UASB反应器设计计算

UASB反应器(1)设计说明本工程所处理工业废水属高浓度有机废水，生物降解性好，UASB反器作为处理工艺的主体，拟按下列参数设计。设计流量1200m³/d=50m³/h进水浓度CODcr=5000mg/LCOD去除率为87.5%容积负荷Nv=6.5kgCOD/(m³•d)产气率r=0.4m³/kgCOD污泥产率X=0.15kg/kgCOD(2)UASB反应器工艺构造设计计算①UASB总容积计算UASB总容积：V=QSr/Nv=1200×5×87.5%/6.5=807.7m³（3-1）选用两座反应器，则每座反应器的容积Viˊ=V/2=404m³设UASB的体积有效系数为87%，则每座反应器的实需容积Vi=404/87%=464m³若选用截面为8m×8m的反应器两座，则水力负荷约为0.3m³/(m²•h)1.0m³/(m²•h)符合要求求得反应器高为8m，其中有效高度7.5m，保护高0.5m.②三相分离器的设计UASB的重要构造是指反应器内三相分离器的构造，三相分离器的设计直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用，根据已有的研究和工程经验，三相分离器应满足以下几点要求：a.液进入沉淀区之前，必须将其中的气泡予以脱出，防止气泡进入沉淀区影响沉淀效果。b.沉淀区的表面水力负荷应在0.7m³/(m²•h)以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽底缝隙的流速不大于2.0m/h。c.沉淀斜板倾角不小于50°，使沉泥不在斜板积累，尽快回落入反应区内。d.出水堰前设置挡板以防止上浮污泥流失，某些情况下应设置浮渣清除装置。三相分离器设计需确定三相分离器数量，大小斜板尺寸、倾角和相互关系。三相分离器由上下两组重叠的高度不同的三角形集气罩组成。本设计采用上集气罩为大集气罩，下集气罩为小集气罩。大集气罩由钢板制成，起集气作用，小集气罩为实心钢筋混凝土结构，实起支撑作用。取上下三角形集气罩斜面的水平倾角为θ=55°，h2=0.5m根据图b所示几何关系可得：b1=h2/tgθ=0.5/tg55°=0.35m（3-2）b2=b-2b1=2.67-2×0.35=1.97m（3-3）下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液上升流速v1可用下式计算：v1=Q/S1（3-4）S1=b2×l×n=1.97×8×3=47.28m²（3-5）=25/47.28=0.53m/h2m/h取CD为0.3m，上三角形集气罩与下三角形集气罩斜面之间回流缝流速v2可用下式计算：v2=Q/S2S2=CD×l×2n=0.3×8×2×3=14.4m²=25/14.4=1.74m/h2m/h满足v1v22.0m/h的要求取CE=0.3m，则上三角形集气罩的位置即可确定，且BC=CE/sin35°=0.3/sin35°=0.52mAB=(b1-CD)/cos55°=0.09mh3\=[Abcos55°+(b2-0.5)/2]tg55°=[0.26cos55°+(1.97-0.5)/2]•tg55°=1.26m取水深h1=0.8m.集气罩及各部分的尺寸标注见下图：气分离效果的校核:设沼气气泡的直径d=0.008cm,20℃时，净水的运动粘滞系数υ=0.0101cm2/s，取废水密度ρ1=1.01g/cm³,沼气密度ρ=1.2×10-3g/cm³，碰撞系数β=0.95,动力粘滞系数µ=υ•ρ=0.0101×1.01=0.0102g/(cm•s)由于废水的µ一般大于净水，可取废水的µ=0.02g/(cm•s)则气泡的上升速度vb=βg•(ρ1-ρ)•d²/18µ（3-6）=0.95×981×(1.01-1.2×10-3)×0.008²/(18×0.02)=0.167cm/s=6.01m/hva=Q/S3=25/(0.3×8×6)=1.74m/h根据以上的计算结果有BC/AB=0.52/0.56=2vb/va=6.01/1.74=3.45满足vb/vaBC/AB的要求,则直径大于0.008的气泡均可进入气室.③布水系统的设计两池共用一根DN150的进水干管，采用穿孔管配水。每座反应器设4根DN150长6.7m的穿孔管，每两根管之间的中心距为2m，配水孔径采用7φ14mm,孔距为2m,即每根管上设4个配水孔,每个孔的服务面积2m×2m=4m2,孔口向下,穿孔管距反应器底0.20m.每座反应器共有16个配水孔,若采用连续进水,则每个孔的孔口流2.11m/s2m/s,符合要求.估算布水系统的水头损失为0.7m,UASB的水头损失为0.8m,则废水在UASB反应器中的总水头损失为1.5m.管道布置见图10：水面低0.6m.④出水渠的设计计算每座UASB反应器设四条出水渠,出水渠保持水平,四条出水渠的出水汇入集水渠,再经出水管排出.a.出水渠:采用锯齿形出水渠,钢结构.渠宽取0.2m,渠深取0.3m.b.三角堰设计计算每座UASB反应器处理水量7L/s,溢流负荷为1～2L/(m•s)设计溢流负荷取f=2L/(m•s),则堰上水面总长L=q/f=7/2=3.5m（3-7）设计90°三角堰,堰高H=50mm,堰口宽B=100mm,堰上水头h=25mm,则堰口水面宽b=50mm,三角堰数量n=L/b=3.5/0.05=70个.设计堰板长为8-0.3=7.7m,共6块,每块堰10个100mm堰口,10个670mm间隙.堰上水头校核:则每个堰出流率q=0.007/70=1×10-4m³/s三角堰按90°计算公式q=1.43h5/2（3-8）则堰上水头为h=(q/1.43)0.4=(1×10-4/1.43)0.4=0.022mc.集水渠:集水渠宽取0.3m,集水渠底比反应器内d.出水管:取DN150的铸铁管,出水管在集水渠中心底部.出水管中的水再汇入位于走道下的DN200的排水总管.e.浮渣挡板:为防止浮渣进入曝气池,在出水渠外侧0.3m处设浮渣挡板.挡板深入水面下0.2m,水面上0.025m.⑤排泥管的设计计算a.排泥量的设计计算每座UASB的设计流量Q=600m³/d,进水COD浓度为5000mg/L,COD去除率为87.5%,产泥系数为R=0.15kg干泥/kgCOD,则产泥量Q=600×5000÷1000×0.875×0.15=394kg干泥/d设UASB排泥含水率为98%,湿污泥密度为1000kg/m³,则每日产生的湿污泥量Q=394/(1000×2%)=19.7m³/d则两座UASB的总产泥量Q0=2×19.7=39.4m³/d⑥沼气管道系统设计计算a.产气量计算每座UASB设计流量Q＝25m³/h进水CODcrS0=5000mg/L=5kg/m³COD去除率E=87.5%产气率r=0.4m³/kgCOD则产气量Gi=Q•S0•Er（3-9）=25×5×0.875×0.4=43.75m³/h两座UASB产气量共为G=87.5m³/hb.沼气管道的设计c.出气管:根据三相分离器的特点,每一个集气罩分别引一根出气管,管径为DN100d.水封罐:本设计选用D=500mm的水封罐.e.水封高度H=H1-HMf.H1—大集气罩内的压力水头,取为1mH2Og.HM—沼气柜的压力水头,取为0.4mH2Oh.则H=H1-HM=1-0.4=0.6mH2Oi.取水封罐高度Hˊ=1.0m,其中超高为0.4m在水封罐上设有一根进水管,一根放空管,在外面设一液位计以观察罐内水位情况.气水分离器:气水分离器起到对沼气干燥作用,选φ500mm×H1800mm.沼气柜:根据设计规范要求,沼气柜的容积一般按6―10h的平均产量来计算,本设计选用6h产气量计算,则6h的产气量为W=87.5×6=525m³所以选用550m³的沼气柜.