UASB及斜板沉淀池设计计算

UASB反应器设计计算已知参数：流量50m3/h，COD10000mg/L,去除率80%，其他为给出参数视为满足UASB反应器进水要求或按设计规范取值。设计计算一、反应池容积采用容积负荷计算法V=Q×S01000×Nv=50×24×100001000×10=1200m3式中：V—反应器有效容积，m3；Q--UASB反应器设计流量，m3/d；Nv—容积负荷，kgCODCr/(m3·d)，取值为10kgCODCr/(m3·d)；S0—UASB反应器进水有机物浓度，mgCODCr/L。沉淀池有效水深H=8mA==VH=12008=150m则反应器表面负荷为q=QA=50150=0.33m3/（m2·h）由于是单个池子，采用圆形池子，则D=√4×Aπ=√4×150π=13.83m13.824二、配水系统设计本系统设计为圆形布水器，布水装置进水点距反应器池底200mm。每个进水口的布水面积为4m2，Ｑ＝50m3/h(2)设计计算布水系统设计计算草图见下图2.3：孔数:n=150/4＝38则每个孔的出水量为1.316m3/h，取孔口尺寸为15mm，则孔口面积为1.767×10-4m2，孔口流速为2.07m/s。设3个圆环，3环各设9个，13个，16个孔口内圈9个孔口设计服务面积：S1=9×4=36m2折合成服务圆直径为：D1=√4S1π=√4×363.14=6.77m用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布9个孔口，则圆的直径计算如下：π×(6.772−d22)4=S12d1=4.79m取管内流速为0.8m/s，则管径为d11=√4Q1π×v=√4×9×1.3163.14×0.8×3600=0.724mm取管径为75mm。中圈13个孔口设计服务面积：S2=13×4=52m2折合成服务圆直径为：D3=√4(S1+S2)π=√4×(36+52)3.14=10.585mπ×(10.5852−d22)4=S22d2=8.89m取管内流速为0.8m/s，则管径为d22=√4Q2π×v=√4×13×1.3163.14×0.8×3600=88mm取管径为100mm，则实际流速为0.605m/s。中圈16个孔口设计服务面积：S3=16×4=64m2折合成服务圆直径为：D3=√4×150π=√4×1503.14=13.83mπ×(13.832−d32)4=S32d3=12.27m取管内流速为0.8m/s，则管径为d33=√4Q2π×v=√4×16×1.3163.14×0.8×3600=0.965mm取管径为100mm。三、三相分离器设计计算1）沉淀区的设计沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ=45°沉淀区面积：A=150m2表面水力负荷q=Q/A=50/150=0.33m3/(m2.h)1.0m3/(m2.h)符合要求2)回流缝设计取h1=0.5mh2=1.5mh3=2.5m依据图中几何关系，则b1=h3/tanθ式中：b1—下三角集气罩底水平宽度，θ—下三角集气罩斜面的水平夹角h3—下三角集气罩的垂直高度，mb1=2.5/tan45=2.5mb2=b－2b1=13.83－2×2.5=8.83m下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速v1,可用下式计算：v1=4Q3.14b22=4×503.14×8.832=0.817m/h符合要求上下三角形集气罩之间回流缝流速v2的计算：v2=Q/S2S2—上三角形集气罩回流缝面积（m2）CE—上三角形集气罩回流缝的宽度，CE0.2m取CE=1.8mCF—上三角形集气罩底宽，取CF=10mEH=CE×sin45=1.8×sin45=1.273mEQ=CF+2EH=10.0+2×1.273=12.546mS2=3.14(CF+EQ)CE/2=3.14×(10.0+12.546)×1.8/2=63.75m2v2=50/63.75=0.784m/hv2v12.0m/h,符合要求3)确定上下集气罩相对位置及尺寸BC=CE/cos45=1.8/cos45=2.546mHG=(CF－b2)/2=（10-8.83）/2=0.585mEG=EH+HG=1.273+0.585=1.858mAE=EG/sin45=1.858/sin45=2.63mBE=CE×tan45=1.8mAB=AE－BE=0.83mDI=CD×sin45=AB×sin45=0.83×sin45=0.587mh4=AD+DI=BC+DI=0.83+0.587=1.42mh5=1.5m4）气液分离设计校核由反应区上升的水流从下三角形集气罩回流缝过渡到上三角形集气罩回流缝再进入沉淀区，其水流状态比较复杂。当混合液上升到A点后将沿着AB方向斜面流动，并设流速为va，同时假定A点的气泡以速度vb垂直上升，所以气泡的运动轨迹将沿着va和vb合成速度的方向运动，根据速度合成的平行四边形法则，则有：vbva=ADAB=BCAB要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是：vbvaADAB（=BCAB）在消化温度为25℃，沼气密度=1.12g/L；水的密度=997.0449kg/m3；水的运动粘滞系数v=0.0089×10-4m2/s；取气泡直径d=0.01cm根据斯托克斯（Stokes）公式可得气体上升速度vb为vb=βg（ρ1−ρg）d218μ式中：vb—气泡上升速度（cm/s）g—重力加速度（cm/s2）β—碰撞系数，取0.95μ—废水的动力粘度系数，g/(cm.s)由于废水的动力粘度系数一般比净水的大μ=1.5vβvb=0.95×9.8×102×（997.0449−1.12）×10−3×0.01218×1.5×0.0089×0.95=0.407cm/s=14.64m/h水流速度,va=v2=0.784m/h校核：vbva=14.640.784=18.67BCAB=2.55460.83=3.07vbvaBCAB图5三相分离器设计计算草图四、出水堰设计计算1）环形集水槽设计环形集水槽流量q环=0.0139m3/s槽宽b=0.9×(k×q环)0.4=0.9×(1.4×0.0139)0.4=0.186𝑚取0.2m（其中k为安全系数采用1.2-1.5）槽中流速v=0.7m/s槽内起点水深H5=qvb=0.01390.7×0.2=0.1𝑚槽内终点水深H6=√2𝐻k3H5+H523𝐻k=√𝑎q2gb23=√1.0×0.013929.81×0.223=0.079𝑚H6=√2𝐻k3H5+H523=√2×0.07930.1+0.123=0.27𝑚所以设计取环形槽内水深为0.25m，集水槽总高度为0.25+0.2（超高，包括自由跌落）=0.45m。出水溢流堰的设计2）出水三角堰采用三角堰，开口90°，取出水堰负荷1.5(L/m·s)，则所需堰长为l=13.9/1.5=9.27m取堰出水液面宽0.1m，堰高0.1m，堰顶宽0.2m。则三角堰个数为n=9.27/0.1=92.7个取93个。堰长L=93×0.2=18.6m采用单侧环形出水堰，环形堰直径D=18.6/π=5.9m堰上水头Hf=0.7Q25=0.7×(0.013993)25=0.021m五、排泥系统设计每日产泥量为产泥率f=0.15kg/kgBOD则UASB总产泥量x=fQ（S0-Se）=0.15×1200×0.8×10=1440(Kg干泥/d)污泥含水率99%.因为含水率大于95故污泥密度p=10003kg/m（）污泥体积：Qs=1.44/(1-0.99)=144(m3/d)⑵排泥管计算：采用等距布孔，两根长度L=10m的穿孔管。①首端末端的集泥比sm取为0.5，由sm查得孔口总面积与穿孔管总面积比KW为0.72②由孔口直径d=25(mm)，孔口面积f=22d0.00049(m)4，取：孔距X=0.4(m)③孔眼数目:m=L/X=20/0.4=50(个)④孔眼总面积：∑f=50×0.00049=0.0245(m2)⑤穿孔管断面积：a=∑f/Kw=0.0245/0.72=0.03403(m2)⑥穿孔管直径：D=√4aπ=0.208(m)取D=200（mm）。六、产气量计算每日产气量G=Q（S0−Se）×α1000式中：G—沼气流量；Q—废水流量；α—沼气产率,取α=0.5Nm3/kgCODcr；S0—进水有机物浓度,mgCODcr/L;Se—出水有机物浓度,mgCODcr/LG=10000×0.8×0.5×1200×10-3=4800m3/d=200（m3/h）储气柜容积一般按照日产气量的25%～40%设计，本设计取30%。则储气柜体积为200×30%=60m3，储气柜的压力为2.5KPa。水封罐的设计水封罐一般设置在消化反应器和储气柜之间起到调整和稳定压力兼作隔绝和排除冷凝水之用。UASB大集气罩中出口气体压力为：p1=1（mH2O）小集气罩出口压力为：p2=0.5(mH2O)两者压差：p1-p2=0.5(mH2O)故：水封罐该两出气管的水封高度为0.5(mH2O),为了安全起见取最大水封1.0(mH2O)，取水封罐高度为2m.水封罐直径1800m,设进气管DN100两根，出气管DN150mm,一根进水管DN50mm，一根放空管DN50一根,并设液位计。七、加热系统设进水温度为15℃，反应器的设计温度为25℃。那么所需要的热量：QH=dF×γF×(tr－t)×qv/η式中：QH－加热废水需要的热量，KJ/h；dF－废水的相对密度，按1计算；γF－废水的比热容，kJ/(kg.K)；qv－废水的流量，m3/htr－反应器内的温度，℃t－废水加热前的温度，℃η－热效率，可取为0.85所以QH=1×4.2×（25－15）×50/0.85=2470.6（KJ/h）每天沼气的产量为4800m3，其主要成分是甲烷，沼气的平均热值为22.7KJ/L。每小时的甲烷总热量为：200×22.7×103=4.54×106（KJ/h），因此足够加热废水所需要的热量。八、UASB附属装置设计⑴取样管：为掌握UASB运行情况，在每个UASB上设置取样管，在距反应器底1.1m～1.2m位置污泥床内分别设置取样管四根，各管间距0.8m.取样管选用DN50钢管设置距地1m处，配球阀取样。⑵UASB的排空：由UASB池底临时接排泥泵排空。⑶检修：①人孔：为了便于维修各UASB反应器在距地平0.8m,设人孔两个并配密封圈。②采光：为了保证间歇采光，除采用临时灯光外，还可不设顶盖。③给排水：在UASB反应器布置区设置一根供水管供水冲洗及排空时使用。斜板沉淀池设计计算采用异向流斜板沉淀池1.设计所采用的数据①斜板沉淀池表面负荷较取q=3.0m3/（m2·h）②斜板有效系数η取0.8，η=0.6～0.8③斜板水平倾角θ=60°，斜板朝向进水端④斜板斜长L=1.0m⑤斜板板距P=100mm，P一般取50～150mm⑥颗粒沉降速度μ=0.4mm/s=0.0004m/s2.沉淀池面积A=Qq=1003×0.91≈36.63m2式中Q—进水流量，m3/hq—表面负荷，m3/（m2·h）0.91—斜板面积利用系数设计取沉淀池的边长为6.0m斜板数量斜板安装角度为θ=60°，则池子与斜板的间距0.5mn=6−0.50.1=55沉淀时间t=（h2+h3）×60q=1+0.8663=37.32minh2—斜板以上部分水深，取1m；h3—斜板高度，0.866m污泥斗计算设计4个污泥斗，污泥斗倾斜角度为60°，污泥斗下底面长a=1m，上底面长b=3m。h5=(b2−a2)tan60=(32−12)×tan60=1.73m7.沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+1.0+0.866+1.0+1.73=4.9m式中：h1—保护高度（m），一般采用0.3～0.5m，本设计取0.3m；h2—清水区高度（m），一般采用0.5～1.0m，本设计取1.0m；h3—斜管区高度（m）；h4—配水区高度（m），一般取0.5～1.0m，本设计取1.0m；h5—排泥槽高度（m）。8.进出水系统8.1沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积：A=