IC反应器的计算

IC反应器的设计计算1.设计说明IC反应器，即内循环厌氧反应器，相似由2层UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成。在处理高浓度有机废水时，其进水负荷可提高至35～50kgCOD/(m3·d)。与UASB反应器相比，在获得相同处理速率的条件下，IC反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，IC反应器的平均升流速度可达处理同类废水UASB反应器的20倍左右。设计参数（1）参数选取设计参数选取如下：第一反应室的容积负荷NV1＝35kgCOD/(m3·d)，：第二反应室的容积负荷NV2＝12kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.03kgMLSS/kgCOD；产气率0.35m3/kgCOD（2）设计水质设计参数CODcrBOD5SS进水水质/(mg/L)24074125131890去除率/%859030出水水质/(mg/L)361112511323（3）设计水量Q＝3000m3/d＝125m3/h=0.035m3/s2.反应器所需容积及主要尺寸的确定（见附图6-4）（1）有效容积本设计采用进水负荷率法，按中温消化（35～37℃）、污泥为颗粒污泥等情况进行计算。V＝veNCCQ)(0式中V－反应器有效容积，m3；Q－废水的设计流量，m3/d；Nv－容积负荷率，kgCOD/（m3·d）；C0－进水COD浓度，kg/m3；Ce－出水COD浓度，kg/m3。IC反应器的第一反应室去除总COD的80％左右，第二反应室去除总COD的20％。第一反应室的有效容积V1＝veNCCQ％80)(0＝3580)611.3074.24(3600％＝1684m3第二反应室的有效容积V1＝veNCCQ％20)(0＝3520)611.3074.24(3600％＝1228m3IC反应器的总有效容积为V＝1684＋1228＝2912m3，这里取3000m3本设计设置两个相同的IC反应器，则每个反应器容积为V’＝3000/2＝1500m3（2）IC反应器几何尺寸本设计的IC反应器的高径比为2.5V＝AH＝42HD＝45.23D则D＝3/1)5.24(V＝8.2m，取9m，H＝2.5×9＝22.5m，取23m。每个IC反应器总容积负荷率：NV＝VCCQe)(0＝12502)611.3074.24(3600＝30.5[kgCOD/(m3·d)]IC反应器的底面积A＝42D＝4914.32＝63.6m2，则第二反应室高H2＝AV2＝6.632/1228＝9.65m，取9.5m第一反应室的高度H1＝H－H2＝23－10＝13.5m（3）IC反应器的循环量进水在反应器中的总停留时间为tHRT＝QV＝2/1501206＝16h设第二反应室内液体升流速度为4m/h，则需要循环泵的循环量为256m3/h。第一反应室内液体升流速度一般为10～20m/h，主要由厌氧反应产生的气流推动的液流循环所带动。第一反应室产生的沼气量为Q沼气＝Q（C0－Ce）×0.8×0.35＝3600/2×（24.074－3.611）×0.8×0.35＝10313×2＝20626m3/d每立方米沼气上升时携带1～2m3左右的废水上升至反应器顶部，则回流废水量为10313～20620m3/d，即430～859m3/h，加上IC反应器废水循环泵循环量256m3/h，则在第一反应室中总的上升水量达到了686～1115m3/h，上流速度可达10.79～17.53m/h，可见IC反应器设计符合要求。（4）IC反应器第一反应室的气液固分离几何尺寸①沉淀区设计三相分离器沉淀区固液分离是靠重力沉淀达到的，其设计的方法与普通二沉池设计相似，主要考虑沉淀面积和水深两相因素。根据Stokes公式：vs＝18)(21psgd＝180071.01.0981)105.1(2＝3.83cm/s＝138.2m/h＝0.0071g/（cm·s）；颗粒污泥密度取1.05g/cm3第一反应室三相分离器设计示意图（见附图6-5）。三相分离器单元结构设计图（见附图6-6）。计算B－B‘间的负荷可以确定相邻两上挡板间的距离。B－B‘间水流上升速度一般小于20m/h，则B－B‘间的总面积S为：S＝20Q＝20256＝12.8m2式中Q为IC反应器循环泵的流量。设一个三相分离器单元宽为1800mm，则每个IC器反应器内可安装5个三相分离器单元。设两上挡板间的间距b1＝450mm，三相分离器沉淀区斜壁倾斜度选50°，上挡板三角形与集气罩顶相距300mm，则2（h1/tg50°）＋b1＝1800三相分离器上挡板高度：h1＝804.4mm设两相邻下挡板间的间距b2＝200mm；上下挡板间回流缝b3＝150mm，板间缝隙液流速度为30m/h；气封与下挡板间的距离b4＝100mm；两下挡板间距离（C－C‘）b5＝400mm，板间液流速度大于25m/h，则b2＋b5＋2（502tgh）＝1800三相分离器下挡板高度：h2＝715mm②反应器顶部气液分离器的设计IC顶部气液分离器的目的是分离气和固液，由于采用切线流状态，上部分离器中气和固液分离较容易，这里设计直径为3m的气液分离器，筒体高2m，下锥底角度65°，上顶高500mm。3.IC反应器进水配水系统的设计①布水方式采用切线进水的布水方式，布水器具有开闭功能，即泵循环时开口出水，停止运行时自动封闭。本工程拟每2～5m2设置一布水点，出口水流速度2～5m/s。拟设24个布水点，每个负荷面积为Si＝246.63＝2.65m2。②配水系统形式本工程采用无堵塞式进水分配系统（见附图6-7）。为了配水均匀一般采用对称布置，各支管出水口向着池底，出水口池底约20cm，位于服务面积的中心点。管口对准池底反射锥体，使射流向四周均匀散布于池底，出水口支管直径约20mm，每个出水口的服务面积为2～4m2。单点配水面积Si＝2.65m2时，配水半径r＝0.92m。取进水总管中流速为1.6m/s，则进水总管管径为：D＝vQ2＝2×14.36.136002/150＝0.128m＝128mm配水口8个，配水口出水流速选为2.5m/s，则配水管管径d＝n36002/1502＝5.214.3836002/1502＝36mm4.出水系统设计出水渠宽取0.3m，工程设计4条出水渠。设出水渠渠口附近流速为0.2m/s，则出水渠水深＝渠宽流速流量＝2.03.043600/150＝0.145m5.排泥系统设计取X’＝0.05kgVSS/kgCOD，根据VSS/SS＝0.8，则X＝0.05/0.8＝0.06kgSS/kgCOD产泥量为：△X＝XQSr＝24074×0.85×0.06×3600×10-3＝4420kgMLSS/d每日产泥量4420kgMLSS/d，污泥含水率P为98％，因含水率95％，去s＝1000kg/m3，则每个IC反应器日产泥量为Qs＝)1(PXs＝)981(10002/4420％＝110.5m3/d。这里假设第一反应室污泥浓度为100gSS/L，第二反应室为20gSS/L，则IC反应器中污泥总量为：G＝100V1＋20V2＝100×1684＋30×1228＝205240kgSS因此，IC反应器的污泥龄为205240/4420＝46d在离两级三相分离器下三角以下0.5m处各设一排泥口，在反应器设放空管，口径为100mm。6.产气量计算每日产气量：24074×0.85×0.35×3600×10-3＝25783.3m3/d每平方米沼气发电2kW·h，沼气用于发电，电量为：W＝25783.3×2＝51566.6kW·h/d