣體上升速度為：Vb==（0.95×9.81×（1.03-1.2×10-3）×0.012）/（18×0.02）=0.266cm/s=9.58m/hVa=V2=1.33m/h則：=9.58/1.33=7.20,=2.18/0.64=3.41>,故滿足設計要求。（四）出水系統(tǒng)設計采用鋸齒形出水槽，槽寬0.2m,槽高0.2m（五）排泥系統(tǒng)設計產(chǎn)泥量為：1860×0.75×0.1×5000×10-3=697.5kgMLSS/d每日產(chǎn)泥量697.5kgMLSS/d，則每個USAB日產(chǎn)泥量174.38kgMLSS/d,可用150mm排泥管，每天排泥一次。（六）理論上每日的污泥量W=Q*(C0-C1)/1000(1-0.97)式中：Q------------設計流量，m3/dC0------------進水懸浮物濃度，mg/LC1------------出水懸浮物濃度，mg/LP0------------污泥含水率，%W=5000*(175-22.75)/(1000*1000(1-0.98))=38.06m3/d（七）產(chǎn)氣量計算每日產(chǎn)氣量：1860×0.75×0.5×5000×10-3=3487.5m3/dSBR反應器的設計計算一、設計說明經(jīng)UASB處理后的廢水,COD含量仍然很高,要達到排放標準,必須進一步處理,即采用好氧處理。SBR結構簡單，運行控制靈活，本設計采用6個SBR反應池，每個池子的運行周期為6h二、設計參數(shù)（一）參數(shù)選取(1)污泥負荷率Ns取值為0.13kgBOD5/(kgMLSS·d)(2)污泥濃度和SVI污泥濃度采用3000mgMLSS/L,SVI取100(3)反應周期SBR周期采用T=6h,反應器一天內(nèi)周期數(shù)n=24/6=4(4)周期內(nèi)時間分配反應池數(shù):N=6進水時間：T/N=6/6=1h反應時間：3.0h靜沉時間：1.0h排水時間：0.5h(5)周期進水量Q0==(5000×6)/(24×6)=208.3m3/s（二）設計水量水質(zhì)設計水量為：Q=5000m3/d=208m3/h=0.058m3/s設計水質(zhì)見下表2.3：表2.3SBR反應器進出水水質(zhì)指水質(zhì)指標CODBODSSNH4-NTP進水水質(zhì)(mg/l)46593.9322.75406去除率（%）959565出水水質(zhì)(mg/l)23.254.77.96三、設計計算（一）反應池有效容積V1=式中：n------------反應器一天內(nèi)周期數(shù)Q0------------周期進水量,m3/sS0------------進水BOD含量,mg/lX-------------污泥濃度,mgMLSS/LNs-------------污泥負荷率V1=(4×208.3×187.86)/(3000×0.13)=401.3m3（二）反應池最小水量Vmin=V1-Q0=401.3-208.3=193m3（三）反應池中污泥體積Vx=SVI·MLSS·V1/106=100×3000×401.3/106=120.39m3Vmin>Vx,合格（四）校核周期進水量周期進水量應滿足下式：Q0<(1-MLSS·MLSS/106)·V=(1-100×3000/106)×401.3=280.91m3而Q0=208.3m3<280.91m3故符合設計要求（五）確定單座反應池的尺寸SBR有效水深取5.0m,超高0.5m,則SBR總高為5.5m,SBR的面積為401.3/5=80.26m2設SBR的長：寬=2：1則SBR的池寬為：6.5m；池長為：13m.SBR反應池的最低水位為：193/(6.5×13)=2.28mSBR反應池污泥高度為：120.39/(6.5×13)=1.42m2.28-1.42=0.86m可見，SBR最低水位與污泥位之間的距離為0.86m,大于0.5m的緩沖層高度符合設計要求。（六）鼓風曝氣系統(tǒng)(1)確定需氧量O2由公式：O2=a′Q(S0-Se)+bˊXvV式中：aˊ-----------微生物對有機污染物氧化分解過程的需氧率，kgQ-----------污水設計流量，m3/dS0------------進水BOD含量,mg/lSe------------出水BOD含量,mg/lbˊ------------微生物通過內(nèi)源代謝的自身氧化過程的需氧率，kgXv------------單位曝氣池容積內(nèi)的揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）量,kg/m3取aˊ=0.5,bˊ=0.15；出水Se=9.393mg/L；Xv=f×X=0.75×3000=2250mg/L=2.25kg/m3；V=6=6×401.3=2407.8m3代入數(shù)據(jù)可得：O2=0.5×5000×(187.86-9.393)/1000+0.15×2.25×2407.8=1258.8kgO2/d供氧速率為：R=O2/24=1258.8/24=52.45kgO2/h(2)供氣量的計算采用SX-1型曝氣器，曝氣口安裝在距池底0.3m高處，淹沒深度為4.7m，計算溫度取25℃。該曝氣器的性能參數(shù)為：Ea=8%，Ep=2kgO2/kWh；服務面積1-3m2；供氧能力20-25m3/h·個；查表知氧在水中飽和容解度為：Cs(20)=9.17mg/L，Cs(25)=8.38mg/L擴散器出口處絕對壓力為：=+9.8×103×H=1.013×105+9.8×103×4.7=1.47×105pa空氣離開反應池時氧的百分比為：==19.65%反應池中容解氧的飽和度為：Csb(25)=Cs(25)(Pb/(2.026×105)+Ot/42)=8.38×(1.47×105/2.026×105+19.65/42)=10.0mg/LCsb(20)=Cs(20)(Pb/(2.026×105)+Ot/42)=9.17(Pb/(2.026×105)+Ot/42)=10.9mg/L取α=0.85,β=0.95,C=2,ρ=1,20℃時，脫氧清水的充氧量為：R0=RCsb(20)/a(brCsb(25)-C)×1.24(25-20)=28.86×10.9/0.85×(0.95×10.0-2)×1.245=43.8kgO2/h供氣量為：Gs=R0/0.3Ea=43.8/(0.3×0.08)=1826m3/h=30.43m3/min(3)布氣系統(tǒng)的計算反應池的平面面積為：6.5×13.0×6=507m2每個擴散器的服務面積取1.7m2,則需507/1.7=299個。取299個擴散器，每個池子需50個。布氣系統(tǒng)設計如下圖2.5：(4)空氣管路系統(tǒng)計算按SBR的平面圖，布置空氣管道，在相鄰的兩個SBR池的隔墻上設一根干管，共五根干管，在每根干管上設5對配氣豎管，共10條配氣豎管。則每根配氣豎管的供氣量為：本設計每個SBR池內(nèi)有50個空氣擴散器則每個空氣擴散器的配氣量為：選擇一條從鼓風機房開始的最遠最長管路作為計算管路，在空氣流量變化處設計算節(jié)點。空氣管道內(nèi)的空氣流速的選定為：干支管為10～15m/s；通向空氣擴散器的豎管、小支管為4～5m/s；空氣干管和支管以及配氣豎管的管徑，根據(jù)通過的空氣量和相應的流確定?？諝夤苈返木植孔枇p失，根據(jù)配件類型按下式Lo=55.5KD12式中：----------管道的當量長度，mD----------管徑，mK----------長度換算系數(shù)，按管件類型不同確定折算成當量長度損失，并計算出管道的計算長度(m),空氣管路的沿程阻力損失，根據(jù)空氣管的管徑D(mm)，空氣量m3/min，計算溫度℃和曝氣池水深，得空氣管道系統(tǒng)的總壓力損失為：＝96.21×9.8＝0.943kpa空氣擴散器的壓力損失為5.0kpa，則總壓力損失為：0.943＋5.0＝5.943kpa為安全起，設計取值為9.8kpa則空壓機所需壓力p=(5-0.3)×9.8×103+9.8×103=56kpa又Gs=37.64m3/min由此條件可選擇羅茨RME-20型鼓風機轉(zhuǎn)速1170r/min，配套電機功率為75kw（七）理論上每日的污泥量W=Q*(C0-C1)/1000(1-0.97)式中：Q------------設計流量，m3/dC0------------進水懸浮物濃度，mg/LC1------------出水懸浮物濃度，mg/LP0------------污泥含水率，%W=5000*(22.75-7.96)/(1000*1000(1-0.98))=3.7m3/d（八）污泥產(chǎn)量計算選取a=0.6,b=0.075,則污泥產(chǎn)量為：△x=aQSr-bVXv=0.6×5000×(187.86-9.393)/1000-0.075×2407.8×2.25=129kgMLVSS/d第三章污泥部分各處理構筑物設計與計算第一節(jié)重力濃縮池的設計計算一、設計說明為方便污泥的后續(xù)處理機械脫水，減小機械脫水中污泥的混凝劑用量以及機械脫水設備的容量，需對污泥進行濃縮處理，以降低污泥的含水率。本設計采用間歇式重力濃縮池，運行時，應先排除濃縮池中的上清液，騰出池容，再投入待濃縮的污泥，為此應在濃縮池深度方向的不同高度上設上清液排除管。二、設計參數(shù)（一）設計泥量啤酒廢水處理過程產(chǎn)生的污泥來自以下幾部分：(1)調(diào)節(jié)池，Q1=29.2m3/d,含水率97%；(2)UASB反應器，Q2=38.06m3/d,含水率98%；(3)SBR反應器，Q3=3.7m3/d,含水率98%；總污泥量為：Q=Q1+Q2+Q3=70.96m3/d平均含水率為：97%（29.2/70.96）+98%（38.06/70.96）+98%（3.7/70.96）=97.6%（二）參數(shù)選取固體負荷（固體通量）M一般為10～35kg/m3d取M=30kg/m3d=1.25kg/m3h；濃縮時間取T=24h；設計污泥量Q=71m3/d；濃縮后污泥含水率為96%；濃縮后污泥體積：V1=（（100-97.6）/（100-96））×71=42.6m3/d三、設計計算（一）池子邊長根據(jù)要求，濃縮池的設計橫斷面面積應滿足：A≧Qc/M式中：Q----------------入流污泥量，m3/d；M----------------固體通量，kg/m3·d；C----------------入流固體濃度kg/m3。入流固體濃度（C）的計算如下：=×1000×(1-97%)=876kg/d=×1000×(1-98%)=761.2kg/d=×1000×(1-98%)=74kg/d那么，Qc=++=1711.2kg/d=71.3kg/hC=1711.2/71=24.1kg/m3濃縮后污泥濃度為：=1711.2/42.6=40.2kg/m3濃縮池的橫斷面積為：A=Qc/M=71×24.1/30=57.04m2設計三座正方形濃縮池，則每座邊長為B=7.6m取B=7.6m,則實際面積A=7.6×7.6=57.76m2（二）池子高度停留時間，取HRT=24h則有效高度=1.3m,取=1.5m超高，取=0.5m緩沖區(qū)高，取=0.5m池壁高=++=2.5m（三）污泥斗污泥斗下錐體邊長取0.5m，高度取7m.（四）總高度H=2.5+7=9.5m設計計算草圖見下圖3.1：第二節(jié)機械脫水間的設計計算一、設計說明污泥經(jīng)濃縮后，尚有96%的含水率，體積仍很大，為了綜合利用和