UASB完整计算版

UASB 工艺设计计算 一 UASB 反应器设计说明 一 工艺简介 UA SB 是升流式厌氧污泥床反应器的简称 是由荷兰 W agen ingen 农业大学教授 L et t inga 等人于 1972 1978 年间开发研制的一项厌氧生 物处理计术 国内对 UA SB 反应器的研究是从 20 世纪 80 年代开始的 由于 UA SB 反应器具有工艺结构紧凑 处理能力大 无机械搅拌装置 处 理效果好及投资省等特点 UA SB 反应器是目前研究最多 应用日趋广泛 的新型污水厌氧处理工艺 1 1 UA SB 反应器基本构造如图 1 2 UA SB 的工作原理 如图 1 所示 废水由反应器的底部进入后 由于废水以一定的流速自 下而上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用 废水与污泥充分混 合 有机质被吸附分解 所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排 出 含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区 由于沼气已从废水中 分离 沉降区不再受沼气搅拌作用的影响 废水在平稳上升过程中 其中 沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分 从而保证了反应器内 高的污泥浓度 含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出 UA SB 反 应器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥 能够允许较大的上流速度和 很高的容积负荷 UA SB 反应器运行的 3 个重要的前提是 反应器内 形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥 出产气和进水的均匀分布 所形成良好的自然搅拌作用 设计合理的三相分离器 能使沉淀性能 良好的污泥保留在反应器内 二 设计作用 UASB 即上流式厌氧污泥床 集生物反应与沉淀于一体 是一种结构紧 凑 效率高的厌氧反应器 它的污泥床内生物量多 容积负荷率高 废水在 反应器内的水力停留时间较短 因此所需池容大大缩小 设备简单 运行方 便 勿需设沉淀池和污泥回流装置 不需充填填料 也不需在反应区内设机 械搅拌装置 造价相对较低 便于管理 且不存在堵塞问题 三 设计参数 选用设计资料参数如下 参数选取 a 容积负荷 Nv 为 6kgCOD m3 d b 污泥产率为 0 1kgMLSS kgCOD c 产气率为 0 5m3 kgCOD 设计水量 Q 1500m3 d 62 5m3 h 0 0174m3 s 水 质 指 标 COD L BOD L SS L 进 水 水 质 2300 150070 设计去除率 本文 来自沼气网 90 90 设计出水水质 15070 四 设计计算 1 反应器容积计算 UASB有效容积为 V有效 V 0 N SQ e S 式中 V有效 反应器有效容积 m3 S0 Se 进出水 COD 的浓度 kgCOD m3 Q 设计流量 m3 d Nv 容积负荷 kgCOD m3 d V V有效 有效 6 23 0 3 21500 517 5m3 采用 2 座相同的 UASB 反应器则每座反应器的有效容积为 V单 517 5 2 258 75m3 根据经验 UASB最经济的高度一般在 3 6m之间 并且大多数情况下 这也是系统最优的运行范围 取有效水深 h 6m 则底面积 2 43 125m 6 75 258 A 采用矩形池比圆形池较经济 有关资料显示 当长宽比在2 1 左右 时 基建投资最省 取长 L 8m 宽 B 6m 则实际横截面积为 A1 L B 8 6 48m2 实际总横截面积为 A 48 2 96m2 本工程设计中反应器总高取 H 6 2m 超高h1 0 2m 则单个反应池的容积为 V L B H 8 6 6 288m3 反应池的总容积为 V总 288 2 576m3 水力停留时间为 h Q V tHRT216 9 5 62 576 表面水力负荷为 651 0 48 2 5 62 23 1 hmm A Q q 对于颗粒污泥 表面水力负荷 q 0 1 0 9m3 m2 h 故符合设计要求 2 三相分离器设计 三相分离器一般设在沉淀区的下部 但有时也可将其设在反应器的项 部 三相分离器的主要作用是将气体 反应过程中产生的沼气 固体 反 应器中的污泥 和液体 被处理的废水 等三相加以分离 将沼气引入集气 室 将处理出水引入出水区 将固体颗粒导入反应区 他由气体收集器和 折流挡板组成 只有三相分离器是 UA SB 反应器污水厌氧处理工艺的主要 特点之一 他相当于传统污水处理工艺中的二次沉淀池 并同时具有污泥 回流的功能 因而三相分离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要内 容 三相分离器设计计算草图见图 5 2 图5 2三相分离器设计计算草图 一 设计说明 三相分离器要具有气 液 固三相分离 污泥回流的功能 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 本工程设计中 每池设置 1 个三相分离器 三相分离器的长度为 b 8m 宽度为 d 6m 1 沉淀区的设计 三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同 主要是考虑沉淀 区的面积和水深 面积根据废水量和表面负荷率决定 由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气 体 这对固液分离不利 故设计时应满足以下要求 沉淀区水力表面负荷 1 0 m h 沉淀器斜壁角度在 45 60 之间 使污泥不致积聚 尽快落入反应 区内 进入沉淀区前 沉淀槽底缝隙的流速 2 m h 总沉淀水深应大于 1 5 m 水力停留时间介于 1 5 2 h 沉淀区 集气罩 斜壁倾角 50 沉淀区的沉淀面积即为反应器的横截面积 即48m2 如果以上条件均能满足 则可达到良好的分离效果 h3 C 0 b1 B A 50 D IH h1h5h2 b2 h4 F b1 E 沉淀区的表面水力负荷为 q Q A 65 0 48 2 5 62 23 hmm q 1 0m3 m2 h 符合设计要求 2 回流缝设计 设单元三相分离器的 长 b 8m 宽 d 6m 上下三角形集气室斜面水平夹角为 50 取保护水层高度 即超高 h1 0 3m 上三角形顶水深 h2 0 5m 下三角形高度 h3 1 5m 则下三角形集气室底部宽为 tan 31 hb 式中 b1 下三角集气室底水平宽度 m 上下三角集气室斜面的水平夹角 h3 下三角集气室的垂直高度 m mb26 1 50tan 51 1 则相邻两个下三角形集气室之间的水平距离 b2 L 2b1 8 2 1 26 5 48m 则下三角形回流缝的面积为 S1 b2 B 5 48 6 32 88m2 下三角集气室之间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 反应器中废水流量 m3 h S1 下三角形集气室回流逢面积 m2 V1 hm 95 0 32 88 262 5 设上三角形集气室回流缝的宽度CD 1 4m 则上三角形回流缝面积 为 S2 CD B 2 1 4 6 2 16 8m2 上下三角形集气室之间回流逢中流速 V2 可用下式计算 V2 Q1 S2 式中 Q1 反应器中废水流量 m3 h S2 上三角形集气室回流逢的之间面积 m2 V2 hm 86 1 16 8 262 5 则 V1 V2 故满足设计要求 b a V V BC AB 4 三相分离器与 UASB的高度设计 三相分离器总高度 h h2 h4 h5 0 5 2 23 0 7 3 43m 3 5m UASB的总高 H 6 2m 超高h1 0 2m 反应区高 2 6m 其中污泥区高 1 6m 悬浮区高 1m 沉淀区高 3 4m 五 进水系统设计 1 布水点的设置 进水方式的选择应根据进水浓度及进水流量来定 本设计采用连续均匀 的进水方式 一管多点的布水方式 一共设置64 个出水孔 每个反应池 各 16 个出水孔 所取容积负荷为6kgCOD m3 d 据资料 每个点的布 水负荷面积大于 2m2 每个布水点的负荷面积为 48 16 3m2 2m2 满 足设计要求 2 布水管的设置 每个反应池采用树枝穿孔管配水 每个反应池中设置4 根支管 布水 支管的直径采用 DN100mm 布水支管的中心距为 2m 管与墙的距离为 1m 出水孔孔距 1 2m 出水孔距墙为 0 7m 孔口向下并与垂线呈 45 角 两个池子的总管管径取 DN200mm 流速为 1 5m s 每个池子的总管管 径取 DN150mm 长 L 10m 流速为 1 35 m s 为了使穿孔管隔空出水均匀 要求出口流速不小于2m s 取其流速为 u 2m s 则布水孔孔径为 取 16mm un Q d 3600 4 m0151 0 214 3243600 25 624 为了增强污泥与废水之间的接触 减少底部进水管的堵塞 进水点距反 应池池底 200 500mm 本设计布水管离池底 300mm 布水系统设计图如图 5 3 图 5 3 布水系统设计示意图 六 出水系统设计 1 出水槽设计 为了保持出水均匀 沉淀区的出水系统通常采用出水槽 此设计中沿反 应器的短边设置两条出水槽 而出水槽每隔一定的距离设三角出水堰 每个 反应池有 1 个单元三相分离器 出水槽共有2 条 槽宽 be 0 3m 反应器流量 smq 00868 0 606024 21500 3 取出水槽口附近水流速度为vc 0 3m s 槽口附近水深为 0 3m 出 水槽坡度为 0 1 出水槽尺寸 5m 0 5m 0 5m 2 溢流堰设计 每个反应器中出水槽溢流堰有2 条 每条长 5m 设计 900三角堰 堰 高 5mm 堰口宽为 100mm 则堰口水面宽 b 50mm 每个 UASB 反应器处理 水量 7 2L s 查知溢流负荷为 1 2L m s 设计溢流负荷 f 1 256 L m s 则堰上水面总长为 m79 6 256 1 8 7 f q L 三角堰数量 个个 120 05 0 0 6 b L n 每条溢流堰三角堰数量 120 6 20 个 一条溢流堰上共有 20 个 10mm 的堰口 20 个 10mm 的间隙 3 出水渠设计 每个反应器沿长边设 1 条矩形出水渠 长为 8 6m 2 条出水槽的出水 流至此出水渠 设出水渠宽0 8m 坡度 0 01 出水渠渠口附近水流速度 为 0 3m s 则渠口附近水深 m48 00 60 30 087 00 以出水槽槽口为基准计算 出水渠渠深 0 3 0 048 0 348m 出水渠 取 0 6m 深 出水渠的尺寸为 8m 0 8m 0 6m 4 UASB 排水管设计 每个 UASB 反应器排水量为 7 2L s 选用 DN150 钢管排水 充 0 6 管内水流速度为 v 2 0 0072 0 6 3 14 0 15 0 15 0 3395 设计坡度为 0 01 总管流量为 13 9L s 选用 DN200 钢管排水 充满度为 0 6 管内水流速度为 0 368m s0 368m s 设计坡度为 2 2 06 0 0139 0 2 v 0 01 七七 排泥系统设计 每日产生的 悬浮固体 PSS Q S0 Se E 式中 Q 设计流量 m3 d 污泥产率 kgSS kgCOD S0 Se 进出水 COD 的浓度 kgCOD m3 E 去除率 本设计中取 90 PSS 2300 230 0 90 0 1 1500 10 3 279 45kgSS d 每日产泥量为 W rP P 100 100 ss 式中 Pss 产生的悬浮固体 kgSS d P 污泥含水率 以 98 计 污泥密度 以 1000kg m3计 r W dm 97 13 100098100 45 792100 3 每日产泥量 13 97m3 d 则每个 USAB 日产泥量 6 99m3 d 在每个 UASB 反应器距离底部 0 3m 处沿长度方向均匀设置排泥管一根 以便均匀排 除污泥区的污泥 USAB 反应器每天排泥一次 排泥管选用DN150 的钢管 排泥总管选用 DN200 的钢管 必要时布水管兼做排泥管用 八 产气量计算 采用每去除 1 千克 COD 产生 0 5 立方米沼气做参数 则每日产气量为 Qg Q S0 Se E 式中 Q 设计流量 m3 d 产气率 m3 kgCOD S0 Se 进出水