UASB設計計算(實例).doc

UASB設計計算一、設計參數(1) 污泥參數設計溫度T=25容積負荷NV=8.5kgCOD/(m3.d) 污泥為顆粒狀污泥產率0.1kgMLSS/kgCOD,產氣率0.5m3/kgCOD(2) 設計水量Q=2800m3/d=116.67m3/h=0.032 m3/s。(3) 水質指標表1 UASB反應器進出水水質指標水 質 指 標COD（L）BOD（L）SS（L）進 水 水 質37352340568設計去除率85%90%/設計出水水質560234568二、 UASB反應器容積及主要工藝尺寸的確定(1) UASB反應器容積的確定本設計采用容積負荷法確立其容積V V=QS0/NVV反應器的有效容積(m3)S0進水有機物濃度(kgCOD/L)V=34003.7358.5=1494m3取有效容積系數為0.8,則實際體積為1868m3(2) 主要構造尺寸的確定UASB反應器采用圓形池子，布水均勻，處理效果好。取水力負荷q1=0.6m3/（m2d）反應器表面積 A=Q/q1=141.67/0.6=236.12m2反應器高度 H=V/A=1868/236.12=7.9m 取H=8m采用4座相同的UASB反應器，則每個單池面積A1為：A1=A/4=236.12/4=59.03m2取D=9m則實際橫截面積 A2=3.14D2/4=63.6 m2實際表面水力負荷 q1=Q/4A2=141.67/5 63.6=0.56 m3/（m2d）q10.8m/h，符合設計要求。二、UASB進水配水系統設計(1) 設計原則 進水必須要反應器底部均勻分布，確保各單位面積進水量基本相等，防止短路和表面負荷不均； 應滿足污泥床水力攪拌需要，要同時考慮水力攪拌和產生的沼氣攪拌； 易于觀察進水管的堵塞現象，如果發(fā)生堵塞易于清除。本設計采用圓形布水器，每個UASB反應器設30個布水點。(2) 設計參數每個池子的流量Q1=141.67/4=35.42m3/h(3) 設計計算查有關數據，對顆粒污泥來說，容積負荷大于4m3/(m2.h)時，每個進水口的負荷須大于2m2則 布水孔個數n必須滿足 D2/4/n2 即nD2/8=3.14998=32 取n=30個則 每個進水口負荷 a=D2/4/n=3.149 9430=2.12m2可設3個圓環(huán)，最里面的圓環(huán)設5個孔口，中間設10個，最外圍設15個，其草圖見圖1圖1 UASB布水系統示意圖 內圈5個孔口設計服務面積： S1=5 2.12=10.6m2折合為服務圓的直徑為：用此直徑作一個虛圓，在該圓內等分虛圓面積處設一實圓環(huán)，其上布5個孔口,則圓環(huán)的直徑計算如下：3.14*（3.672-d12）/4=S1/2 中圈10個孔口設計服務面積： S2=10 2.12=21.2m2折合為服務圓的直徑為：則中間圓環(huán)的直徑計算如下：3.14 (6.362d22) /4=S2/2則 d2=5.2m 外圈15個孔口設計服務面積： S3=15 2.12=31.8m2折合為服務圓的直徑為則中間圓環(huán)的直徑計算如下：3.14(92d32)/4=S3/2則 d3=7.8m布水點距反應器池底120mm；孔口徑15cm三、三相分離器的設計(1) 設計說明 UASB的重要構造是指反應器內三相分離器的構造，三相分離器的設計直接影響氣、液、固三相在反應器內的分離效果和反應器的處理效果。對污泥床的正常運行和獲得良好的出水水質起十分重要的作用，根據已有的研究和工程經驗， 三相分離器應滿足以下幾點要求：沉淀區(qū)的表面水力負荷0.8m/h；三相分離器集氣罩頂以上的覆蓋水深可采用0.51.0m；沉淀區(qū)四壁傾斜角度應在4560之間，使污泥不積聚，盡快落入反應區(qū)內；沉淀區(qū)斜面高度約為0.51.0m；進入沉淀區(qū)前，沉淀槽底縫隙的流速2m/h；總沉淀水深應1.0m；水力停留時間介于1.52h；分離氣體的擋板與分離器壁重疊在20mm以上；以上條件如能滿足，則可達到良好的分離效果。(2) 設計計算本設計采用無導流板的三相分離器b1b1b2圖2 三相分離器設計計算草圖 沉淀區(qū)的設計沉淀器（集氣罩）斜壁傾角 =50沉淀區(qū)面積： A=3.14 *D2/4=63.6m2表面水力負荷q=Q/A=141.67(4 63.6)=0.56m3/(m2.h)0.2m 取CE=1.0mCF上三角形集氣罩底寬，取CF=6.0mEH=CE *sin50=1.0* sin50=0.766mEQ=CF+2EH=6.0+2*1.0*sin50=7.53mS2=3.14(CF+EQ).CE=3.14 (6.0+7.53) 1.0=42.48m2V2=141.67/4/42.48=0.86m/hV2V12.0m/h , 不符合要求確定上下集氣罩相對位置及尺寸BC=CE/cos50=1.0/cos50=1.556mHG=(CFb2)/2=0.5mEG=EH+HG=1.266mAE=EG/sin40=1.266/sin40=1.97mBE=CE *tan50=1.19mAB=AEBE=0.78mDI=CD *sin50=AB *sin50=0.778* sin50=0.596mh4=AD+DI=BC+DI=2.15mh5=1.0m氣液分離設計由圖2可知，欲達到氣液分離的目的，上、下兩組三角形集氣罩的斜邊必須重疊，重疊的水平距離（AB的水平投影）越大，氣體分離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對沉淀區(qū)固液分離效果的影響越小，所以，重疊量的大小是決定氣液分離效果好壞的關鍵。由反應區(qū)上升的水流從下三角形集氣罩回流縫過渡到上三角形集氣罩回流縫再進入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復雜。當混合液上升到A點后將沿著AB方向斜面流動，并設流速為Va，同時假定A點的氣泡以速度Vb垂直上升，所以氣泡的運動軌跡將沿著Va和Vb合成速度的方向運動，根據速度合成的平行四邊形法則，則有：要使氣泡分離后不進入沉淀區(qū)的必要條件是：在消化溫度為25，沼氣密度 =1.12g/L；水的密度 =997.0449kg/m3；水的運動粘滯系數v=0.008910-4m2/s；取氣泡直徑d=0.01cm根據斯托克斯（Stokes）公式可得氣體上升速度vb為vb氣泡上升速度（cm/s）g重力加速度（cm/s2）碰撞系數，取0.95廢水的動力粘度系數，g/(cm.s) =v水流速度 ,Va=V2=1.67m/h校核：四、 排泥系統設計每日產泥量為X=37350.850.13400103=1079MLSS/d則 每個UASB每日產泥量為W=1097/4=269.75MLSS/d可用200mm的排泥管，每天排泥一次。五、 產氣量計算每日產氣量 G=37260.850.53400103 =5397 m3/d=224.9 m3/h儲氣柜容積一般按照日產氣量的25%40%設計，大型的消化系統取高值，小型的取低值，本設計取38%。儲氣柜的壓力一般為23KPa，不宜太大。六、 加熱系統設進水溫度為15C，反應器的設計溫度為25C。那么所需要的熱量：QH= dF. F.( TrT) . Q /QH加熱廢水需要的熱量，KJ/h；dF廢水的相對密度，按1計算；F廢水的比熱容，kJ/(kg.K)；Q廢水的流量，m3/hTr反應器內的溫度，CT廢水加熱前的溫度，C熱效率，可取為0.85所以 QH=4.2*1*(2515) *141.67/0.85=7000KJ/h每天沼氣的產量為5397 m3，其主要成分是甲烷，沼氣的平均熱值為22.7 KJ/L每小時的甲烷總熱量為：（539724）22.7103=5.1106 KJ/h，因此足夠加熱廢水所需要的熱量。七、加堿系統在厭氧生物處理中，產甲烷菌最佳節(jié)pH值是6.8-7.2，由于厭氧過程的復雜性，很難準確測定和控制反應器內真實的pH值，這就要和靠堿度來維持和緩沖，一般堿度要2000-5000mgCaCO3/L時，就會導致其pH值下降，所以，反應器內堿度須保持在1000mgCaCO3/L以上，因為為保證厭氧反應器內pH值在適當的范圍內，必須向反應器中直接加入致堿或致酸物質。間接調節(jié)pH值。主要致堿藥品有：NaCO3、NaHCO3、NaOH以及Ga(OH)2。在UASB反應器中安裝pH指示儀，并在加堿管路上設有計量裝置，將計量裝置和pH指示儀用信號線連接起來，根據UASB反應器中pH值的大小來調整加堿量，當UASB反應器中pH值過低時，打開加堿管路上的開關，往UASB反應器中加堿，使pH值下降；反之，當UASB反應器中pH值過高時，關閉加堿管路上的開關，停止加堿，使pH值上升。八、 活性污泥的培養(yǎng)與馴化 對于一個新建的UASB反應器來說，啟動過程主要是用未馴化的絮狀污泥（如污水處理廠的消化污泥）對其進行接種，并經過一定時間的啟動調試運行，使反應器達到設計負荷并實現有機物的去除效果，通常這一過程會伴隨著污泥顆?；膶崿F，因此也稱為污泥的顆?；Ｓ捎趨捬跎?，特別是甲烷菌增殖很慢，厭氧反應器的啟動需要很長的時間。但是，一旦啟動完成，在停止運行后的再次啟動可以迅速完成。當沒有現成的厭氧污泥或顆粒污泥時，采用最多的是城市污水處理廠的消化污泥。除了消化污泥之外，可用作接種的物料很多，例如牛糞和各類糞肥、下水道污泥等。一些污水溝的污泥和沉淀物或微生物的河泥也可以被用于接種，甚至好氧活性污泥也可以作為接種污泥，并同樣能培養(yǎng)出顆粒污泥。污泥的接種濃度以6-8kgVSS/m3（按反應器總有效容積計算）為宜，至少不低于5 kgVSS/m3，接種污泥的填充量應不超過反應器容積的60%。從負荷角度考慮UASB的初次啟動和顆?；^程，可分為三個階段：階段1：即啟動的初始階段，這一階段是低負荷的階段(2Kg COD/(m3d)。階段2：即當反應器負荷上升至25Kg COD/(m3d)的啟動階段。在這階段污泥的洗出 量增大，其中大多為細小的絮狀污泥。實際上，這一階段在反應器里對較重的污泥顆粒和分散的、絮狀的污泥進行選擇。使這一階段的末期留下的污泥中開始產生顆粒狀污泥或保留沉淀性能良好的污泥。所以在5.0 Kg COD/(m3d)左右是反應器中以顆粒污泥或絮狀污泥為主的一個重要的分