UASB的设计计算.docx

1、UASB的设计计算UASB的设计计算6.1 UASB反应器的有效容积(包括沉淀区和反应区)设计容积负荷为Nv 5.0kgCOD/(m3/d)进出水 COD 浓度 C0 11200(mg/L) , Ce 1680(mg/L)(去除率 85%)V=E 1500 11.2 0-85Nv5.032856m3式中Q 设计处理流量 m3/dCo进出水 COD浓度kgCOD/E去除率Nv 容积负荷，Nv 5.0kgCOD /(m3/d)6.2 UASB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h 6.0 m则横截面积：S V有效 竺6 = 476(m2)2： 1以下较合适。

2、h 6.0设池长1 16m，则宽b SL158.7 cc9.9m，设计中取i16单池截面积：Si lb1610160(m2)(3) 设计反应器总高H7.5m，其中超高0.5 m单池总容积：V S；H160(7.5 0.5)1120(m3)单池有效反应容积：Vi有效Sih 160 6960(m3)单个反应器实际尺寸：l bH16m 10m7.5mb 10m反应器总池面积： S Si n 160 3 480(m2)单池面积：Si 勺6 158.7(m2)n 3(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n 960 3 2880(m3) 2856m3符合有机负荷要

3、求。UASB反应器体积有效系数：28803360100%85.7%在70%-90%之间符合要求。水力停留时间(HRT )及水力负荷(Vr )tHRTV 空0 24 46.08hQ 1500VrS昙0.畑3/(心根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷 Vr0.10.9m3 /(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 3 2q 0.7m /(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：I

4、 b10(m)每个单元宽度：b -62.7(m)6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 20.83 0.13m3/(m2.h) 1.0 2.0m3/(m2.h)h3h1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 h3 1.3mb1 1.3 0.91(m)tan tan 55b2 b 2 b, 2.7 2 0.91 0.88(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

5、泥回流缝中混合液的上升流速a, n b2l2 0.88 10 52.8(m2)V1 a1Qi 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vi2m/h，上三角b3 CD 0.3m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a2 2nb3l 2 6 0.3 10 36(m2)V2 Q-田型 0.58(m/h) a2 36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

6、离的回流缝中水流的流速,m/h;a 2 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：v1 v2 (vmax) 2.0m/h气、液分离设计由上图 2.1知:CECD sin55 0.3 sin 55 0.24(m)CE 0.24 、 0.42( m) sin 35 sin35设AB 0.5m则CBb)tan55 (0.5 cos55 n55 1.04(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

7、泡分离不进入沉淀区的必要条件是:鱼竺或BC va AB AB沿AB方向水流速度：vaCEQiB 2 N02鳶X 0.72(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 ( 118g) d2式中：d 气泡直径,cm；1 液体密度,3g/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 d 0.01cm，设水温 30 C, 1 1.03g/cm3, g 1.13 10 3g/cm32v 0.010cm / s，0.95 ;0.0101 1.03 0.0104g/(cm.s)由于废水动力黏滞系数值比净水的大，取0

8、.02 g /(cm.s)则:Vb 册(1.03 1.13 103) 0.012 0.266(cm/s) 9.58(m/h)BC0.42AB0.50.84VbVa需 13.31VbVaBC可以脱去d 0.01cm的气泡AB三项分离器与UASB高度设计则:h 0.5 1.31.040.472.37(m)式中:h2 集气罩以上的覆盖水深，取0.5mAFh31.31.59(m)sin55sin55DFAF BDAB1.46 0.5CDcos551.59 0.50.520.57mh5DF sin 550.57sin 55 0.47(m)三相分离区总咼度： h h2 h3h4 h5UASB总高度H=7.

9、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Nv 4kgCOD/(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2.0 1.67 3.34(m2)孔口向

10、下。642布水孔孔径的计算:流速u-Q-= 4 20.83 2 0.74(m/s)3600 D2 3600 3.14 0.12布水孔3 16 48个，出水流速为u 2.1m/S，则孔径为:4 20.83d J r 23 9.0( mm)取 15mm3600 3.14 48 2.1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200300mm ,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3

11、0C,容积负荷5.0kgCOD/(m3.d)，沼气产率0.4m3/kgCOD，满足空塔水流速度 u 1.0m/h ,空塔沼气上升速度： Ug 1.0m/h空塔水流速度:Q 62.5 0.13(m/h) 1.0(m/h)满足要求。S总 480空塔气流速度:UgQC。62.5 11.2 O.85 O.4 0.50(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:G V Css 2856

12、20 57120( 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0.050.10kgVSS计算，本工程取0.08kgVSS/ kgCOD 。流量 Q 62.5m3/h，进水 COD 浓度 C0 11200(mg/L) 11.2(kg/m3), COD去除率E 85%，则(1)UASB反应器的总产泥量Q C0 E 0.08 62.5 24 11.2 0.851142.4(kgMLVSS/d)(2 )不

13、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MLVSSMLSS0.8，则1142 4X， 0 8 1428(kgMLSS/d)1428 476(kgMLSS/d)3(3)污泥含水率98%，当污泥含水率95%时，取1000(kg/m3)则污泥产量：Ws142810003(1 98%) 71.4(m /d)单池排泥量：她j71.4323.8(m3/d)(4) 污泥龄40(d)G 57120cX 14286.6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

14、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=25m 3/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0.2m 6.7.2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

15、近水流速度为 0.2 m / 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：10m 0.2m0.2m，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(6 2)，每条长10m。设计90三角堰，堰高50mm，堰口宽100 mm，则堰口水面宽50 mm。每个UASB反应器处理水量5.8L/S，查得溢流负荷为1 2L/(m.S)设计溢流负荷为 f1.0L/(m.s)，则溢流堰上水面总长为:5.8击 5.8(m)三角堰数：n -b每条溢流堰三角堰数:5.8 3 116个取50 10 3140 14个10140个一个溢流堰上共

16、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n1404.1410 5(m/s)按90三角堰计算公式:1.43h2.5则堰上水头：h (J)01.43(晋严)。.41.430.015(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:q 5.8 103 u a 0.3 0.2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)0.20.097162.7 00.297 0.30(m)14.75(m)出水渠长为:14.75+0.1=14.85 ( m

17、)出水渠尺寸:14.85m 0.30m 0.30m向渠口坡度为:0.0016.7.6 UASB排水管设计Q=17.36L/s,选用D=150 mm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/s6.8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 / kgCOD3总产气量：G QC0E 0.4 1500 11.2 0.85 5712( m /d)G 5712则单个UASB反应器产气量： G 1904(m3/d)33(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

18、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： q钢管，单池沼气主管道坡度为 0.5%。1904 324-93600 0.0220(m/s)，D 150mm,充满度设图2.3 UASB集气罩(4) 管内最大气流量：q571224 36000.0661(m3/s)取D= 200mm; 充满度0.6;流速v=哼土 3.51m/s0.22 0.66.9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

19、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= H1 H0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2m H 2。，储气罐内的压强H 0为 400mm H 2。，贝U H=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500mm H1800mm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

20、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=238 m3/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：10000mm H 10000mm 。6.10 UASB 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1.11.2m 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

21、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

22、，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1.1 2.6 UASB反应池的设计计算2.6.1设计参数设计流量100m 3/d ；进水COD=19000mg/L ,去除率为75% ；容积负荷 NV =5kgCOD/ （ m3.d）；污 泥 产率为0.1kgMLSS/kgCOD产气率为0.4 m 3/ kg COD ；1.1.2 2.6.2 UASB反应器结构尺寸计算反应器容积计算（包括沉淀区和反应区）UASB有效容积为:空 100 19 75% 285m3Nv式

23、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，kg COD / （ m3.d）；UASB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 SV有效 竺 40.8m2 h1 7反应器直径 D/48 U 40.8 N7.2m，取 7.5m则池子横截面积:2 2c D 3.14 7.5 2S 45m44水力停留时间(HRT)tHRT罟需2.85d水力负荷 q100Q 86400 450.10m3/(m2 h) 1.0，符合要求。1

24、.1.3 2.6.3三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 q Q10086400 45 0.1m3/(m2 h) 102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90，取V1 ）可用下式计算:100QV1 S1 86400 13.450.32m 2.0m/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h3 2m ；则b1 匹一 1.68mtg tg 50式中 h3 下三角集气罩水平宽度

25、， 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b2 D 2b1 7.5 2 1.68 4.14m则下三角形回流缝面积为2 2d2 3.14 4.142 2S - 13.45m4F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:DHCD sin500.8 sin50 0.62mS2(CF DE)_23.14 他6 O.62 2 4.6)16.39m2Vb则v2100Qs2 86400 16.390.26m/h v1 2m/h，符合设计要求。确定上下三角形集气罩相对位置及

26、尺寸,如图CHDEAlh5CD sin40 0.8 sin400.52m2DHDItg 50h4 CH1.2mCF 2 0.62 4.6(DE b2) tg505.84mQ84 4.14)tg50 1.02mAl0.52 1.02 1.54m由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为:CFAB4.6 2 1.2 tg40 2.59m。CD0.8sin 40sin 40DE b25.8422DI0.85cos50cos50DH0.62cos50cos502h5tg40BC1.25mDIAD1.32mBD0.96mAD BD1.324 0.85m气液分离设计0.96 0.36m由斯托克斯公式可得气体上升

27、速度为:1811 g宀18式中d 气泡直径，cm;1-液体密度，g/cm3;g-沼气密度，g/cm3;=g=20 95 9 81 3 2(1.03 1.2 10 ) 0.1 0.266cm/s 9.58m/h0.02-碰撞系数，取0.95;-废水的动力粘滞系数，0.02g / cm s;v-液体的运动粘滞系数,cm2/s取d 0.01cm（气泡）,T 20 C;0.95;v 1 0.01011 1.03g/cm3; g 1.2 10 3g/cm3;v 0.0101cm21.03 0.0104g/cm s。/s;般废水的大于净水的故取=0.02g / cm s;Va V20.26m/h旦 3.4

28、7,0.36则 土 958 36.85，BCVa 0.26 AB业AB，故满足要求。Va AB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 h h2 h3 h4 h5 0.5 2 1.54 1.2 2.84mh2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。管道设计设进水管流速为0.4m/s,则进水管管径为:I 4 100D1 3600 24 3.14 0.4。佃，取0 呎4 100设出水管流速为0.4m/s,贝y,出水管管径为:D2II 0.061m，取 80mm3600 24 3.14 0.41.1.42.6.4布水系统设计计算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0 10mm采用连续进水。圆环直径计算: