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UASB的设计计算

6.1UASB反应器的有效容积（包括沉淀区和反应区）

设计容积负荷为Nv5.0kgCOD/（m3/d）

进出水COD浓度C011200（mg/L）,Ce1680（mg/L）（去除率85%）

V=^E150011.20-85

5.0

2856m3

式中Q—设计处理流量m3/d

Co—进出水COD浓度kgCOD/

E—去除率

Nv—容积负荷，Nv5.0kgCOD/（m3/d）

6.2UASB反应器的形状和尺寸

工程设计反应器3座，横截面积为矩形。

（1）反应器有效高为h6.0m则

横截面积：

SV有效竺6=476（m2）

2：

1以下较合适。

h6.0

设池长116m，则宽

158.7cc

9.9m

，设计中取

单池截面积：

Silb

160（m2）

（3）设计反应器总高

7.5m，其中超高

0.5m

单池总容积：

VS；

160

（7.50.5）

1120（m3）

单池有效反应容积：

i有效

Si'

h1606

960（m3）

单个反应器实际尺寸：

16m10m

7.5m

b10m

反应器总池面积：

SSin1603480（m2）

单池面积：

Si§勺6158.7（m2）

（2）单池从布氺均匀性和经济性考虑，矩形长宽比在

总有效反应容积：

V有效Vi有效n96032880（m3）2856m3符合有机负荷要求。

UASB

反应器体积有效系数：

2880

3360

100%

85.7%在70%-90%之间符合要求。

水力停留时间（HRT）及水力负荷（

Vr）

tHRT

V空02446.08h

Q1500

S昙0.畑3/（心

根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷Vr

0.1

0.9m3/（m2.h）故符合要求。

6.3三项分离器构造设计计算

（1）沉淀区设计

根据一般设计要求，水流在沉淀室内表面负荷率

'32

q0.7m/（m.h）沉淀室底部进水口

表面负荷一般小于2.0m3/（m2.h）。

本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置

13个集气罩，构成6个分离单元，则每

池设置6个三项分离器。

三项分离器长度：

10（m）

每个单元宽度：

—2.7（m）

沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积即160m2

沉淀区表面负荷率:

鱼20.830.13m3/（m2.h）1.02.0m3/（m2.h）

图2.2三项分离器

（2）回流缝设计

设上下三角形集气罩斜面水平夹角

为55°，取h31.3m

b11.30.91（m）

tantan55

b2b2b,2.720.910.88（m）

式中：

b—单元三项分离器宽度，m；

bi—下三角形集气罩底的宽度，m；

b2—相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回流缝之一）

，m；

h3—下三角形集气罩的垂直高度，m；

下三角集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速

a,nb2l

20.881052.8（m2）

V1—

Qi誥0.39（m/h）

式中：

vi—下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速,

m/h;

a,—下三角形集气罩回流缝总面积,

I—反应器的宽度，即三项分离器的长度b,m；

n—反应器三项分离器的单元数;

为使回流缝水流稳定，固、液分离效果好，污泥回流顺利，一般

2m/h，上三角

b3CD0.3m

集器罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝中水流的流速。

设

a22nb3l260.31036（m2）

V2Q-田型0.58（m/h）a236

式中：

V2—上三角集气罩下断语下三角集气罩斜面之间水平距离的回流缝中水流的流速,

m/h;

a2—上三角形集气罩回流缝总面积,

m2；

b3—上三角形集气罩回流缝的宽度，m；

假设a2为控制断面Amin,

般其面积不低于反应器面积的20%，V2就是Vmax，同时要

满足：

v1v2（vmax）2.0m/h

气、液分离设计由上图2.1知:

CDsin550.3sin550.24（m）

CE0.24、

0.42（m）sin35sin35

设AB0.5m则

b^）tan55（0.5cos55n551.04（m）

校核气、液分离。

如图2.2所示。

假定气泡上升流速和水流速度不变，根据平行四边形

h4（ABcos55

法则，要使气泡分离不进入沉淀区的必要条件是:

鱼竺或BCvaABAB

沿AB方向水流速度：

B2N

02鳶X0.72（m/h）

式中：

B—三项分离器长度,

m；

N—每池三项分离器数量;

气泡上升速度：

Vb—（1

g）d2

式中：

d—气泡直径,

cm；

1—液体密度,

g/cm；

g—沼气密度,

g/cm3;

—碰撞系数，取0.95；

废水动力黏滞系数,

g/（cm.s）;

设气泡直径d0.01cm，设水温30°C,11.03g/cm3,g1.13103g/cm3

v0.010cm/s，

0.95;

0.01011.030.0104[g/（cm.s）

由于废水动力黏滞系数值比净水的大，取

0.02g/（cm.s）

则:

Vb册（1.031.1310

3）0.0120.266（cm/s）9.58（m/h）

0.42

0.5

0.84

需13.31

BC可以脱去d0.01cm的气泡

三项分离器与UASB高度设计

则:

h0.51.3

1.04

0.47

2.37（m）

式中:

h2—集气罩以上的覆盖水深，取

0.5m

1.3

1.59（m）

sin55

AFBD

1.460.5

cos55

1.590.5

0.52

0.57m

DFsin55

0.57

sin550.47（m）

三相分离区总咼度：

hh2h3

h4h5

UASB总高度H=7.5m，沉淀区高

2.5m，污泥床高2.0m，悬浮区高2.5m，超高0.5m。

6.4布水系统的设计计算

反应器布水点数量设置预处理流量、进水浓度，容积负荷等因素有关，有资料知，颗粒污泥Nv4kgCOD/（m3.d）每个布水点服务2-5m2,出水流速2-5m/s,配水中心距池底一般

为20-25cm。

6.4.1配水系统:

配水系统形式采用多管多孔配水方式，每个反应器设

1根D=100mm的总水管，16根

2.0m，配水

d=50mm的支水管。

支管分别位于总水管两侧，同侧每根只管之间的中心距为

孔径取15mm孔距2.0m，每根水管有3个配水孔，每个孔的服务面积

2.01.673.34（m2）孔口向下。

642

布水孔孔径的计算:

流速u

-^Q-=420.8320.74（m/s）

3600D236003.140.12

布水孔

31648个，出水流速为u2.1m/S，则孔径为:

420.83

dJr239.0（mm）取15mm

¥36003.14482.1

本装置采用连续进料方式，布水口向下，有利于避免管口堵塞，而且由于

UASB反应

器底部反射散布作用，有利于布水均匀,

为了污泥和废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，建议进水点距反应底部

200~300mm,本工程设计采用布水管离UASB底部200mm处。

布水管设置在距UASB反应

器底部200mm处。

6.4.3验证

温度30C,容积负荷5.0kgCOD/（m3.d），沼气产率0.4m3/kgCOD，满足空塔水流

速度u1.0m/h,

空塔沼气上升速度：

Ug1.0m/h

空塔水流速度:

Q62.50.13（m/h）1.0（m/h）满足要求。

S总480

空塔气流速度:

QC。

62.511.2O.85O.40.50（m/h）1.0（m/h）

480

满足要求。

式中

C0—进水COD的浓度

—COD的去除率，80%

6.5排泥系统的设计计算

6.5.1UASB反应器中污泥总量计算

平均浓度为20VSS/L，则一

般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成,座UASB反应器中污泥总量:

GVCss28562057120（kg/d）57.12（t/d）

6.5.2污泥产量

厌氧生物处理污泥产量取0.08kgMLVSS/kgCOD，剩余污泥量的确定与每天去

除的有机物量有关，当设有相关的动力学常数时，可根据经验数据确定，一般情况下,

可按

每去除IkgCOD产生0.05~0.10kgVSS计算，本工程取

0.08kgVSS/kgCOD。

流量Q62.5m3/h，进水COD浓度C011200（mg/L）11.2（kg/m3）,COD

去除率

E85%，则

（1）UASB反应器的总产泥量

QC0E0.0862.52411.20.85

1142.4（kgMLVSS/d）

（2）不同试验规模下MLVSS是不同的，因为规模越大,

MLSS

被处理的废水含无机杂质越多,

因此取MLVSS

MLSS

0.8，则

11424

X，081428（kgMLSS/d）

1428476（kgMLSS/d）

（3）污泥含水率

98%，当污泥含水率〉95%时，取

1000（kg/m3）

则污泥产量：

1428

1000

（198%）71.4（m/d）

单池排泥量：

她j

71.4

23.8（m3/d）

（4）污泥龄

40（d）

G57120

X'1428

6.6排泥系统的设计

在距UASB反应器底部100cm和200cm高处个设置两个排泥口，共4个排泥口。

排泥

时由污泥泵从排泥管强排。

反应器每天排泥一次，各池的污泥由污泥泵抽入集泥井中，排泥管选钢管DN150mm。

由计算所得污泥量选择污泥泵，型号为：

WQK25—15—3污泥泵,

主要性能：

流量：

Q=25m3/h；扬程：

H=15m;电机功率：

P=3Kw;数量：

2台;

用两台泵同时给两组反应器排泥，设每天排泥一次

6.7出水系统设计计算

出水是否均匀对处理效果

出水系统的作用是把沉淀区液面的澄清水均匀的收集并排出,有很大的影响且形式与三向分离器及沉淀区设计有关。

6.7.1出水槽设计

对于每个反应池有6个单元三项分离器，出水槽共有6条，槽宽0.2m6.7.2单个反应器流量:

qi蟲鶉0.0058（m3/S）

6.7.3出水槽

设出水槽槽口附近水流速度为0.2m/S

则槽口附近水深

取槽口附近槽深为

0.0058

忑0.0242（m）

0.20m,

出水槽坡度为0.01，出水槽尺寸：

10m0.2m

0.2m，出水槽

数量为6座。

6.7.4溢流堰设计

出水溢流堰共有12条

（62），每条长10m。

设计90°三角堰，堰高

50mm，堰口

宽100mm，则堰口水面宽

50mm。

每个UASB反应器处理水量

5.8L/S，查得溢流负荷为12L/（m.S）

设计溢流负荷为f

1.0L/（m.s），则溢流堰上水面总长为:

5.8

击5.8（m）

三角堰数：

每条溢流堰三角堰数:

5.83116个取

50103

140—14个

140个

一个溢流堰上共有14个100mm的堰口,

10个1000mm的间隙。

堰上水头校核

每个堰处流率：

q比

140

4.14

105（m/s）

按90°三角堰计算公式:

1.43h2.5

则堰上水头：

h（―J）0"

1.43

（晋严）。

1.43

0.015（m）

6.7.5出水渠设计计算

UASB反应器沿长边设一条矩形出水渠,

6条出水槽的出水流至此出水渠,

设出水渠宽

渠口附近水深:

q5.8103ua0.30.2

以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深:

里出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离为:

0.097（m）

0.2

0.097

2.70

0.2970.30（m）

14.75（m）

出水渠长为:

14.75+0.1=14.85（m）

出水渠尺寸:

14.85m0.30m0.30m

向渠口坡度为:

0.001

6.7.6UASB排水管设计

Q=17.36L/s,选用D=150mm的钢管排水,

充满度为

0.6,设计坡度为0.001，管内水流

速度为v=1.02m/s

6.8沼气收集系统设计计算

（1）沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率取

0.4m3/kgCOD

总产气量：

GQC0E0.4150011.20.855712（m/d）

G5712

则单个UASB反应器产气量：

G———1904（m3/d）

（2）集气管：

每个集气罩的沼气用一根集气管收集，单个池子共有

13根集气管，每根集

气管内最大流量1.7103（m3/s）

根据资料，集气室沼气出气管最小直径

d=100mm本设计中取100mm，结构图2.3如下:

（3）沼气主管：

每池13根集气管,

选通到一根单池主管然后再汇入两池沼气主管，采用

则单池沼气主管内最大气流量：

钢管，单池沼气主管道坡度为0.5%。

19043

24-936000.0220（m/s），D150mm,充满度设

图2.3UASB集气罩

（4）管内最大气流量：

5712

243600

0.0661（m3/s）

取D=200mm;充满度0.6;

流速v=

哼土3.51m/s

0.220.6

6.9水封罐设计

水封罐主要是用来控制三项分离器的集气室中气、

液两相界面高度的，因为当液面太高

或波动时浮渣或浮沫可能会引起出气管的堵塞或使气体部分进入沉降室,

同时兼有隔绝和排

除冷凝水作用，每一反应器配一水封罐。

6.9.1水封高度

取H=H1H0

式中H0—反应器至储气罐的压头损失和储气罐的压头

为保证安全取储气罐内压头，集气罩中出气气压最大

Hi取2mH2。

，储气罐内的压强

H0为400mmH2。

，贝UH=2-0.4=1.6m

取水封高度为2.5m,直径为1500mm,进水管、出气管各一根，D=200mm.

进水管、放空管各一根，D=50mm,并设液面计。

6.9.2气水分离器

气水分离器起到对沼气高燥的作用，选用500mmH1800mm钢制气水分离器4个,

气水分离器中预装钢丝填料，在气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计及压力表。

6.9.3沼气柜容积确定

由上送股计算知该处理中日产沼气5712m3=238m3/h，则沼气柜容积应为4h产气量

设计选用300钢板水槽内导轨湿式贮气柜，尺寸为：

10000mmH10000mm。

6.10UASB的其他设计考虑

在池壁高度上设置若干个取样管，

用以采取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在高度

方向上的浓度分布情况，在距反应器底

1.1~1.2m位置，沿池壁高度上设置4根，沿反应器

高度方向各管相距0.8m，水平方向各管相距2.0m。

取样管选用DNIOOmm的钢管，取样口

设于距地面1.1m处，配球阀取样。

6.10.2检修

1）人孔

为便于检修，在UASB反应器距地坪1.0m处设置600mm人孔一个

2）风

为防治部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向

UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）

3）采光

为保证检修时采光，除采用临时灯光外，不设UASB预盖。

6.10.3防腐措施

厌氧反应器腐蚀比较严重的地方是反应器的上部，此处无论是钢材或是水泥都会被损

坏，因此，UASB反应器应重点进行顶部的防腐处理。

在水平面以下，溶解的

C02会发生

腐蚀，水泥中的CaO会因为碳酸的存在而溶解。

沉降斜面也会腐蚀，为了延长反应器的使

用寿命，反应器的防腐措施是必不可少的。

本次设计中，反应器上部

2m以上池壁用玻璃钢

防腐，三相分离器-所有裸露的碳钢部位用玻璃钢防腐。

6.10.1．取样管设计

1.12.6UASB反应池的设计计算

2.6.1设计参数

①设计流量100m3/d；

②进水COD=19000mg/L,去除率为75%；

③容积负荷NV=5kgCOD/（m3.d）；

④污泥产率为0.1kgMLSS/kgCOD

⑤产气率为0.4m3/kgCOD；

1.1.22.6.2UASB反应器结构尺寸计算

①反应器容积计算（包括沉淀区和反应区）

UASB有效容积为:

空1001975%285m3

式中V有效一反应器有效容积，m3；

Q—设计流量，

m3/d；

So—进水有机物浓度，kgCOD/m

--COD去除率，%；

Nv--容积负荷，kgCOD/（m3.d）；

②UASB反应器的形状和尺寸,

本工程设计单座反应器，由于圆形池子布水均匀，处理效果好，所以横截面设为圆形;

反应器有效高度h1=7m，则

横截面积S

V有效竺40.8m2h17

反应器直径D

/48U40.8N

7.2m，取7.5m

则池子横截面积:

cD3.147.52

S45m

水力停留时间

（HRT）tHRT

罟需2.85d

水力负荷q

100

§8640045

0.10m3/（m2h）1.0，符合要求。

1.1.32.6.3三相分离器构造设计

三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。

1沉淀区设计

沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，即S1=45m2。

沉淀区的表面负荷率qQ

100

86400450.1m3/（m2h）10

2回流缝设计

设上下三角形集气罩斜面水平夹角

50，上三角形集气罩的的顶角为

，取

V1）可用下式计算:

100

V1S18640013.45

0.32m2.0m/h，符合设计要求。

设上三角形集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝的宽度

b3=CD=0.8m,

上集

h32m；则

b1匹一^1.68m

tgtg50

式中h3—下三角集气罩水平宽度，m；

--下三角形集气罩斜面的水平夹角;

h3--下三角形集气罩的垂直高度，m；

则相邻两个下三角形集气罩斜面之间的水平距离

b2D2b17.521.684.14m

则下三角形回流缝面积为

d23.144.1422

S—-13.45m

F三角形集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速（

气罩下底宽CF=4.6m，则上三角形回流缝面积为:

CDsin50

0.8sin500.62m

（CFDE）

—_2

3.14他6O.6224.6）16.39m2

则v2

100

s28640016.39

0.26m/hv12m/h，符合设计要求。

确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸,

如图

CDsin400.8sin40

0.52m

2DH

DItg50

h4CH

1.2m

CF20.624.6

（DEb2）tg50

5.84m

Q844.14）tg501.02m

0.521.021.54m

由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为:

4.621.2tg402.59m。

0.8

sin40

DEb2

5.84

0.85

cos50

0.62

cos50

2h5tg40

1.25m

1.32m

0.96m

ADBD

1.32

4^0.85m

③气液分离设计

0.960.36m

由斯托克斯公式可得气体上升速度为:

11g宀

式中

d—气泡直径，

cm;

1--液体密度，

g/cm3;

g--沼气密度，

g/cm3;

=g=

09598132

（1.031.210）0.10.266cm/s9.58m/h

0.02

--碰撞系数，取0.95;

--废水的动力粘滞系数，

0.02g/cms;;

v--液体的运动粘滞系数,

cm2/s

取d0.01cm（气泡）,T20C;

0.95;

v10.0101

11.03g/cm3;g1.2103g/cm3;v0.0101cm2

1.030.0104g/cms。

/s;

•般废水的

大于净水的

故取=0.02g/cms;

VaV2

0.26m/h

旦3.47,

0.36

则土95836.85，BC

Va0.26AB

业AB，故满足要求。

VaAB

④三相分离器与UASB高度设计

图2-4三相分离器设计计算草图

三相分离区总高度hh2h3h4h50.521.541.22.84m

h2为集气罩以上的覆盖水深，取0.5m,

UASB总高度H=9.0m,悬浮区4.16m,沉淀区高度2.84m,污泥区高1.5m，超高h1=0.5m。

⑤管道设计

设进水管流速为0.4m/s,则进水管管径为:

I4100

D1<3600243.140.4。

"佃，取0呎

4100

设出水管流速为0.4m/s,贝y,出水管管径为:

II0.061m，取80mm

\3600243.140.4

1.1.4

2.6.4布水系统设计计算

①本配水系统采用圆形布水器，共设36个不水点，每个布水孔直径为010mm采用连

续进水。

②圆环直径计算:

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