UASB完整计算版.pdf

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1、 1 UASB 工艺设计计算 一、UASB 反应器设计说明(一)工艺简介：UA SB 是升流式厌氧污泥床反应器的简称,是由荷兰W agen ingen 农业大学教授L et t inga 等人于1972 1978 年间开发研制的一项厌氧生物处理计术,国内对UA SB 反应器的研究是从 20 世纪 80 年代开始的.由于UA SB 反应器具有工艺结构紧凑,处理能力大,无机械搅拌装置,处理效果好及投资省等特点,UA SB 反应器是目前研究最多,应用日趋广泛的新型污水厌氧处理工艺 1 1.UA SB 反应器基本构造如图1 2.UA SB 的工作原理：如图1 所示,废水由反应器的底部进入后,由于废水以

2、一定的流速自下而上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用,废水与污泥充分混合,有机质被吸附分解,所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出,含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区,由于沼气已从废水中分离,沉降区不再受沼气搅拌作用的影响.废水在平稳上升过程中,其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分,从而保证了反应器内高的污泥浓度.含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出.UA SB 反应器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥,能够允许较大的上流速度和很高的容积负荷.UA SB 反应器运行的3 个重要的前提是:2 反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥;出产气和进水的均匀分布所形

3、成良好的自然搅拌作用;设计合理的三相分离器,能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内(二)设计作用 UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。(三)设计参数 选用设计资料参数如下：参数选取：a)容积负荷（Nv）为：6kgCOD/(m3d)b)污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD c)产气率为：0.5m3/kgCOD 设计

4、水量：Q=1500m3/d=62.5m3/h=0.0174m3/s。水 质 指 标 COD（L）BOD（L）SS（L）进 水 水 质 2300 1500 70 设计去除率 90%90%/设计出水水质 230 150 70 (四)设计计算 1.反应器容积计算：UASB有效容积为V有 效 =V0NSQeS 式中：V有效 反应器有效容积，m3；3 S0、Se 进出水COD 的浓度,kgCOD/m3；Q 设计流量，m3/d；Nv 容积负荷,kgCOD/(m3d)。V有效 =623.03.21500=517.5m3 采 用2 座 相 同 的UASB 反 应 器 则 每 座 反 应 器 的 有 效 容 积

5、 为:V单=517.5/2=258.75m3。根据经验，UASB最经济的高度一般在3 6m之间，并且大多数情况下，这也是系统最优的运行范围。取有效水深h=6m 则底面积：243.125m675.258A 采用矩形池比圆形池较经济。有关资料显示，当长宽比在2：1 左右时，基建投资最省。取长L=8m，宽B=6m 则实际横截面积为：A1=LB=8 6=48m2 实际总横截面积为：A=48 2=96m2 本工程设计中反应器总高取H=6.2m(超高h1=0.2m)则单个反应池的容积为：V=LBH=8 66=288m3 反应池的总容积为V总=288 2=576m3。水力停留时间为：hQVtHRT216.9

6、5.62576 表面水力负荷为:)./(651.04825.62231hmmAQq 对于颗粒污泥，表面水力负荷q=0.1-0.9m3/(m2h)，故符合设计要求。2.三相分离器设计：三 相分离器一般设在沉淀区 的 下部,但有时也可将其设在反应器的项部.三相分离器的主要作用是将气体(反应过程中产生的沼气)、固体(反应器中的污泥)和液体(被处理的废水)等三相加以分离.将沼气引入集气室,将处理出水引入出水区,将固体颗粒导入反应区.他由气体收集器和折流挡板组成.只有三相分离器是UA SB 反应器污水厌氧处理工艺的主要特点之一.他相当于传统污水处理工艺中的二次沉淀池,并同时具有污泥回流的功能.因而三相分

7、离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要内容.三相分离器设计计算草图见图5-2:4 图 5-2三相分离器设计计算草图 (一)设计说明：三相分离器要具有气、液、固三相分离、污泥回流的功能。三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。本工程设计中，每池设置1 个三相分离器，三相分离器的长度为b=8m，宽度为：d=6m。1)沉淀区的设计：三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。由于沉淀区的厌氧 污泥及有 机物还可 以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：沉淀区水力表面负荷 1.0

8、m/h；沉淀器斜壁角度在45-60之间，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内；进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速 2 m/h；总沉淀水深应大于1.5 m；水力停留时间介于1.5 2 h。沉淀区（集气罩）斜壁倾角 50。沉淀区的沉淀面积即为反应器的横截面积，即48m2。如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。沉淀区的表面水力负荷为：q=Q/A=)./(65.04825.6223hmm h3C0b1BA50DIHh1h5h2b2h4Fb1E 5 q 1.0m3/(m2h)，符合设计要求。2)回流缝设计：设单元三相分离器的长b=8m，宽d=6m 上下三角形集气室斜面水平夹角为 50 取保护水层高度（

9、即超高）h1=0.3m 上三角形顶水深h2=0.5m，下三角形高度h3=1.5m 则下三角形集气室底部宽为：tan31hb 式中：b1下三角集气室底水平宽度，m 上下三角集气室斜面的水平夹角 h3下三角集气室的垂直高度，m mb26.150tan.511 则相邻两个下三角形集气室之间的水平距离：b2=L 2b1=821.26=5.48m 则下三角形回流缝的面积为：S1=b2 B=5.48 6=32.88m2 下三角集气室之间的污泥回流逢中混合液的上升流速(V1)可用下式：V1=Q1/S1 式中：Q1 反应器中废水流量，m3/h；S1 下三角形集气室回流逢面积，m2。V1=hm/95.032.8

10、8262.5 设上三角形集气室回流缝的宽度CD=1.4m，则上三角形回流缝面积为：S2=CD B 2=1.4 62=1 6.8m2 上下三角形集气室之间回流逢中流速(V2)可用下式计算：V2=Q1/S2 式中：Q1 反应器中废水流量，m3/h；S2 上三角形集气室回流逢的之间面积，m2。V2=hm/86.116.8262.5 6 则V1 V2 BCAB,故满足设计要求.4)三相分离器与UASB的高度设计：三相分离器总高度：h=h2+h4+h5=0.5+2.23+0.7=3.43m3.5m UASB的总高:H=6.2m(超高h1=0.2m)反应区高2.6m，其中污泥区高1.6m，悬浮区高1m。沉

11、淀区高3.4m(五)进水系统设计：1.布水点的设置：进水方式的选择应根据进水浓度及进水流量来定，本设计采用连续均匀的进水方式，一管多点的布水方式。一共设置64 个出水孔，每个反应池各16 个出水孔。所取容积负荷为6kgCOD/(m3d)，据资料，每个点的布水负荷面积大于2m2。每个布水点的负荷面积为：48/16=3m2 2m2，满足设计要求。2.布水管的设置：每个反应池采用树枝穿孔管配水，每个反应池中设置4 根支管，布水支管的直径采用DN100mm。布水支管的中心距为2m，管与墙的距离为1m；出水孔孔距1.2m，出水孔距墙为0.7m。孔口向下并与垂线呈45角。两个池子的总管管径取DN200mm

12、，流速为1.5m/s；每个池子的总管管径取DN150mm，长L=10m，流速为1.35 m/s。为了使穿孔管隔空出水均匀，要求出口流速不小于2m/s，取其流速为u=2m/s，则布水孔孔径为：unQd36004m0151.0214.324360025.624取 16mm 为了增强污泥与废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，进水点距反应池池底200-500mm，本设计布水管离池底300mm。布水系统设计图如图5-3：图 5-3布水系统设计示意图 8 (六)出水系统设计：1.出水槽设计：为了保持出水均匀，沉淀区的出水系统通常采用出水槽。此设计中沿反应器的短边设置两条出水槽，而出水槽每隔一定的距离设三

13、角出水堰。每个反应池有1 个单元三相分离器，出水槽共有2 条，槽宽be=0.3m。反应器流量：smq/00868.0606024215003 取出水槽口附近水流速度为vc=0.3m/s，槽口附近水深为0.3m，出水槽坡度为0.1；出水槽尺寸5m0.5m0.5m。2.溢流堰设计：每个反应器中出水槽溢流堰有2 条，每条长5m。设计900三角堰，堰高5mm，堰口宽为100mm，则堰口水面宽b=50mm。每个UASB 反应器处理水量7.2L/s，查知溢流负荷为1-2L/（ms），设计溢流负荷f=1.256 L/（ms）则堰上水面总长为：m79.6256.18.7fqL 三角堰数量：12005.00.6

14、bLn个 每条溢流堰三角堰数量：120/6=20 个 一条溢流堰上共有20 个10mm 的堰口，20 个10mm 的间隙。3.出水渠设计：每个反应器沿长边设1 条矩形出水渠，长为8.6m，2 条出水槽的出水流至此出水渠。设出水渠宽0.8m，坡度0.01，出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s 9 则渠口附近水深:m48.00.60.30087.00 以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.3+0.048=0.348m，出水渠取0.6m 深，出水渠的尺寸为：8m0.8m0.6m。4.UASB 排水管设计：每个UASB 反应器排水量为7.2L/s，选用DN150 钢管排水，充0.6，管内水流速度为：

15、v=2*0.0072/(0.6*3.14*0.15*0.15)=0.3395 设计坡度为0.01；总管流量为13.9L/s，选用DN200 钢管排水，充满度为0.6，管内水流速度为：22.06.00139.02v=0.368m/s，设计坡度为0.01。(七)排泥系统设计：每日产生的悬浮固体 PSS=Q（S0-Se）E 式中：Q 设计流量，m3/d；污泥产率，kgSS/kgCOD；S0、Se 进出水COD 的浓度,kgCOD/m3；E 去除率，本设计中取90%。PSS=（2300-230）0.900.1150010-3=279.45kgSS/d 每日产泥量为：W=rPP-100100ss 式中：

16、Pss 产生的悬浮固体，kgSS/d；P 污泥含水率，以98%计；r 污泥密度，以1000kg/m3计。W=dm/97.1310009810045.7921003 每日产泥量13.97m3/d，则每个USAB 日产泥量6.99m3/d。在每个UASB反应器距离底部0.3m 处沿长度方向均匀设置排泥管一根，以便均匀排除污泥区的污泥。USAB 反应器每天排泥一次，排泥管选用DN150 的钢管，排 10 泥总管选用DN200 的钢管。必要时布水管兼做排泥管用。(八)产气量计算：采用每去除1 千克COD 产生0.5 立方米沼气做参数 则每日产气量为：Qg=Q（S0-Se）E 式中：Q 设计流量，m3/d；产气率，m3/kgCOD；S0、Se 进出水COD 的浓度，kgCOD/m3；E 去除率，本设计中取90%。Qg=（2300-230）0.900.5150010-3=1397.25m3/d (九)上升水流速度和气流速度的计算：常温下，产气率为：0.5m3/kgCOD；需满足空塔水流速度uk1.0 m/h，空塔沼气上升流速ug1.0 m/h。空塔水流速度：hmhmAQuk/0.1/51.60965.62 符合要求。空塔气流速度：hmAESSQueg/61.0965.09.023.03.25.620 gu 1.0m/h,符合要求。