UASB完整計算版

1、UASB工藝設(shè)計計算一、 UASB反應(yīng)器設(shè)計說明( 一)工藝簡介：UA SB是升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的簡稱, 是由荷蘭W agen ingen農(nóng)業(yè)大學(xué)教授L et t inga 等人于 1972 1978 年間開發(fā)研制的一項厭氧生物處理計術(shù), 國內(nèi)對UA SB 反應(yīng)器的研究是從20 世紀(jì)80 年代開始的 . 由于 UA SB 反應(yīng)器具有工藝結(jié)構(gòu)緊湊,處理能力大, 無機械攪拌裝置,處理效果好及投資省等特點,UA SB反應(yīng)器是目前研究最多, 應(yīng)用日趨廣泛的新型污水厭氧處理工藝 1 1.UA SB 反應(yīng)器基本構(gòu)造如圖12. UA SB 的工作原理：如圖 1所示 , 廢水由反應(yīng)器的底部進入后,由于廢水

2、以一定的流速自下而上流動以及厭氧過程產(chǎn)生的大量沼氣的攪拌作用, 廢水與污泥充分混合 , 有機質(zhì)被吸附分解, 所產(chǎn)沼氣經(jīng)由反應(yīng)器上部三相分離器的集氣室排出 ,含有懸浮污泥的廢水進入三相分離器的沉降區(qū), 由于沼氣已從廢水中分離, 沉降區(qū)不再受沼氣攪拌作用的影響.廢水在平穩(wěn)上升過程中 , 其中沉淀性能良好的污泥經(jīng)沉降面返回反應(yīng)器主體部分, 從而保證了反應(yīng)器內(nèi)高的污泥濃度. 含有少量較輕污泥的廢水從反應(yīng)器上方排出.UA SB 反應(yīng)器中可以形成沉淀性能非常好的顆粒污泥,能夠允許較大的上流速度和很高的容積負荷. UA SB 反應(yīng)器運行的3個重要的前提是 :1反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥;出

3、產(chǎn)氣和進水的均勻分布所形成良好的自然攪拌作用;設(shè)計合理的三相分離器,能使沉淀性能良好的污泥保留在反應(yīng)器內(nèi)( 二)設(shè)計作用UASB，即上流式厭氧污泥床，集生物反應(yīng)與沉淀于一體，是一種結(jié)構(gòu)緊湊，效率高的厭氧反應(yīng)器。它的污泥床內(nèi)生物量多，容積負荷率高，廢水在反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時間較短，因此所需池容大大縮小。設(shè)備簡單，運行方便，勿需設(shè)沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也不需在反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)機械攪拌裝置，造價相對較低，便于管理，且不存在堵塞問題。( 三)設(shè)計參數(shù)選用設(shè)計資料參數(shù)如下：參數(shù)選取：a) 容積負荷（ Nv）為： 6kgCOD/(m3 ·d)b) 污泥產(chǎn)率為： 0.1kgMLSS/kgC

4、ODc) 產(chǎn)氣率為： 0.5m 3/kgCOD 設(shè)計水量：Q=1500m3/d=62.5m3/h=0.0174m3/s。水 質(zhì) 指 標(biāo)BOD（ L）SS（ L）COD（ L）150070進水水質(zhì)230090%90%/設(shè)計去除率設(shè)計出水水質(zhì)23015070( 四)設(shè)計計算1. 反應(yīng)器容積計算 ：Q S0 SeUASB有效容積為V=N V有 效式中： V 反應(yīng)器有效容積，3m；有效2= L×B×H = 8×6×6 = 288m3S0 、 Se 進出水 COD的濃度 ,kgCOD/m3 ；Q 設(shè)計流量， m3 /d ；N v 容積負荷 ,kgCOD/(m 3

5、·d) 。V 有效= 1500 2.3 0.2363= 517.5m采用 2 座相同的 UASB反應(yīng)器則每座反應(yīng)器的有效容積為:V 單=517.5/2 = 258.75m 3。根據(jù)經(jīng)驗， UASB最經(jīng)濟的高度一般在3 6m之間，并且大多數(shù)情況下，這也是系統(tǒng)最優(yōu)的運行范圍。取有效水深h = 6m258.7543.125m2則底面積： A6采用矩形池比圓形池較經(jīng)濟。有關(guān)資料顯示，當(dāng)長寬比在時，基建投資最省。取長L = 8m，寬 B = 6m則實際橫截面積為：A1 = L ×B = 8× 6 = 48m實際總橫截面積為：A = 48 × 2 = 96m 2本工

6、程設(shè)計中反應(yīng)器總高取H = 6.2m( 超高 h1 =0.2m)則單個反應(yīng)池的容積為： V反應(yīng)池的總?cè)莘e為V總 = 288× 2 = 576m 3。V576水力停留時間為： tHRT9.216hQ62.52：1 左右2Q62.5232.h)表面水力負荷為 : q480.651m/( mA1對于顆粒污泥，表面水力負荷 q = 0.1-0.9m3/( m 2·h) ，故符合設(shè)計要求。2. 三相分離器設(shè)計 ：三 相分 離器 一般 設(shè)在 沉淀 區(qū)的下部 , 但有 時也可 將其設(shè)在反 應(yīng)器的項部 .三相分離器的主要作用是將氣體( 反應(yīng)過程中產(chǎn)生的沼氣) 、固體( 反應(yīng)器中的污泥) 和

7、液體 ( 被處理的廢水) 等三相加以分離.將沼氣引入集氣室 ,將處理出水引入出水區(qū),將固體顆粒導(dǎo)入反應(yīng)區(qū).他由氣體收集器和折流擋板組成.只有三相分離器是UA SB 反應(yīng)器污水厭氧處理工藝的主要特點之一.他相當(dāng)于傳統(tǒng)污水處理工藝中的二次沉淀池,并同時具有污泥回流的功能.因而三相分離器的合理設(shè)計是保證其正常運行的一個重要內(nèi)容. 三相分離器設(shè)計計算草圖見圖5-2:3圖 5-2 三相分離器設(shè)計計算草圖h1h2h5FCEh4IHDh3B50 0b 1b 2Ab 1( 一 )設(shè)計說明：三相分離器要具有氣、液、固三相分離、污泥回流的功能。三相分離器的設(shè)計主要包括沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離器的設(shè)計。本工程設(shè)計中

8、， 每池設(shè)置1 個三相分離器， 三相分離器的長度為b=8m，寬度為： d = 6m 。1) 沉淀區(qū)的設(shè)計：三相分離器的沉淀區(qū)的設(shè)計同二次沉淀池的設(shè)計相同，主要是考慮沉淀區(qū)的面積和水深，面積根據(jù)廢水量和表面負荷率決定。由于沉淀區(qū)的厭 氧污泥及 有 機物還 可以發(fā)生一 定的生 化反應(yīng)產(chǎn)生 少量氣體，這對固液分離不利，故設(shè)計時應(yīng)滿足以下要求：沉淀區(qū)水力表面負荷< 1.0 m/h ；沉淀器斜壁角度在 45° - 60°之間，使污泥不致積聚，盡快落入反應(yīng)區(qū)內(nèi)；進入沉淀區(qū)前，沉淀槽底縫隙的流速2 m/h ；總沉淀水深應(yīng)大于1.5 m ；水力停留時間介于1.5 2 h 。沉淀區(qū)（集

9、氣罩）斜壁傾角 50°。沉淀區(qū)的沉淀面積即為反應(yīng)器的橫截面積，即48m2 。如果以上條件均能滿足，則可達到良好的分離效果。沉淀區(qū)的表面水力負荷為： q = Q/A =62.5 20.65m3 /(m2 .h)484q < 1.0m 3/( m 2·h) ，符合設(shè)計要求 。2) 回流縫設(shè)計：設(shè)單元三相分離器的長b = 8m，寬 d = 6m上下三角形集氣室斜面水平夾角為 50°取保護水層高度（即超高）h1= 0.3m上三角形頂水深 h2 = 0.5m，下三角形高度 h3 = 1.5m則下三角形集氣室底部寬為：b1h3 tan式中：b1下三角集氣室底水平寬度，m

10、 上下三角集氣室斜面的水平夾角h3 下三角集氣室的垂直高度，mb11.5 tan 501.26m則相鄰兩個下三角形集氣室之間的水平距離：b2 = L 2b1= 8 2×1.26 =5.48m則下三角形回流縫的面積為：S1 = b 2· B = 5.48×6 =32.88m 2下三角集氣室之間的污泥回流逢中混合液的上升流速(V 1 ) 可用下式：V1 =Q1/S1式中：Q 1反應(yīng)器中廢水流量，m3 /h ；S1 下三角形集氣室回流逢面積，2m。162.5 20.95m / hV =32.88設(shè)上三角形集氣室回流縫的寬度CD= 1.4m ，則上三角形回流縫面積為： S

11、2=CD·B·2=1.4 × 6×2=16.8m 2上下三角形集氣室之間回流逢中流速(V 2 ) 可用下式計算：V2 =Q1/S2式中：Q1 反應(yīng)器中廢水流量，3m/h ；S 上三角形集氣室回流逢的之間面積，2m。2V2= 62.521.86m / h16.85則 V1 < V 2 < 2.0m/h ，符合設(shè)計要求。確定上下三角形集氣室的相對位置及尺寸，由圖可知：CH=CD×sin40 ° =1.4 ×sin 40° 0.9m設(shè)上集氣罩下底寬CF=5.6m，則：DH=CD×sin50 

12、6;=1.4 ×sin50° 1.07mDE=2DH+CF=2×1.07+5.6=7.74m11DI= 2 (DE-b2 )= 2 (7.74-5.48)=1.58mAI=DItan50° =1.58 ×tan50 ° =1.33m故 h 4=CH+AI=0.9+1.33=2.23m 。取 h5=0.7m ，由上述尺寸可計算出上集氣罩上底寬為：CF-2h5 ·tan40 °=5.6- 2×0.7 ×tan40 °=4.43mBC=CD/sin40°=1.4/sin40

13、76;=2.18mAD=DI/cos50°= 1.58 /cos50 °=2.46mBD=DH/cos50°=1.07/cos50 °=1.66mAB=AD-BD=2.46-1.66=0.8m3) 氣液分離設(shè)計：取 d = 0.01cm( 氣泡 ) ， T = 20 0水的密度 1 = 1.03g/cm3空氣的密度-3g/cm3 g = 1.2 ×10水的運動粘度 = 0.0101cm2 /s碰撞系數(shù) = 0.95水的粘度 = 1 = 0.0101 ×1.03 = 0.0104g/cm ·s。一般廢水的粘度 廢 水 凈水的粘

14、度 凈 水 ，故取 = 0.02g/cm ·s。由斯托克斯公式可得氣體上升速度為：Vbg1g d 2180.959.811.031.210 30.012= 18 0.02= 0.266cm/s= 9.58m/h取 Va = V2 = 1.86m/h ，則：6BC2.18Vb9.582.735.15 ， AB0.8Va1.86VbBCVa >AB , 故滿足設(shè)計要求 .4) 三相分離器與 UASB的高度設(shè)計：三相分離器總高度： h = h 2 + h 4 +h5 =0.5+2.23+0.7=3.43m 3. 5m UASB的總高 :H = 6.2m( 超高 h1 =0.2m)反應(yīng)

15、區(qū)高 2.6m，其中污泥區(qū)高1.6m，懸浮區(qū)高1m。沉淀區(qū)高 3.4m( 五 )進水系統(tǒng)設(shè)計：1. 布水點的設(shè)置：進水方式的選擇應(yīng)根據(jù)進水濃度及進水流量來定，本設(shè)計采用連續(xù)均勻的進水方式，一管多點的布水方式。一共設(shè)置64個出水孔，每個反應(yīng)池各 16 個出水孔。所取容積負荷為6kgCOD/(m3·d) ，據(jù)資料，每個點的布水負荷面積大于248/16 =3m222m 。每個布水點的負荷面積為： 2m，滿足設(shè)計要求。2. 布水管的設(shè)置：每個反應(yīng)池采用樹枝穿孔管配水，每個反應(yīng)池中設(shè)置4 根支管，布水支管的直徑采用DN100mm。布水支管的中心距為2m，管與墻的距離為1m；出水孔孔距 1.2m

16、 ，出水孔距墻為 0.7m 。孔口向下并與垂線呈45°角。兩個池子的總管管徑取DN200mm，流速為1.5m/s ；每個池子的總管管徑取 DN150mm，長 L=10m，流速為 1.35 m/s 。為了使穿孔管隔空出水均勻，要求出口流速不小于2m/s，取其流速為u = 2m/s ，則布水孔孔徑為： d4Q462.5 20.0151m 取 16mm3600n u3600 24 3.142為了增強污泥與廢水之間的接觸，減少底部進水管的堵塞，進水點距反應(yīng)池池底200-500mm，本設(shè)計布水管離池底300mm。布水系統(tǒng)設(shè)計圖如圖 5-3：圖 5-3 布水系統(tǒng)設(shè)計示意圖7( 六 )出水系統(tǒng)設(shè)計

17、：1. 出水槽設(shè)計 ：為了保持出水均勻，沉淀區(qū)的出水系統(tǒng)通常采用出水槽。此設(shè)計中沿反應(yīng)器的短邊設(shè)置兩條出水槽，而出水槽每隔一定的距離設(shè)三角出水堰。每個反應(yīng)池有1 個單元三相分離器，出水槽共有2 條，槽寬be = 0.3m 。反應(yīng)器流量：q1500 20.00868 m3 / s246060取出水槽口附近水流速度為vc = 0.3m/s，槽口附近水深為0.3m ，出水槽坡度為0.1 ；出水槽尺寸5m×0.5m×0.5m。2. 溢流堰設(shè)計 ：每個反應(yīng)器中出水槽溢流堰有2 條，每條長 5m。設(shè)計900 三角堰，堰高 5mm，堰口寬為 100mm，則堰口水面寬b=50mm。每個 U

18、ASB反應(yīng)器處理水量 7.2L/s，查知溢流負荷為1-2L/（m·s），設(shè)計溢流負荷f = 1.256 L/（m·s）則堰上水面總長為：q8.76.9 7mL1.256fL6.0120n0.05三角堰數(shù)量 ：b個每條溢流堰三角堰數(shù)量：120/6=20 個一條溢流堰上共有20 個 10mm的堰口， 20 個 10mm的間隙。3. 出水渠設(shè)計 ：每個反應(yīng)器沿長邊設(shè)1 條矩形出水渠，長為8.6m， 2 條出水槽的出水流至此出水渠。設(shè)出水渠寬0.8m ，坡度0.01 ，出水渠渠口附近水流速度為 0.3m/s80.0087則渠口附近水深 :0.048m0.30.6以出水槽槽口為基準(zhǔn)計

19、算，出水渠渠深：0.3+0.048=0.348m，出水渠取 0.6m 深，出水渠的尺寸為： 8m×0.8m×0.6m。4. UASB排水管設(shè)計 ：每個 UASB反應(yīng)器排水量為7.2L/s ，選用 DN150鋼管排水，充0.6 ，管內(nèi)水流速度為：設(shè)計坡度為0.01 ；總管流量為 13.9L/s ，選用 DN200鋼管排水，充滿度為0.6 ，管內(nèi)水流速度為 ： v20.01392 = 0.368m/s ，設(shè)計坡度為0.60.20.01 。( 七)排泥系統(tǒng)設(shè)計 ：每日產(chǎn)生的懸浮固體P SS = Q·（ S0 -S e ）·· E式中：Q 設(shè)計流量， m3/d ；污泥產(chǎn)率， kgSS/kgCOD；0e3；S、 S進出水 COD的濃度 ,kgCOD/mE 去除率，本設(shè)計中取90%。P = （ 2300-230）× 0. 90×0.1 × 1500 ×10-3= 279.45kgSS/dSS100 Pss每日產(chǎn)泥量為：W =100 - P r式中：