UASB及斜板沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算

1、UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算已知參數(shù)：流量50m3/h，COD 10000mg/L,去除率80%，其他為給出參數(shù)視為滿足UASB反應(yīng)器進(jìn)水要求或按設(shè)計(jì)規(guī)范取值。設(shè)計(jì)計(jì)算一、反應(yīng)池容積 采用容積負(fù)荷計(jì)算法 V=Q×S01000×Nv=50×24×100001000×10=1200m3式中：V反應(yīng)器有效容積，m3；Q-UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)流量，m3/d；Nv容積負(fù)荷，kgCODCr/(m3·d)，取值為10 kgCODCr/(m3·d)；S0UASB反應(yīng)器進(jìn)水有機(jī)物濃度，mgCODCr/L。沉淀池有效水深H=8mA=VH=12008=1

2、50m則反應(yīng)器表面負(fù)荷為q=QA=50150=0.33m3/（m2·h）由于是單個(gè)池子，采用圓形池子，則D=4×A=4×150=13.83m 13.824二、配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為圓形布水器，布水裝置進(jìn)水點(diǎn)距反應(yīng)器池底200mm。每個(gè)進(jìn)水口的布水面積為4m2，50 m3/h(2)設(shè)計(jì)計(jì)算布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算草圖見下圖2.3：孔數(shù):n=150/438則每個(gè)孔的出水量為1.316 m3/h，取孔口尺寸為15mm，則孔口面積為1.767×10-4m2，孔口流速為2.07m/s。設(shè)3個(gè)圓環(huán)， 3環(huán)各設(shè)9個(gè)，13個(gè)，16個(gè)孔口內(nèi)圈9個(gè)孔口設(shè)計(jì)服務(wù)面積：S1=9

3、15;4=36m2折合成服務(wù)圓直徑為：D1=4S1=4×363.14=6.77m用此直徑作一個(gè)虛圓，在該圓內(nèi)等分虛圓面積處設(shè)一實(shí)圓環(huán)，其上布9個(gè)孔口，則圓的直徑計(jì)算如下： ×(6.772-d22)4=S12d1=4.79m取管內(nèi)流速為0.8m/s，則管徑為 d11=4Q1×v=4×9×1.3163.14×0.8×3600=0.724mm取管徑為75mm。中圈13個(gè)孔口設(shè)計(jì)服務(wù)面積：S2=13×4=52m2折合成服務(wù)圓直徑為： D3=4S1 +S2=4×36+523.14=10.585m ×(10

4、.5852-d22)4=S22d2=8.89m取管內(nèi)流速為0.8m/s，則管徑為 d22=4Q2×v=4×13×1.3163.14×0.8×3600=88mm取管徑為100mm，則實(shí)際流速為0.605m/s。中圈16個(gè)孔口設(shè)計(jì)服務(wù)面積：S3=16×4=64m2折合成服務(wù)圓直徑為： D3=4×150=4×1503.14 =13.83m ×(13.832-d32)4=S32d3=12.27m取管內(nèi)流速為0.8m/s，則管徑為 d33=4Q2×v=4×16×1.3163.14

5、15;0.8×3600=0.965mm取管徑為100mm。三、三相分離器設(shè)計(jì)計(jì)算1） 沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)沉淀器（集氣罩）斜壁傾角  =45°沉淀區(qū)面積：   A=150m2表面水力負(fù)荷q=Q/A=50/150=0.33m3/(m2.h)<1.0 m3/(m2.h)    符合要求2) 回流縫設(shè)計(jì)     取h1=0.5m  h2=1.5m  h3=2.5m     依據(jù)圖中幾何關(guān)系，則    b1

6、=h3/tan式中：b1下三角集氣罩底水平寬度，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，mb1=2.5/tan45=2.5m       b2=b2b1=13.832×2.5=8.83m下三角集氣罩之間的污泥回流縫中混合液的上升流速v1,可用下式計(jì)算： v1=4Q3.14b22=4×503.14×8.832=0.817m/h符合要求上下三角形集氣罩之間回流縫流速v2的計(jì)算：  v2=Q/S2S2上三角形集氣罩回流縫面積（m2）CE上三角形集氣罩回流縫的寬度，CE>0.2m&#

7、160;  取CE=1.8mCF上三角形集氣罩底寬，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/h      v2<v1<2.0m/h , 符合要求3)確定上下集氣罩相對(duì)位置及尺寸      B

8、C=CE/cos45=1.8/cos45=2.546m      HG=(CFb2)/2=（10-8.83）/2=0.585m      EG=EH+HG=1.273+0.585=1.858m      AE=EG/sin45=1.858/sin45=2.63m    BE=CE ×tan45=1.8m      AB=AEBE=0.83m 

9、60;    DI=CD×sin45=AB ×sin45=0.83× sin45=0.587mh4=AD+DI=BC+DI=0.83+0.587=1.42mh5=1.5m4）氣液分離設(shè)計(jì)校核由反應(yīng)區(qū)上升的水流從下三角形集氣罩回流縫過(guò)渡到上三角形集氣罩回流縫再進(jìn)入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復(fù)雜。當(dāng)混合液上升到A點(diǎn)后將沿著AB方向斜面流動(dòng)，并設(shè)流速為va，同時(shí)假定A點(diǎn)的氣泡以速度vb垂直上升，所以氣泡的運(yùn)動(dòng)軌跡將沿著va和vb合成速度的方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度合成的平行四邊形法則，則有：vbva=ADAB=BCAB要使氣泡分離后進(jìn)入沉淀區(qū)的必要條件

10、是： vbva>ADAB（=BCAB）在消化溫度為25，沼氣密度 =1.12g/L；水的密度 =997.0449kg/m3；水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v=0.0089×10-4m2/s；取氣泡直徑d=0.01cm根據(jù)斯托克斯（Stokes）公式可得氣體上升速度vb為vb=g（1-g）d218式中：vb氣泡上升速度（cm/s）g重力加速度（cm/s2）碰撞系數(shù)，取0.95 廢水的動(dòng)力粘度系數(shù)，g/(cm.s)由于廢水的動(dòng)力粘度系數(shù)一般比凈水的大 =1.5vvb=0.95×9.8×102×（997.0449-1.12）×10-3&#

11、215;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=3.07  vbva>BCAB  圖5  三相分離器設(shè)計(jì)計(jì)算草圖四、出水堰設(shè)計(jì)計(jì)算1）環(huán)形集水槽設(shè)計(jì)環(huán)形集水槽流量q環(huán)=0.0139m3/s槽寬 b=0.9×k×q環(huán)0.4 =0.9×1.4×0.01390.4 =0.186m 取0.2m（其中k為安全系數(shù)

12、采用1.2-1.5）槽中流速v=0.7m/s槽內(nèi)起點(diǎn)水深 H5=qvb=0.01390.7×0.2=0.1m槽內(nèi)終點(diǎn)水深H6=32Hk3H5+H52Hk=3a q2gb2=31.0×0.013929.81×0.22=0.079mH6=32Hk3H5+H52=32×0.07930.1+0.12=0.27m所以設(shè)計(jì)取環(huán)形槽內(nèi)水深為0.25m，集水槽總高度為0.25+0.2（超高，包括自由跌落）=0.45m。出水溢流堰的設(shè)計(jì)2）出水三角堰采用三角堰，開口90°，取出水堰負(fù)荷1.5(L/m·s)，則所需堰長(zhǎng)為l=13.9/1.5=9.27m取

13、堰出水液面寬0.1m，堰高0.1m，堰頂寬0.2m。則三角堰個(gè)數(shù)為n=9.27/0.1=92.7 個(gè) 取93個(gè)。堰長(zhǎng)L=93×0.2=18.6m采用單側(cè)環(huán)形出水堰，環(huán)形堰直徑D=18.6/=5.9m堰上水頭 Hf=0.7Q25=0.7×0.01399325=0.021m五、排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)每日產(chǎn)泥量為 產(chǎn)泥率f=0.15kg/kgBOD則UASB總產(chǎn)泥量 x=fQ（S0-Se）=0.15×1200×0.8×10=1440(Kg干泥/d)污泥含水率99%.因?yàn)楹蚀笥?5故污泥密度p=1000污泥體積：Qs=1.44/(1-0.99)=144(m3

14、/d) 排泥管計(jì)算：采用等距布孔，兩根長(zhǎng)度L=10m 的穿孔管。首端末端的集泥比取為0.5，由查得孔口總面積與穿孔管總面積比KW為0.72 由孔口直徑d=25(mm)，孔口面積f=，?。嚎拙郮=0.4(m) 孔眼數(shù)目:m=L/X=20/0.4=50(個(gè)) 孔眼總面積：f=50×0.00049=0.0245(m2) 穿孔管斷面積：a=f/Kw=0.0245/0.72=0.03403(m2) 穿孔管直徑：D=4a=0.208(m) 取D=200（mm）。六、 產(chǎn)氣量計(jì)算每日產(chǎn)氣量  G=Q（S0-Se）×1000式中：G沼氣流量；Q廢水流量；沼氣產(chǎn)率,取=0.5Nm3

15、/kgCODcr；S0進(jìn)水有機(jī)物濃度,mgCODcr/L;Se出水有機(jī)物濃度,mgCODcr/L G=10000×0.8×0.5×1200×10-3 =4800 m3/d=200 （m3/h ）儲(chǔ)氣柜容積一般按照日產(chǎn)氣量的25%40%設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)取30%。則儲(chǔ)氣柜體積為200×30%=60m3，儲(chǔ)氣柜的壓力為2.5KPa。水封罐的設(shè)計(jì)水封罐一般設(shè)置在消化反應(yīng)器和儲(chǔ)氣柜之間起到調(diào)整和穩(wěn)定壓力兼作隔絕和排除冷凝水之用。UASB大集氣罩中出口氣體壓力為：p1=1（mH2O）小集氣罩出口壓力為：p2=0.5(mH2O) 兩者壓差：p1-p2=0.5 (

16、mH2O)故：水封罐該兩出氣管的水封高度為0.5(mH2O),為了安全起見取最大水封1.0(mH2O)，取水封罐高度為2m.水封罐直徑1800m,設(shè)進(jìn)氣管DN100兩根，出氣管DN150mm,一根進(jìn)水管DN50mm，一根放空管DN50一根,并設(shè)液位計(jì)。七、加熱系統(tǒng)設(shè)進(jìn)水溫度為15，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度為25。那么所需要的熱量：QH= dF×F×( trt)×qv/式中：QH加熱廢水需要的熱量，KJ/h；dF廢水的相對(duì)密度，按1計(jì)算；F廢水的比熱容，kJ/(kg.K)；qv廢水的流量，m3/htr反應(yīng)器內(nèi)的溫度，t廢水加熱前的溫度，熱效率，可取為0.85所以 QH=1&

17、#215;4.2×（2515）×50/0.85=2470.6（KJ/h）每天沼氣的產(chǎn)量為4800m3，其主要成分是甲烷，沼氣的平均熱值為22.7 KJ/L。每小時(shí)的甲烷總熱量為：200×22.7×103=4.54×106（ KJ/h），因此足夠加熱廢水所需要的熱量。八、 UASB附屬裝置設(shè)計(jì) 取樣管：為掌握UASB運(yùn)行情況，在每個(gè)UASB上設(shè)置取樣管，在距反應(yīng)器底1.1m1.2m位置污泥床內(nèi)分別設(shè)置取樣管四根，各管間距0.8m.取樣管選用DN50鋼管設(shè)置距地1m處，配球閥取樣。 UASB的排空：由UASB池底臨時(shí)接排泥泵排空。 檢修： 人孔：為

18、了便于維修各UASB反應(yīng)器在距地平0.8m,設(shè)人孔兩個(gè)并配密封圈。采光：為了保證間歇采光，除采用臨時(shí)燈光外，還可不設(shè)頂蓋。給排水：在UASB反應(yīng)器布置區(qū)設(shè)置一根供水管供水沖洗及排空時(shí)使用。斜板沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算采用異向流斜板沉淀池1. 設(shè)計(jì)所采用的數(shù)據(jù) 斜板沉淀池表面負(fù)荷較取q=3.0m3/（m2·h） 斜板有效系數(shù)取0.8，=0.60.8 斜板水平傾角 =60°，斜板朝向進(jìn)水端 斜板斜長(zhǎng) L=1.0m 斜板板距 P=100mm， P一般取50150mm 顆粒沉降速度 =0.4mm/s=0.0004m/s2. 沉淀池面積A=Qq=1003×0.9136.63m2 式中

19、 Q進(jìn)水流量，m3/h q表面負(fù)荷，m3/（m2·h） 0.91斜板面積利用系數(shù)設(shè)計(jì)取沉淀池的邊長(zhǎng)為6.0m斜板數(shù)量斜板安裝角度為=60°，則池子與斜板的間距0.5mn=6-0.50.1=55沉淀時(shí)間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污泥斗計(jì)算設(shè)計(jì)4個(gè)污泥斗，污泥斗傾斜角度為60°，污泥斗下底面長(zhǎng)a=1m，上底面長(zhǎng)b=3m。h5=b2-a2tan60=32-12×tan60=1.73m7.沉淀池總高度H=h1+h2+h3+h4+h5 =0.3+1.0+0.866

20、+1.0+1.73=4.9m式中：h1保護(hù)高度（m），一般采用0.30.5m，本設(shè)計(jì)取0.3m； h2清水區(qū)高度（m），一般采用0.51.0m，本設(shè)計(jì)取1.0m； h3斜管區(qū)高度（m）； h4配水區(qū)高度（m），一般取0.51.0m，本設(shè)計(jì)取1.0m； h5排泥槽高度（m）。8.進(jìn)出水系統(tǒng)8.1 沉淀池進(jìn)水設(shè)計(jì)沉淀池進(jìn)水采用穿孔花墻，孔口總面積：A=Qv=0.0280.1=0.28m2式中 ： v孔口速度（m/s），一般取值不大于0.050.15m/s。本設(shè)計(jì)取0.1m/s。每個(gè)孔口的尺寸定為10cm×8cm，則孔口數(shù)N=A15×8=0.280.008=35 個(gè)。進(jìn)水孔位置應(yīng)在斜管以下、沉泥區(qū)以上部位。8.2沉淀池出水設(shè)計(jì) 采用三角堰，開口90°，取出水堰負(fù)荷1.5(L/m·s)，則所需堰長(zhǎng)為l=27.8/1.5=18.53m取堰出水液面寬0.1m，堰高0.1m，堰頂寬0.2m。則三角堰個(gè)數(shù)為n=18.53/0.1=185.3 個(gè) 186堰總長(zhǎng)L=186×0.2=37.2m采用4組8條雙側(cè)出水堰，則單堰長(zhǎng)L單=L2×8=2.33m堰上水頭 Hf=0.7Q25=0.7×0.02818625=0.021m集水槽中心距為1.0m。每條集水量為： q=Qn=0.0284=0.007m3/s考慮池子