UASB完整計(jì)算版

1、UASB工藝設(shè)計(jì)計(jì)算一、 UASB反應(yīng)器設(shè)計(jì)說(shuō)明(一) 工藝簡(jiǎn)介：UA SB 是升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的簡(jiǎn)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(xiàng)厭氧生物處理計(jì)術(shù), 國(guó)內(nèi)對(duì)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(wú)機(jī)械攪拌裝置, 處理效果好及投資省等特點(diǎn),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(jìn)入后,

2、由于廢水以一定的流速自下而上流動(dòng)以及厭氧過(guò)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(jī)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(jìn)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(guò)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(fù)荷. UA SB 反應(yīng)器運(yùn)行的3 個(gè)重要的前提是: 反應(yīng)器內(nèi)形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀

3、污泥; 出產(chǎn)氣和進(jìn)水的均勻分布所形成良好的自然攪拌作用; 設(shè)計(jì)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(jì)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(fù)荷率高，廢水在反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時(shí)間較短，因此所需池容大大縮小。設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)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(jī)械攪拌裝置，造價(jià)相對(duì)較低，便于管理，且不存在堵塞問(wèn)題。(三) 設(shè)計(jì)參數(shù)選用設(shè)計(jì)資料參數(shù)如下：參數(shù)選取：a) 容積負(fù)荷（Nv）為：6kgCOD/(m3·d)b) 污泥產(chǎn)率為：0.1kgMLSS/

4、kgCODc) 產(chǎn)氣率為：0.5m3/kgCOD 設(shè)計(jì)水量：Q=1500m3/d=62.5m3/h=0.0174m3/s。水 質(zhì) 指 標(biāo) COD（L） BOD（L） SS（L） 進(jìn) 水 水 質(zhì) 2300150070設(shè)計(jì)去除率 本文來(lái)自沼氣網(wǎng) 90%90% / 設(shè)計(jì)出水水質(zhì) 15070(四) 設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 反應(yīng)器容積計(jì)算： UASB有效容積為V有效 = 式中：V有效 反應(yīng)器有效容積，m3；S0、Se 進(jìn)出水COD的濃度,kgCOD/m3；Q 設(shè)計(jì)流量，m3/d； Nv 容積負(fù)荷,kgCOD/(m3·d)。V有效 = = 517.5m3采用2座相同的UASB反應(yīng)器則每座反應(yīng)器的有效容積

5、為:V單=517.5/2 = 258.75m3。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，UASB最經(jīng)濟(jì)的高度一般在36m之間，并且大多數(shù)情況下，這也是系統(tǒng)最優(yōu)的運(yùn)行范圍。取有效水深h = 6m 則底面積： 采用矩形池比圓形池較經(jīng)濟(jì)。有關(guān)資料顯示，當(dāng)長(zhǎng)寬比在2：1左右時(shí)，基建投資最省。取長(zhǎng)L = 8m ，寬B = 6m 則實(shí)際橫截面積為：A1 = L×B =8×6 = 48m2實(shí)際總橫截面積為：A = 48×2 = 96m2 本工程設(shè)計(jì)中反應(yīng)器總高取H = 6.2m(超高h(yuǎn)1=0.2m)則單個(gè)反應(yīng)池的容積為：V = L×B×H = 8×6×6 = 288

6、m3反應(yīng)池的總?cè)莘e為V總 = 288×2 = 576m3。水力停留時(shí)間為： 表面水力負(fù)荷為: 對(duì)于顆粒污泥，表面水力負(fù)荷q = 0.1-0.9m3/( m2·h)，故符合設(shè)計(jì)要求。2. 三相分離器設(shè)計(jì)：三相分離器一般設(shè)在沉淀區(qū)的下部, 但有時(shí)也可將其設(shè)在反應(yīng)器的項(xiàng)部. 三相分離器的主要作用是將氣體(反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣)、固體(反應(yīng)器中的污泥)和液體(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(diǎn)之一. 他相當(dāng)于傳統(tǒng)污水處理工藝中

7、的二次沉淀池, 并同時(shí)具有污泥回流的功能. 因而三相分離器的合理設(shè)計(jì)是保證其正常運(yùn)行的一個(gè)重要內(nèi)容.三相分離器設(shè)計(jì)計(jì)算草圖見圖5-2:圖5-2三相分離器設(shè)計(jì)計(jì)算草圖(一) 設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)主要包括沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離器的設(shè)計(jì)。本工程設(shè)計(jì)中，每池設(shè)置1個(gè)三相分離器，三相分離器的長(zhǎng)度為b=8m，寬度為：d = 6m。1) 沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)：三相分離器的沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)同二次沉淀池的設(shè)計(jì)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(fù)荷率決定。由于沉淀區(qū)的厭氧污泥及有機(jī)物還可以發(fā)生一定的生化反應(yīng)產(chǎn)生少量氣體，這對(duì)固液分離不利，故設(shè)計(jì)

8、時(shí)應(yīng)滿足以下要求：沉淀區(qū)水力表面負(fù)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(jìn)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(shí)間介于1.52 h。沉淀區(qū)（集氣罩）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(dá)到良好的分離效果。沉淀區(qū)的表面水力負(fù)荷為：q = Q/A = q < 1.0m3/( m2·h) ，符合設(shè)計(jì)要求。2) 回流縫設(shè)計(jì)：設(shè)單元三相分離器的長(zhǎng)b = 8m，寬d = 6m上下三角形集氣室斜面水平夾

9、角為50°取保護(hù)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：式中：b1下三角集氣室底水平寬度，m 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，m 則相鄰兩個(gè)下三角形集氣室之間的水平距離：b2 = L2b1 = 82×1.26 = 5.48m則下三角形回流縫的面積為： S1 = b2·B = 5.48×6 =32.88m2 下三角集氣室之間的污泥回流逢中混合液的上升流速(V1)可用下式： V1 = Q1/S1式中： Q1 反應(yīng)器中廢水流量，m3/h；S1 下三角形

10、集氣室回流逢面積，m2。V1 = 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： S2 = CD·B·2 = 1.4×6×2 = 16.8m2上下三角形集氣室之間回流逢中流速(V2)可用下式計(jì)算： V2 = Q1/S2式中：Q1 反應(yīng)器中廢水流量，m3/h；S2 上三角形集氣室回流逢的之間面積，m2。 V2 = 則V1 < V2 < 2.0m/h，符合設(shè)計(jì)要求。確定上下三角形集氣室的相對(duì)位置及尺寸，由圖可知： CH=CD×sin40°=1.4×sin40°0.9m設(shè)上集氣罩下底

11、寬CF=5.6m，則：DH=CD×sin50°=1.4×sin50°1.07mDE=2DH+CF=2×1.07+5.6=7.74m DI=(DE-b2)=(7.74-5.48)=1.58m AI=DItan50°=1.58×tan50°=1.33m故 h4=CH+AI=0.9+1.33=2.23m。取h5=0.7m，由上述尺寸可計(jì)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

12、/sin40°=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(jì)：取d = 0.01cm(氣泡)，T = 200水的密度1 = 1.03g/cm3空氣的密度g = 1.2×10-3g/cm3水的運(yùn)動(dòng)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度凈水，故取= 0.0

13、2g/cm·s。由斯托克斯公式可得氣體上升速度為： = = 0.266cm/s= 9.58m/h取Va = V2 = 1.86m/h ，則：， > ,故滿足設(shè)計(jì)要求.4) 三相分離器與UASB的高度設(shè)計(jì)：三相分離器總高度：h = h2 + h4+h5=0.5+2.23+0.7=3.43m3.5mUASB的總高:H = 6.2m(超高h(yuǎn)1=0.2m)反應(yīng)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(jìn)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：1. 布水點(diǎn)的設(shè)置：進(jìn)水方式的選擇應(yīng)根據(jù)進(jìn)水濃度及進(jìn)水流量來(lái)定，本設(shè)計(jì)采用連續(xù)均勻的進(jìn)水方式，一管多點(diǎn)的布水方式。一共設(shè)置64個(gè)出水孔，每個(gè)反

14、應(yīng)池各16個(gè)出水孔。所取容積負(fù)荷為6kgCOD/(m3·d)，據(jù)資料，每個(gè)點(diǎn)的布水負(fù)荷面積大于2m2。每個(gè)布水點(diǎn)的負(fù)荷面積為：48/16 =3m2 2m2，滿足設(shè)計(jì)要求。2. 布水管的設(shè)置：每個(gè)反應(yīng)池采用樹枝穿孔管配水，每個(gè)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，出水孔距墻為0.7m?？卓谙蛳虏⑴c垂線呈45°角。兩個(gè)池子的總管管徑取DN200mm，流速為1.5m/s；每個(gè)池子的總管管徑取DN150mm，長(zhǎng)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

15、其流速為u = 2m/s，則布水孔孔徑為：取16mm為了增強(qiáng)污泥與廢水之間的接觸，減少底部進(jìn)水管的堵塞，進(jìn)水點(diǎn)距反應(yīng)池池底200-500mm，本設(shè)計(jì)布水管離池底300mm。布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖5-3：圖5-3布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖(六) 出水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：1. 出水槽設(shè)計(jì)：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(jì)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(gè)反應(yīng)池有1個(gè)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： 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

16、×0.5m。2. 溢流堰設(shè)計(jì)：每個(gè)反應(yīng)器中出水槽溢流堰有2條，每條長(zhǎng)5m。設(shè)計(jì)900三角堰，堰高5mm，堰口寬為100mm，則堰口水面寬b=50mm。每個(gè)UASB反應(yīng)器處理水量7.2L/s，查知溢流負(fù)荷為1-2L/（m·s），設(shè)計(jì)溢流負(fù)荷f = 1.256 L/（m·s）則堰上水面總長(zhǎng)為：三角堰數(shù)量：個(gè)每條溢流堰三角堰數(shù)量：120/6=20個(gè)一條溢流堰上共有20個(gè)10mm的堰口，20個(gè)10mm的間隙。3. 出水渠設(shè)計(jì)：每個(gè)反應(yīng)器沿長(zhǎng)邊設(shè)1條矩形出水渠，長(zhǎng)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/s

17、則渠口附近水深: 以出水槽槽口為基準(zhǔn)計(jì)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(jì)：每個(gè)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： v=2*0.0072/(0.6*3.14*0.15*0.15)=0.3395設(shè)計(jì)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：= 0.368m/s，設(shè)計(jì)坡度為0.01。(七) 排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)：每日產(chǎn)生的懸浮固體 PSS = Q·（S0-Se）·

18、;·E 式中：Q 設(shè)計(jì)流量，m3/d； 污泥產(chǎn)率，kgSS/kgCOD；S0、Se 進(jìn)出水COD的濃度,kgCOD/m3；E 去除率，本設(shè)計(jì)中取90%。PSS = （2300-230）×0.90×0.1×1500×10-3 = 279.45kgSS/d每日產(chǎn)泥量為：W = 式中： Pss 產(chǎn)生的懸浮固體，kgSS/d；P 污泥含水率，以98%計(jì)； 污泥密度，以1000kg/m3計(jì)。W = 每日產(chǎn)泥量13.97m3/d，則每個(gè)USAB日產(chǎn)泥量6.99m3/d。在每個(gè)UASB反應(yīng)器距離底部0.3m處沿長(zhǎng)度方向均勻設(shè)置排泥管一根，以便均勻排除污泥區(qū)的污泥。USAB反應(yīng)器每天排泥一次，排泥管選用DN150的鋼管，排泥總管選用DN200的鋼管。必要時(shí)布水管兼做排泥管用。(八) 產(chǎn)氣量計(jì)算：采用每去除1千克COD產(chǎn)生0.5立方米沼氣做參