UASB反应器设计参考

1、UASB 反应器设计参考对于中等浓度和高浓度的有机废水，一般情况下，有机容积负荷率是限制因素， 反应器的容积与废水量、 废水浓度和允许的有机物容积负荷去除率有关。 设计容 积负荷为 =15kgCOD/( d),COD 去除率为 93，则 UASB 反应器有效容为： 式中 设计流量， ；容积负荷， kg/( )；进水 COD 浓度， mg/L ；出水 COD 浓度， mg/L；容积负荷， kg/( ) 。则=2、UASB 反应器的形状和尺寸据资料，经济的反应器高度一般为 46m 之间，并且在大多数情况下这也是系 统优化的运行范围。 升流式厌氧污泥床的池形有矩形、 方形和圆形。 圆形反应器 具有结

2、构较稳定的特点， 但是建造圆形反应器的三相分离器要比矩形和方形反应 器复杂得多， 因此本设计选用矩形池。 从布水均匀性和经济性考虑， 矩形池长宽 比在 2 ： 1 左右较为合适。设计反应器的有效高度为h=6m，则横截面积S= m2 设池长L约为池宽B的两倍，则可取池长L=25m，宽B=13m。一般应用时反应器装夜量为 7090，本工程设计反应器总高度 H=7.5m ， 其中超高 0.5m 。反应器的总容积V=BLH=2i5 13X(7.5-0.5)=2275 ，有效容积为1930.4，则体 积有效系数为 84.85，符合有机负荷要求。3、水力停留时间(HRT)和水力负荷率()对于颗粒污泥，水力

3、负荷 =0.1 0.9 ，符合要求3.6.2.2 进水分配系统的设计1 、布水点设置进水方式的选择应根据进水浓度及进水流量而定， 通常采用的是连续均匀进水方 式。布水点的数量可选择一管一点或一管多点的布水方式， 布水点数量与处理废 水的流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。Lettinga 等推荐的 UASB 反应器进料喷嘴数设置标准见表 4.7由于所取容积负荷为15kgCOD/( d),因此每个点的布水负荷面积大于 2。本次 设计池中共设置 84 个布水点，则每点负荷面积为：m表4.7 UASB 反应器进料喷嘴数设置标准污泥性质进水容积负荷 /kgCOD/(m3?d) 每个进水点负荷面积 /m

4、2密实的絮体污泥度 40kgTSS/m3 20.5 1122 3密实的絮体污泥度 2040kgTSS/m3123122 5颗粒污泥22 440.5 10.5 222、配水系统形式UASB 反应器的进水分配系统形式多样， 主要有树枝管式、穿孔管式、多管多点 式和上给式 4 种。本次设计使用 U 形穿孔管配水，一管多孔式。为配水均匀， 配水管中心距可采用1.0 2.0m，出水孔孔距也可才用1.0 2.0m，孔径一般为 1020mm ，常采用 15mm ，孔口向下或与垂线呈 45方向，每个出水孔的服务 面积一般为24卅。配水管中心距池底一般为 2025cm，配水管的直径最好 不小于 100mm 。为

5、了使穿孔管出水均匀，要求出口流速不小于 2m/s.进水总管管径取200mm，流速约为1.7m/s。每个反应器中设置7根 100mm 的U形管,每两根之间的距离为2.00m,每根管上有7个配水孔，孔距为1.625m, 孔径采用 15mm,每个孔的服务面积2.00 X1.625=3.25m2,孔口向下并与垂线呈 45。共设置布水孔84个。出水流速卩选为2.34m/s，则孔径为：本设置采用连续进料方式，布水孔孔口向下，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。 为了增强污泥和废水之间的接触， 减少底部进水管的堵塞， 建议进水点距反应器 池底200mm 250mm。

6、本工程中设计布水管离 UASB反应器底部200mm。3、上升水流速度和气流速度本设计中常温下容积负荷 =15kgCOD/( d)，沼气产率r=0.3m3/kgCOD，根据 接种污泥的不同选择不同的空塔水流和气流速度。 如采用厌氧消化污泥接种， 需 满足空塔水流速度ukw 1.0m/h,空塔沼气上升速度ug 1.0m/h，如采用颗粒污泥 接种，水流速度可以提高至1.0m/huk4.0m/h这里计算按接种消化污泥为依 据。则空塔水流速度 :uk= = =0.194m/h v 1m/h，符合要求。空塔气流速度 :ug= = =0.97m/h1.0m/h ，符合要求。为 COD 去除率，取 80% 。

7、三相分离器沉淀区固液分离是靠重力沉淀( )达到的，其设计方法与普通二沉 池相似， 主要考虑两个因素， 即沉淀面积和水深。 沉淀面积可根据废水流量和沉 淀的表面负荷率确定。一般表面负荷率的数值等于水流向上流速 ，该值的大小 与需要去除的污泥颗粒的沉降速度 相等，但方向相反，对已形成颗粒污泥的反 应器，为防止和减少悬浮层絮状污泥流失， 沉淀室内设计日平均表面负荷率小于 0.7 。沉淀区进水口的水流上升速度一般小于 2 三相分离器中物质流态示意图 见图 4.4。图 4.4 三相分离器中物质流态示意图 本次设计中，与短边平行，沿长边布置 7 个集气罩，构成 6 个分离单元，则设 置 5 个三相分离器，

8、三相分离器单元结构示意图如图 4.5 所示。图 4.5 三相分离器单元结构示意图三相分离器的长度为 B=13m ，每个单元宽度为 L=25/6=4.167m 。其中沉淀区长 度 B1=13m 、宽度 b=3.0m ，集气罩顶宽度 a=1.167m ，壁厚 0.2m ，沉淀室底部 进水口宽度 =1.5m 。沉淀区面积 :=n b=6 X13X3.O=234 m20沉淀区表面负荷 :O.7 符合要求0沉淀室进水口面积 :S2=nBb仁6X 13X1.5=117 讥沉淀室进水口水流上升速度O.2m 集气罩顶以上的覆盖水深 可采用 O.51.Om ,沉淀区斜面的高度 h3 建议采用0.5 1.0m o

9、不论何种形式的三相分离器，其沉淀区的水深 1.0m,并且 沉淀区的水力停留时间以 11.5h 为宜0如能满足上述条件， 则可取得良好的固 液分离效果0设计UASB反应器沉淀区最大水深为2m ,=0.5m （超高），=0.5m , =1.0m ,则倾角： arctan =arctan =46.47,。符合要求03、汽液分离设计如图 4.6 所示,设计就是要在确定气封 角后,合理选择图中缝隙宽度 和斜面长 度BC （主要是MB），以防止UASB消化区中产生的气泡被上升的液流带入沉 淀室,干扰固液分离,造成污泥流失0当气泡随液流以速度 沿分离器斜面 BC 上升时,由于浮力的作用,它同时具有垂直向上的

10、速度 0为了保证气泡不随液 流窜入沉淀室,气泡必须在其随液流由 B 点移至 M 点时,在垂直方向上移动距 离MN。则在分离器设计中，必须慢走一下公式要求：倾角=60尸70 ：=0.6m,分隔板下端距反射锥处置距离 MN=0.225m，则缝隙宽度=MNsin =0.225 Xsin60 =0.195m.图 4.6 三相分离器汽液分离设计废水总流量为 1500 根据资料，设有 0.7Q=1050 的废水通过进水缝进入沉降区， 另有 0.3Q=475 的废水通过回流缝进入沉降区0则= = =0.846m/h ，合理。所以，该三相分离器可脱去 0.01c m的气泡，分离效果良好。4、分隔板的设计如图

11、46 所示， =0.6m , =0.5 x(b- )=0.5x(3-0.6)=1.2m经上面计算，气体因受浮力作用，气泡上升速度在进水缝中 =12.77m/h ，沿进 水缝斜向上的速度分量为 sin =19.16 xsin46.47 =9.260(m/h) ，则进水缝中水流 速度应该满足 V0.022m , 现设计 =0.15m，则进水缝中水流速度V= =1.87m/h0.93=1448 (kgVss/d )式中 Q 设计处理水量， 去除的 COD 浓度， kgCOD/ 据资料，小试条件下，白酒废水 Vss/ss=0.91, 但不同试验规模下 Vss/ss 是不同 的，因为规模越大，被处理的废

12、水含无机杂质越多，因此取 Vss/ss=0.8 ，则 =1448/0.8=1809(kgSS/d)污泥含水率P为98 %，因含水率95 %，取=1000kg/ ,贝U污泥产量为 =90.454、污泥龄的据算污泥龄5、排泥系统的设计一般认为， 排出剩余污泥的位置在反应器的 1/2高度处， 但大都推荐把排泥设备 安装在靠近反应器底部，也有人在三相分离器下 0.5m 处设计排泥管，以排除污 泥床上面部分的剩余絮状污泥，而不会把颗粒污泥排走。对 UASB 反应器排泥 系统，必须同时考虑在上、中、下不同位置设排泥设备，应根据生产运行中的具 体情况考虑实际的排泥要求， 来确定排泥位置。 由于反应器的占地面

13、积较大， 所 以必须进行均布多点排泥， 建议每 10 设一个排泥点。 专设排泥管管径不应小于 200mm ，以防堵塞。本次设计在三相分离器下 0.5m 处设置 4个排泥口， 排空时由污泥泵从排泥管强 排，进水管也可兼作排泥管。UASB 反应器每 3 个月排泥一次，污泥排入集泥池， 再由污泥泵送入污泥浓缩池。 排泥管选 DN150 的钢管，排泥总管选用 DN200 的钢管。3.6.2.5 出水系统的设计计算1 、溢流堰设计计算为了保持出水均匀， 沉淀区的出水系统通常采用出水渠， 一般每个单元三相分离 器沉淀区设一条出水渠， 而出水渠每隔一定距离设三角出水堰。 本次设计溢流出 水槽的分布见图 4.

14、7 。图 4.7 溢流出水槽的分布池中设有 6 个单元三相分离器，出水槽共有 6 条，槽宽 =0.2m 。反应器流量 q= =0.0174 /s 设出水槽槽口附近，水流速度 =0.2m/s, 则 槽口附近水深 =0.0725m ，取槽口附近水深 为 0.25 ，出水槽坡度为 0.01。 出水槽溢流堰共 6 条，每条长 13m 设计 90三角堰，堰高 50mm ，堰口宽 100mm ，则堰口水面宽 =50mm 。UASB处理水量为17.4L/S,溢流负荷为1 2L/(m?s),设计溢流堰负荷为f=1.0 L/(m?s) ,则 堰上水面总长 L=q/f=17.4/1.0=17.4 (m)。三角堰数

15、量=348(个)，则每条溢流堰三角堰数量为 290/12=29 个，取 30个100mm 的堰口，30个100mm的间隙。堰上水头校核：每个堰出流率为 ，按 90三角堰计算公式 =1.43 ，则堰上水头为： h= =0.0177 (m)2、出水渠设计计算UASB 反应器沿长边设一条矩形出水渠， 6 条出水槽的出流流至此出水渠。出水 渠保持水平，出水由一个出水口排出。出水渠宽=0.8m，坡度0.01.设出水渠渠口附近水流速度 =0.3m/s,则渠口附近 水深=0.0725(m)考虑渠深应以出水槽槽口为基准计算， 所以出水渠渠深 =0.25+0.0725=0.32(m), 出水渠的出水直接自流进入

16、 CASS 反应池。3、出水管设计计算UASB 反应器排水量为 17.4L/S 。选用 DN300 钢管排水， 约为 0.42m/s, 充满度 设计为 0.6，设计坡度为 0.001.3.6.2.6 沼气收集系统的设计计算1 、沼气收集系统布置 由于有机负荷较高， 产气量大， 因此设置一个水封罐， 水封罐出来的沼气先通入 汽水分离器，然后在进入沼气贮柜。热量计算：热量计算主要是在厌氧阶段的产热计算，所产生的沼气中甲烷含量 =60%, 甲烷的热值 K=23000KJ/ .沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率为 r=0.35 /kgCOD ；总产气量为G=rQ E=0.35 X1500X20.757

17、 0.93=10134( /d).( 1 )集气室沼气出气管。每个集气罩的沼气用一根集气管收集，共有7根集气管，采用钢管。每根集气管内最大气流量据资料，集气室沼气出气管最小直径为 DN100，且尽量设置不短于300mm的 立管出气，若采用横管出气，其长度不宜小于 150mm本工程中设计集气管直径为 DN150，设置500mm立管出气，共7根。 (2)沼气主管。 7 根集气管先汇入沼气主管， 采用钢管沼气主管管道坡度为 0.5%。 沼气主管内最大气流量 g=10134/86400=0.117 /s 。 主管直径与沼气流量关系为 g= 式中 a 为充满度，取 0.6 ，则流速 约为 0.993m/

18、s 由上式，取沼气主管直径为 DN500 。2、水封罐的设计计算 水封罐的作用是控制三相分离器的集气室中汽液两相的界面高度， 保证集气室出 气管在反应器运行过程中不被淹没， 运行稳定并将沼气即时排出反应器， 以防止 浮渣堵塞等问题的发生。 经验表明， 水封罐中的冷凝水将有积累， 因此在水封罐 中有一个排除冷凝水的出口，以保持罐中的水位。水封高度取 1.5m ，水封罐面积一般为进气管面积的 4 倍，则水封罐面积 ，水封罐直径取 0.8m3、汽水分离器 汽水分离器起到对沼气干燥的作用，选用 钢制汽水分离器一个，汽水分离器中 预装钢丝填料， 在汽水分离器前设置过滤器以净化沼气， 在分离器出水管上装设 流量计及压力表。4、沼气柜容积确定由上述计算可知该处理站日产沼气 10134 ，则沼气柜容积应为 3h 产气量的体积 来确定，即设计选用 300 钢板水槽内导轨湿式贮气柜，尺寸为3.6.2.7 UASB 的其他设计考虑1、取样管设计在池壁高度方向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 上设置取样管