uasb反应器的设计计算secret.docx

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uasb反应器的设计计算secret

3.5UASB反应器的设计计算

3.5.1设计参数

（1）污泥参数

设计温度T=25C

容积负荷Nv=8.5kgCOD/（mId）污泥为颗粒状污泥产率O.lkgMLSS/kgCOD,

产气率0.5m/kgCOD

333

（2）设计水量Q=2800m/d=116.67m/h=0.032m/s。

（3）水质指标

表5UASB反应器进出水水质指标

水质指标

COD（mg/）

BOD（m/）

SS（m/）

进水水质

3735

2340

568

设计去除率

85%

90%

/

设计出水水质

560

234

568

3.5.2UASB反应器容积及主要工艺尺寸的确定[5]

（1）UASB反应器容积的确定

V=QS0/Nv

本设计采用容积负荷法确立其容积V

V—反应器的有效容积（m3）

S0—进水有机物浓度（kgCOD/L）

V=34003.735/8.5=1494m3

取有效容积系数为0.8，则实际体积为1868m3

（2）主要构造尺寸的确定

UASB反应器采用圆形池子，布水均匀，处理效果好。

取水力负荷q1=0.6m3/（m2d）

则实际横截面积

Mx59.03

3.14

二8.67m

取D=9m

22

A2=3.14D/4=63.6m

反应器表面积

反应器高度

2

A=Q/q1=141.67/0.6=236.12m

H=V/A=1868/236.12=7.9m取H=8m

采用4座相同的

UASB反应器，则每个单池面积A1为：

A1=A/4=236.12/4=59.03m2

实际表面水力负荷qj=Q/4A2=141.67/563.6=0.56

5在0.5—1.5m/h之间，符合设计要求。

3.5.3UASB进水配水系统设计

（1）设计原则

1进水必须要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基本相等，防止短路和表

面负荷不均；

2应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌；

3易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。

本设计采用圆形布水器，每个UASB反应器设30个布水点。

（2）设计参数

每个池子的流量

3

Qi=141.67/4=35.42m/h

（3）设计计算

查有关数据⑹，对颗粒污泥来说，容积负荷大于4m3/（m2.h）时，每个进水口的负荷

须大于2m2

22

贝U布水孔个数n必须满足nD/4/n>2即n

个

22

贝U每个进水口负荷a=nD/4/n=3.1499/4/30=2.12m

可设3个圆环，最里面的圆环设5个孔口，中间设10个，最外围设15个，其草图

见图4

1内圈5个孔口设计

2

服务面积：

S1=52.12=10.6m

折合为服务圆的直径为：

倚「410・6=3.67m

|兀V3.14

5个孔口

用此直径用一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布则圆环的直径计算如下：

2

3.14di/4=Si/2

di

2Si210.6

”〒3.14

=2.6m

2中圈10个孔口设计

服务面积：

S1=102.12=21.2m2

折合为服务圆的直径为：

4QS2）「4（他21・2）,.36m

VnV3.14

则中间圆环的直径计算如下：

22

3.14（6.36—d2）/4=S2/2

则d2=5.2m

3外圈15个孔口设计

2

服务面积：

S3=152.12=31.8m

折合为服务圆的直径为

4（SS2Ss）

：

4汉（10.6+21.2+31.8）90m

3.14

则中间圆环的直径计算如下:

22

3.14（92—d32）=S3/2

则d3=7.8m

布水点距反应器池底120mm;孔口径15cm

0

图4UASB布水系统示意图

3.5.4三相分离器的设计

，三相分离器的设计

对污泥床的正常运行

（1）设计说明UASB的重要构造是指反应器内三相分离器的构造

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。

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：

沉淀区的表面水力负荷<1.0m/h;

三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5〜1.0m;

沉淀区四壁倾斜角度应在45o〜60o之间，使污泥不积聚，尽快落入反应区内;

沉淀区斜面高度约为0.5〜1.0m;

进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速<2m/h

总沉淀水深应>1.5m

水力停留时间介于1.5〜2h;

分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上;

以上条件如能满足，则可达到良好的分离效果。

（2）设计计算

本设计采用无导流板的三相分

①沉淀区的设计

沉淀器（集气罩）斜壁倾角0=50。

沉淀区面积：

A=3.14D2/4=63.6m2

表面水力负荷q=Q/A=141.67/（463.6）=0.56m3/（m2.h）<1.0m3/（m2.h）符合要求

②回流缝设计

h2的取值范围为0.5—1.0m,h1一般取0.5取h1=0.5mh2=0.7mh3=2.4m

依据图8中几何关系，则b1=h3/tan0

b1—下三角集气罩底水平宽度，

0―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，m

b1=2.4/tan50=2.0mb2=b—26=9—22.0=5.0m

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=Q1/S1=4Q1/3.14b2

3

Q1—反应器中废水流量（m/s）

S1—下三角形集气罩回流缝面积（m2）

141.67/4

V-i21.8m/h：

：

2m/h符合要求

3.145.0/4

上下三角形集气罩之间回流缝流速V2的计算：

V2=Q〃S2

S2—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，CE>0.2m取CE=1.0m

CF—上三角形集气罩底宽，取CF=6.0m

EH=CEsin50=1.0sin50=0.766m

EQ=CF+2EH=6.0+21.0sin50=7.53m

2

S2=3.14（CF+EQ）.CE/2=3.14（6.0+7.53）1.0/2=21.24m

V2=141.67/4/21.24=1.67m/h

V2

确定上下集气罩相对位置及尺寸

BC=CE/cos50=1.0/cos50=1.556m

HG=（CF—b2）/2=0.5m

EG=EH+HG=1.266m

AE=EG/sin40=1.266/sin40=1.97m

BE=CEtan50=1.19m

AB=AE—BE=0.78m

DI=CD=

h4=AD+DI=BC+DI=2.15m

h5=1.0m

气液分离设计

由图5可知，欲达到气液分离的目的，上、下两组三角形集气罩的斜边必须重叠，重叠

的水平距离（AB的水平投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离效果的影响越小，所以，重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键。

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：

VbADBC

vaABAB

要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是：

vbAD〔BC]

vaABiAB.丿

在消化温度为25C，沼气密度：

、g=1.12g/L;水的密度-=997.0449kg/m3；

水的运动粘滞系数v=0.0089X10-4m2/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

卫‘1-'gd2

18-

vb—气泡上升速度（cm/s）g—重力加速度（cm/s）

B—碰撞系数，取0.95

卩—废水的动力粘度系数，g/（cm.s）卩=v3

232

0.959.810997.0449-1.12100.01

180.00890.95

二0.616cm/s二21.96mh

水流速度va=v2=1.67mh,

校核:

Vb_21.96

Va一1.67

=13.15

BC

AB

1.556

0.78

-1.99

VbBC

VaAB

故设计满足要求。

图5三相分离器设计计算草图

3.5.5排泥系统设计

每日产泥量为

=3735>0.850.13400>10_3=1079kgMLSS/d则每个UASB每日产泥量为

W=1097/4=269.75kgMLSS/d

可用200mm的排泥管，每天排泥一次。

3.5.6产气量计算

每日产气量G=372&0.85>0.5>3400X10-3=5397m'/d=224.9m'/h

储气柜容积一般按照日产气量的25%〜40%设计，大型的消化系统取高值，小型的

取低值，本设计取38%。

储气柜的压力一般为2〜3KPa，不宜太大。

3.5.7加热系统

设进水温度为159，反应器的设计温度为259。

那么所需要的热量：

Qh=dF.fYtr—t）.qv/n

Qh—加热废水需要的热量，KJ/h;

dF—废水的相对密度，按1计算；

下一废水的比热容，kJ/（kg.K）;

qv—废水的流量，m3/h

tr—反应器内的温度，°C

t—废水加热前的温度，°C

n—热效率，可取为0.85

所以Qh=4.21（25—15）141.67/0.85=7000KJ/h

每天沼气的产量为5397m3,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：

（5397/24）22.7103=5.1106KJ/h，因此足够加热废水

所需要的热量。

3.5.8加碱系统

在厌氧生物处理中，产甲烷菌最佳节pH值是6.8~7.2，由于厌氧过程的复杂性，很难准

确测定和控制反应器内真实的pH值，这就要和靠碱度来维持和缓冲，一般碱度要

2000~5000mgCaCO3/L时，就会导致其pH值下降，所以，反应器内碱度须保持在1000mgCaCO3/L以上，因为为保证厌氧反应器内pH值在适当的范围内，必须向反应器中直

接加入致碱或致酸物质。

间接调节pH值。

主要致碱药品有：

NaCO3、NaHCO3、NaOH以

及Ga（OH）2[6]。

在UASB反应器中安装pH指示仪，并在加碱管路上设有计量装置，将计量装置和pH

指示仪用信号线连接起来，根据UASB反应器中pH值的大小来调整加碱量，当UASB反应器中pH值过低时，打开加碱管路上的开关，往UASB反应器中加碱，使pH值下降；反之，当UASB反应器中pH值过高时，关闭加碱管路上的开关，停止加碱，使pH值上升。