环境工程UASB反应器概算设计说明书

1、环境工程概算设计说明书UASB 厌氧反应器工程设计一工程概述工程背景厌氧生物处理过程能耗低： 有机容积负荷高，一般为30-50kgCOD/（m3d），最高可达 30-50kgCOD/（m3d）： 剩余污泥量少；厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高，耐冲击负荷能力强，产出的沼气是种清洁能源。在全社会提倡循环经济，关注工业废弃物实施资源化再生利用的今天， 厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工艺。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现， 包括有厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物滤油、厌氧膨胀床和流化床，以及第三代厌氧工艺 EGSB 和

2、 IC 厌氧反应器，发展十分迅速。而升流式庆氧污泥床 UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下简称 UASB)工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化为再生清洁能源一沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术己经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。基本原理UASB 由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区和气室三部分组成。 在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污 泥层。 要处理的污水从厌氧污泥床底

3、部流入与污泥层中污泥进行混合接触， 污泥中的 微生物分解污水中的有机物， 把它转化为沼气。 沼气以微小气泡形式不断放出， 微小 气泡在上到过程中， 不断合井， 逐渐形成较大的气泡， 在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离掘，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室， 集中在气室的沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回庆氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。基

4、本 出 要 求 (1）为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能；(2）良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持特定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度；( 3）通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。二工程设计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N v=5.0kgCOD/（m/d），进水流量 Q=500m/d，进水COD 浓度C0=11200（mg/L），Ce=1680（mg/L）（去除率 85%），则有效容积为V

5、 QC0 E 500 11.2 0.85 952m3Nv5.0式中Q 设计处理流量，m/d C0进出水 COD 浓度，kgCOD/m E 去 除 率 Nv容积负荷，5.0kgCOD/（m/d）UASB 反应器的形状和尺寸工程设计反应器 1 座，横截面积为矩形。1）反应器有效高为h=6.0m ，则横截面积： S0 V 952 158.7m2h6.02）单池从布水均匀性和经济性考虑，矩形长宽比在 2：1 以下较合适。设池长L=16m，则宽b S0 = 158.7 =9.9m ，L16实际横截面积为：S=L b=16 10=160m 2 。3）设计反应器总高H=7.5m ，其中超高 0.5m，池体总

6、容量为：V1 S H1 160 （7.5 - 0.5） 1120m3 ，33有效反应容积为：V有效 S h 160 6 960m 952m ，符合有机负荷要求。池体实际尺寸为： L b H 16m10m 7.5m 。960UASB 反应器体积有效系数： 1120100% 85.7% ,在 70%-90%之间，符合设计规范。 4）水力停留时间（tHRT）及水力负荷（Vr）t V 960 24 46.08hHRTQ500V Q 500 0.13m3 / (m2 h)rS24 160根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷为 0.1-0.9 m3 / (m2 h) ， 故符合要求。三项分离器构造设计计算

7、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应小于0.7m3 / (m2 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，沿长边布置 13 个集气罩，构成 6 个分离单元。三相分离器长度：L1=b=10m 每个单元宽度： b L 16 2.7m66沉淀区沉淀面积即为反应器的水平面积 160m2。沉淀区表面负荷率： Q 500 24 0.13m3 / (m2 h) 0.7m3 / (m2 h)回流缝设计S160设上下三角形集气罩斜面水平夹角为 55，取h3=1.3mb h31.3 0.91m1tan tan 55b2 b 2b1 2

8、.7 2 0.91 0.88m式中：b单元三项分离器宽度，m； b1下三角形集气罩底的半宽度，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：a1 nb2 L1 6 0.88 10 52.8m1v Q 500 24 0.39m / ha152.8式中：v1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；1a 下三角形集气罩回流缝总面积，m2；L1反应器的宽度，即三项分离器的长度 b,m； n反应器三相分离器的单元数；为使回流缝水流稳定，固、液分离效果好，污泥回流顺利，一般v12m/

9、h。上三角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b3=CD=0.3m,a2 2nb3 L 2 6 0.3 10 36m1v Qa2 500 24 0.58m / h36式中：v2上三角集气罩底边与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；2a 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，一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)4kgCOD/m。每个布水点服务面积为 2-5m2,出水流速 2-5m/s，配水中心距池底一般为20-25cm。配水系统配

10、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 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 2.0m，配水孔径取 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 ，孔口向下。布水孔孔径的计算进水流速为u 4Q3600 D24 20.833600 3.14 0.12 0.74m / s ，布水孔一共 48 个，出水流速为 2.1m/s，则穿孔孔径：4 20.833600 3.14 48 2.1d 9.0mm，取 15mm，本装置采用连续进水方式，布水口向下，有利于避免

11、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。验证温度 30，容积负荷 5.0kgCOD/(m3d)，沼气产率0.4m 3/kgCOD，需要满足空塔水流速度 u1.0m/h，空塔沼气上升速度：ug1.0m/h，Q20.83空塔水流速度： u S 160 0.13m / h1.0m / h空塔沼气上升速度：ug 都满足要求。QC 20.83 11.2 0.85 0.40=0.5m

12、 /S160h1.0m / h排泥系统的设计计算UASB 反应器中污泥总量计算一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成，设平均浓度为20gVSS/L ，则一座UASB 反应器中污泥总量：G V Css 952 20 19.04t污泥产量厌氧生物处理污泥产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，本工程中取 =0.08kgMLVSS/kgCOD 。 流量 Q=500m3/d ， 进水 COD 浓度C0=11200(mg/L)=11.2(kg/m3)，COD 去除率E=85%，则UASB 反应器的总产泥量X Q C0 E 0.08 500 11.2

13、 0.85 380.8kgMLVSS / dMLVSS不同试验规模下 MLSS 是不同的，因为规模越大，被处理MLVSS的废水含无机杂质越多，本次取 MLSS 0.8 ，则X 380.80.8 476kgMLSS / d污泥含水率 98%，当污泥含水率 98%时，反应器排泥量为W 476 23.8m3 / d 1000 (1 98%)污泥龄c G 19040 40dX 476排泥系统的设计在距 UASB 反应器底部 100cm 和 200cm 高处各设置两个排泥口，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，排泥管选镀锌钢管DN150mm。

14、选择污泥泵型号为：WQK25153 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。出水系统设计计算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，出水是否均匀对处理效果有很大的影响，且形式与三相分离器及沉淀区设计有关。出水槽设计反应池有 6 个单元三相分离器，设出水槽共有 6 条，槽宽a=0.2m。反应池流量q Q3600 20.83 0.0058m3 / s ，设出水槽槽口附3600近 水 流 速 度 为0.2m/s ， 则 槽 口 附 近 水 深 为q0.0058 0.0242 m 。取槽

15、口附近槽深为 0.20m，出水槽坡6 u a6 0.2 0.2度为 0.01，出水槽尺寸：10m 0.2m 0.2m 。溢流堰设计出水溢流堰共 12 条，每条长 10m。设计 90三角堰，堰高50mm，堰口宽 100 mm，则堰口水面宽 50mm。UASB 反应器处理水量 5.8L/s，查得溢流负荷范围为12L /(m s)，设计三角堰数： n L b5.0 100个 ，取 108 个50 103则每条溢流堰三角堰数： 108 9个12即一个溢流堰上有 9 个 100mm 的堰口。则溢流堰上水面总长为： L q 5.8 5.0mf1.16溢流负荷f=1.16L/(ms)，在规定范围内。q5.8

16、 1035每个堰处流率： q n 108 5.4 10 m / s按 90三角堰计算公式： q 1.43h2.5则堰上水头： h ( q)0.4 (5.4 105)0.4 0.017m1.431.43出水渠设计计算UASB 反应器沿长边设一条矩形钢板出水渠，6条出水槽的出水流至此出水渠，设出水渠宽 0.3m，坡度 0.001，出水渠渠口q 0.0058 0.097 m附近水流速度为0.2m/s。渠口附近水深为：u a0.3 0.2，以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.2+0.097=0.297，取0.3m。出水渠长：16-16/12+0.1=14.57m。沼气收集系统设计计算沼气主要产生于

17、厌氧阶段，设计产气率取 m3 / kgCOD ,0总产气量G QC E 0.4 500 11.2 0.85 1904 m3 / d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，根据资料，集气室沼气出气管最小直径 d=100mm，本设计中取 100mm。13 根集气管，选通到一根单池主管，管内最大气体流量为取管径D=150mm。190424 3600 0.022m3 / s ，资料中的 UASB 设计案例中，考虑了水封罐，气水分离器和沼气柜容积，本次工程设计中沼气的用途和后续处理尚不确定， 因此暂不考虑。UASB 的其他设计考虑取样管设计在池壁高度上设置 5 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1.0m 位置开始，沿反应器高度方向各管相距 1.0m，水