沼氣畢業(yè)設(shè)計正文

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上設(shè)計總說明隨著我國的國民經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展，一些能源消耗呈現(xiàn)快速增長的勢頭，使總能源需求明顯擴大、價格也不斷上升，局部地區(qū)出現(xiàn)了能源供應(yīng)緊張情況。如今我國也已經(jīng)成為煤炭世界第一消費大國，是繼美國之后的第二石油和電力消費大國，但我國石油儲量僅是世界的2%。隨著我國經(jīng)濟的快速持續(xù)發(fā)展，對能源的需求量也呈逐年遞增的趨勢，所以面臨能源供應(yīng)的壓力也在不斷增加。在這種形勢下，加大沼氣等生物能源的開發(fā)利用已經(jīng)成為緩解我國的能源供應(yīng)壓力的一個重要途徑。沼氣作為可再生清潔能源，既可以替代秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明顯高于秸稈、薪柴、煤炭等。發(fā)展沼氣

2、目前是我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，對增加優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)、緩解國家能源壓力具有重大的現(xiàn)實意義。沼氣是有機物質(zhì)在厭氧的環(huán)境下，在一定的溫度、濕度、酸堿度條件下，通過微生物的發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃性氣體。本次設(shè)計中以500頭奶牛牛糞作為沼氣發(fā)酵原料，重點對沼氣發(fā)酵池，即UASB反應(yīng)器做重要設(shè)計，其中主要包括布水裝置、三相分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計，從環(huán)保循環(huán)利用的方面考慮，需對生成的沼氣進行進一步處理，如脫水、脫硫處理等。還有對從UASB反應(yīng)器流出的沼液以及沼渣經(jīng)過簡易的曝氣池、沉淀池處理，防止造成污染，另一方面可利用最終沼渣、沼液作為農(nóng)肥，其具有營養(yǎng)成分多樣性及均衡性、增強土壤肥力、環(huán)保性等優(yōu)點。最后還對各處

3、理單元的結(jié)構(gòu)、平面布置和高程布置進行了設(shè)計。采用AutoCAD繪圖工具進行工程圖紙的繪制，以及對主要流程平面圖進行繪制。本次設(shè)計的目的是為了了解沼氣技術(shù)的原理以及過程，實現(xiàn)以牛糞作為沼氣發(fā)酵原料生產(chǎn)沼氣，同時緩解我國能源供應(yīng)壓力。通過此次設(shè)計鞏固所學(xué)的專業(yè)理論知識，掌握厭氧裝置的設(shè)計、污水處理工藝及各個構(gòu)筑物的設(shè)計技術(shù)，熟練設(shè)計過程和規(guī)范要求，從而為將來的實際工程的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：沼氣發(fā)酵；沼氣凈化；UASB反應(yīng)器；環(huán)保Design InstructionWith the continued rapid growth of our national economy, some of

4、 the energy consumption of industry shows rapid growth, significantly expanding the total energy using price is rising in some areas of the energy supply situation. Now China has become the world's largest consumer of coal country, the second after the United States oil and electricity consumer,

5、 but China is the world's oil reserves, only 2%. With China's sustained and rapid economic development, energy demand also showed an increasing trend year by year, so pressure is also facing increasing energy supply. Under such circumstances, increased methane development and utilization of

6、biomass energy has become a relieve the pressure of China's energy supply is an important way.Biogas as a renewable clean energy, can replace straw, firewood and other traditional biomass energy, it can replace coal and other energy commodities, and energy efficient than straw, firewood and coal

7、. China's energy strategy for the development of biogas is an important component of the increase the quality of energy supply and ease pressure on the national energy of great practical significance. Biogas is organic matter in the anaerobic environment, in a certain temperature, humidity, pH c

8、onditions, by microbial fermentation to produce a combustible gas.The design of a 500 cow dung as the methane fermentation of raw materials, focusing on the methane fermentation tank, that is important to do UASB reactor design, which includes water distribution installations, three-phase separator

9、design, from environmental considerations recycling required to generate biogas for further processing, such as dehydration, desulfurizing process. UASB reactor also flow from the slurry and biogas residue through simple aeration tank, settling tank treatment, prevention of pollution, on the other h

10、and can use the final residue, biogas slurry as agricultural fertilizer, which has a diversity and nutrition balance, enhance soil fertility, environmental protection and so on. Finally, the structure of each processing unit, layout and elevation layout of the design. AutoCAD drawing using the drawi

11、ng tools to engineering drawings, and plans to draw on the key processes.The purpose of this design is to understand the principle and process of biogas technology, the realization of cow dung used as raw materials to produce methane biogas, while alleviating pressure on China's energy supply. D

12、esigned to consolidate what they have learned through the professional theoretical knowledge and master the design of the anaerobic plant, sewage treatment process and the various structures of the design technology, skilled design process and regulatory requirements, and thus for the future applica

13、tion of practical engineering and lay a solid foundation.朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音字典Key words：Gas Ferment ;Gas Purification ;UASB reactor ;Environmental目 錄專心-專注-專業(yè)1 前 言1.1沼氣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1我國沼氣技術(shù)發(fā)展歷程沼氣在我國應(yīng)用已有一個多世紀的歷史，其發(fā)展歷程大體上可以分為四個階段，即：20世紀30年代、50年代、70年代、80年代至今1。我國真正意義上沼氣的研究和推廣始于20世紀30年代，更深層次的認識和更大范圍應(yīng)用始于20世紀80年代，我國

14、于1982年建成的成都鳳凰山畜牧園藝場沼氣工程是我國最早的農(nóng)場大型沼氣工程2，該工程由農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所設(shè)計。工程日處理1000頭奶牛糞污，裝置總?cè)莘e4×300 m3隧道式，中溫發(fā)酵，平均池容產(chǎn)氣率0. 765 m3·m- 3d - 1。我國沼氣的發(fā)展主要有以下幾個特點：（1）有可靠的技術(shù)保障，農(nóng)業(yè)部組織成立了專門的研究機構(gòu)，1980年組織成立了中國沼氣學(xué)會，經(jīng)過廣大的科技工作者的努力，在沼氣發(fā)酵微生物學(xué)原理和沼氣發(fā)酵工藝方面取得了重要進展。（2）沼氣池的池型和沼氣發(fā)酵原料有了嗯大的發(fā)展和變化。在傳統(tǒng)圓筒型沼氣池的基礎(chǔ)上，研究出許多高效實用的池型。沼氣發(fā)酵原料的方面實現(xiàn)了

15、秸稈向牲畜糞便的轉(zhuǎn)變，從而解決了利用秸稈作為原料存在的出料難，易結(jié)殼難題。（3）沼氣技術(shù)利用途徑實現(xiàn)了重大的轉(zhuǎn)變，由以前的單一制取能源向改善農(nóng)村的環(huán)境、保護生態(tài)環(huán)境、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)等多元化利用轉(zhuǎn)變，尤其是在生態(tài)農(nóng)業(yè)方面的獨特作用，更是近年來這一技術(shù)得已到重視和推廣的重要原因。據(jù)2002 年有關(guān)統(tǒng)計,全國大中型規(guī)模奶牛場沼氣工程已經(jīng)達到101處,近年來又有一定發(fā)展3。另一方面近年來以沼氣為紐帶的各種農(nóng)業(yè)生態(tài)工程技術(shù)模式得到快速發(fā)展，并且產(chǎn)生了良好的效果?？梢哉f，目前沼氣技術(shù)已經(jīng)成為我國生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展重要技術(shù)支撐之一。1.1.2國外沼氣技術(shù)進展歐洲是目前農(nóng)場沼氣工程技術(shù)最發(fā)達、推廣數(shù)量最多,技術(shù)最成熟

16、的地區(qū)4、5。歐洲沼氣工程數(shù)量較多的國家是德國、丹麥和英國。在美國的弗羅里達州有一處500 頭奶牛場糞污沼氣處理工程6,455m3厭氧濾器、進料濃度大約為1% ,HRT 3d ,COD去除率50 %。加拿大近年來也建造了處理幾千頭牛糞污的大型全混合沼氣發(fā)酵裝置7,8。1776 年意大利物理學(xué)家沃爾塔認為沼氣與湖泊沉積物中植物體腐爛有關(guān),并對沼氣成分進行了分析,1860年法國科學(xué)家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器,1925年在德國、1926年在美國分別建造了備有加熱設(shè)施及集氣裝置的消化池,這是現(xiàn)代大、中型沼氣發(fā)生裝置的原型9。印度是繼中國之后戶用沼氣數(shù)量最多的國家,已經(jīng)建成近300萬口戶用沼氣裝置10，此

17、外還實施了一大批大中型沼氣工程。印度的戶用沼氣裝置主要用作生產(chǎn)農(nóng)村能源,以牛糞為主要原料,沼渣沼液用作有機農(nóng)肥。此外，20世紀50年代末，尼泊爾首次引入沼氣，如今成千上萬的家庭都在使用沼氣。這種低科技生物燃料能使像尼泊爾這樣的貧困發(fā)展中國家，也為抵制全球變暖出一分力。而且，在農(nóng)村地區(qū)使用沼氣還能使各國交易二氧化碳排放權(quán)。尼泊爾的經(jīng)驗證明了交易權(quán)的價格是很具競爭力的。在尼泊爾，沼氣設(shè)備是低科技的簡單設(shè)備：即存儲牛糞的圓槽。該設(shè)備多建于房屋附近，以便產(chǎn)生的氣體通過管道輸送到廚房。將近85%的尼泊爾人生活在農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)村人口大約為2千7百萬。其中95%的農(nóng)村人口使用諸如木材和農(nóng)業(yè)廢料等傳統(tǒng)的，收成不

18、穩(wěn)定的燃料。1.2沼氣技術(shù)在促進社會發(fā)展中的作用1.2.1緩解我國化石能源供應(yīng)壓力能源是各國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，其直接影響著經(jīng)濟發(fā)展的速度和國家的安全。隨著我國的國民經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展，一些能源消耗行業(yè)呈現(xiàn)出快速增長的勢頭，使能源的總需求明顯擴大、價格也不斷上升，局部地區(qū)甚至出現(xiàn)了能源供應(yīng)緊張的情況。沼氣作為可再生清潔能源，其既可替代秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能源，也可替代煤炭等商品的能源，而且其能源效率明顯高于秸稈、薪柴等。目前發(fā)展沼氣是我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，對增加優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)、緩解國家能源壓力都具有重大的現(xiàn)實意義。1.2.2改善農(nóng)民生活環(huán)境及衛(wèi)生條件2004年世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國開發(fā)的計劃署

19、公布數(shù)據(jù)顯示，發(fā)展中國家每年約有160萬人因炊煙引發(fā)的疾病死亡。發(fā)展戶用沼氣，可以使牲畜進圈、糞進池、沼渣沼液進地，進而顯著改善了農(nóng)民的居住環(huán)境和衛(wèi)生狀況。可以說沼氣的使用總體上提高了身體健康水平和生活質(zhì)量。1.2.3控制局部地區(qū)環(huán)境污染目前，我國許多地區(qū)養(yǎng)殖業(yè)排放的高濃度有機廢水對環(huán)境造成的污染已經(jīng)成為影響當?shù)丨h(huán)境質(zhì)量的重要因素。畜禽養(yǎng)殖場污水中含有大量的污染物質(zhì)，例如豬糞尿和牛糞尿混合排出物的COD值分別高達81000mg/L和36000mg/L,蛋雞場沖洗廢水的COD為4300077000mg/L，對部分大型養(yǎng)殖場排出廢水的檢測結(jié)果，COD超標5070倍，BOD超標7080倍，懸浮固體超

20、標1220倍，如不加以控制，任由這些高濃度畜禽有機污水排入江河湖泊，勢必會造成水質(zhì)不斷惡化。通過養(yǎng)殖場沼氣工程建設(shè)，在產(chǎn)出清潔的燃料同時，還可以使養(yǎng)殖場糞污達標排放，從而可顯著改善當時的環(huán)境質(zhì)量。1.2.4促進農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的改善在促進農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境改善方面，沼氣技術(shù)可發(fā)揮以下幾個方面功能：（1）保護森林資源，減少水土流失。（2）生產(chǎn)有機肥和殺蟲劑，降低農(nóng)藥和化肥污染。（3）無害化處理畜禽糞便和生活污水，防治農(nóng)村面源污染。養(yǎng)殖糞便污水經(jīng)過沼氣發(fā)酵處理，顯著降低了廢水中有機質(zhì)含量，改善排放廢水的水質(zhì)，如果再對其加以綜合利用則會產(chǎn)生更好的環(huán)保效果。1.2.5促進新農(nóng)村建設(shè)沼氣技術(shù)在農(nóng)村推廣利用可以為新

21、農(nóng)村建設(shè)的目標實現(xiàn)提供有力的支持，進而為提高農(nóng)民的生活質(zhì)量提供了必要的經(jīng)濟保障，從而增加農(nóng)民收入，使受益農(nóng)戶獲得更大的利益，使農(nóng)村面貌得到更大的改善。本次設(shè)計將了解我國沼氣技術(shù)的基礎(chǔ)，沼氣池的設(shè)計、施工及運行管理，沼氣能源的利用，鞏固所學(xué)理論知識，掌握沼氣工藝設(shè)計流程，熟練過程及要求，為將來實踐打好基礎(chǔ)。2沼氣工程基礎(chǔ)設(shè)計分析2.1沼氣的基本知識2.1.1沼氣的發(fā)酵原理沼氣發(fā)酵的過程實質(zhì)是微生物自身物質(zhì)代謝和能量代謝的一個生理反應(yīng)。沼氣發(fā)酵的過程一般可分為3個階段。第一階段是液化階段，通過微生物對有機物進行體外的酶解，把固體有機物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苡谒奈镔|(zhì)。第二階段是產(chǎn)酸階段，上述的水解產(chǎn)物進入微生

22、物細胞后，在胞內(nèi)酶作用下，進一步將它們分解成小分子化合物。第三階段是產(chǎn)甲烷階段。甲烷二氧化 碳蛋白質(zhì)脂肪碳水化合物液化階段微生物氨基酸脂肪酸單糖（或二糖）產(chǎn)酸階段微生物低級脂肪酸醇類中性化合物氫、二氧化碳產(chǎn)甲烷階段甲烷細菌圖2.1 沼氣發(fā)酵過程2.1.2沼氣的主要成分沼氣是有機物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體,由于這種氣體通常產(chǎn)生于沼澤地和池沼中,因此稱為沼氣11。沼氣同時是一種可燃性混合氣體，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氫(H2S)、氮、氫氣、氧氣、氨及其他一些成分。沼氣的組成中，可燃成分包括甲烷、硫化氫、一氧化碳和重?zé)N等氣體；不可燃的成分包括二氧化碳、氮和氨等氣體。在沼氣成

23、分中甲烷含量為55%70%、二氧化碳含量為28%44%、硫化氫平均含量為0.034%。2.1.3沼氣的性質(zhì)沼氣是一種無色、有味、有毒、有臭味的氣體，其主要成分甲烷在常溫下是一種無色、無味、無臭、無毒的氣體。甲烷分子式是CH4，是一個碳原子與四個氫原子所結(jié)合的簡單碳氫化合物。甲烷對空氣的重量比是0.54，比空氣約輕一半。甲烷的溶解度很少，在20、0.1千帕?xí)r，100單位體積的水，只能溶解3個單位體積的甲烷。甲烷為簡單的有機化合物，是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。燃燒時火焰呈藍色，最高溫度可達到1400左右。純甲烷每立方米發(fā)熱量約為36.8千焦。沼氣每立方米的發(fā)熱量約23.4千焦，這相當于0.55千克柴油或

24、0.8千克煤炭充分燃燒后放出來的熱量。從熱效率分析，每立方米沼氣能利用的熱量，相當于燃燒3.03千克煤能利用的熱量。2.2沼氣發(fā)酵原料每噸干牛糞、雞糞和豬糞(中溫發(fā)酵)分別可產(chǎn)生沼氣約300m3,490m3和420m3 12。沼氣的熱值為18017 25140 KJm- 3,相當于1 kg原煤或0.74 kg標準煤所產(chǎn)的熱量13。因此,利用畜禽糞便生產(chǎn)清潔能源,對于保護環(huán)境和發(fā)展可再生能源都有著重要的意義。沼氣發(fā)酵的原料既是生產(chǎn)沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是沼氣微生物進行正常生命活動所需的營養(yǎng)和能量的物質(zhì)來源。為了保證沼氣發(fā)酵過程中有充足而穩(wěn)定的發(fā)酵原料，同時使池內(nèi)發(fā)酵既不結(jié)殼，又容易進料和出料，達到管

25、理方便，產(chǎn)氣率高的目的，須認真選擇好沼氣發(fā)酵原料。本設(shè)計采用500頭奶牛糞便作為發(fā)酵原料。表2.1 常用發(fā)酵原理總固體含量（近似值）%發(fā)酵原料總固體含量水分含量豬糞1882牛糞1783豬尿0.499.6牛尿0.699.4經(jīng)調(diào)查，奶牛的日排糞量為34kg，日排尿量為34kg，年排糞量為12410kg，產(chǎn)沼氣量為208370.2.3沼氣發(fā)酵原料預(yù)處理一般沼氣池發(fā)酵濃度的變化范圍為6%10%為宜，夏季濃度6%10%為宜，低溫季節(jié)濃度則10%12%為佳。一般的厭氧發(fā)酵所需的碳氮比253014。動物糞便屬富氮性原料，其C/N<25/1，糞便類原料顆粒較細，含有較多的低分子化合物，原料分解產(chǎn)氣速度較

26、快，則不必進行多余預(yù)處理。本設(shè)計中500頭奶牛的牛糞經(jīng)過刮糞板進入集糞池先暫時短期貯存，由于鮮牛糞的C/N比即為25/1，所以不用加料。3沼氣池的設(shè)計計算3.1基本參數(shù)的確定3.1.1總設(shè)計流程集糞池UASB反應(yīng)器貯氣罐刮糞板固液分離機牛舍曝氣池沉淀池干燥劑脫水罐脫硫塔沼氣利用排放及農(nóng)肥利用污泥回流顆粒污泥儲池圖3.1 總工藝流程圖3.1.2設(shè)計參數(shù)奶牛場糞尿和污水量的確定：奶牛場排放糞尿與污水包括以下4個部分：牛糞尿、牛圈沖洗水、擠奶消毒水、牛奶桶清洗水。一頭體重600kg奶牛的日排糞量為20kg，排尿量為34kg，養(yǎng)牛場沖洗水量每頭每天為500800L。奶牛糞尿的組分如下表所示。表3.1

27、奶牛糞尿的組分成分BOD/(mg/L)TSS/(mg/L)TN/(mg/L)P2O5/(mg/L)K2O/(mg/L)pH牛糞245009430440015007.28.2牛尿40005000834040189007.28.23.2 UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)設(shè)計3.2.1基本參數(shù)UASB反應(yīng)器由于其結(jié)構(gòu)簡單、容易管理、負荷較高、產(chǎn)氣量大、出水水質(zhì)好等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用15。UASB設(shè)計涉及多個方面因素，包括池容的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖3.2 UASB結(jié)構(gòu)示意圖廢水的水質(zhì)廢水成分對反應(yīng)器內(nèi)污泥的顆?；卸喾矫嬗绊懀⒛芤鹋菽约案≡鼘拥男纬?，處理含有高蛋白質(zhì)和脂肪的廢水時更易出現(xiàn)這些問題。在UASB設(shè)計時

28、，廢水當中顆粒物與溶解性COD的含量比值是需要重點考慮的因素，同時也是決定是否采用UASB工藝的決定性因素。反應(yīng)器容積負荷UASB反應(yīng)器在3035的條件下處理廢水，當容積負荷在20KgCOD/(m3·d)時，COD去除率可達90%95%，HRT可以降低到48小時。當要求COD去除率低于90%時，且出水高TSS含量可以接受，則可以采用更高的水力上升流速，使反應(yīng)器內(nèi)形成密度更大的顆粒污泥，從而使反應(yīng)器容積的負荷可以進一步提高。水力上升流速水力上升流速是UASB的一個重要設(shè)計參數(shù)，其主要取決于反應(yīng)器的進水流量和反應(yīng)器水平截面積。水力上升流速設(shè)計推薦值見表。在處理COD完全可溶或部分可溶的廢

29、水時，表面水力流速可分別允許出現(xiàn)短時間6m/h和2m/h的高峰值。發(fā)酵料液的酸堿度沼氣微生物最適宜pH值的范圍是6.87.5，如pH值低于最優(yōu)值，會危害厭氧消化的效率16。當沼氣料液的pH值小于6或大于8時，沼氣發(fā)酵會受到抑制，甚至停止產(chǎn)氣，所以需經(jīng)常檢驗UASB反映其中的pH值，如有不當，需要投料重新啟動。表3.2 UASB水力上升流速和高度推薦值廢水類型水力上升流速反應(yīng)器高度范圍典型值范圍典型值COD近似完全可溶COD部分可溶生活污水1.03.01.01.250.81.01.51.00.86103735865反應(yīng)器的容積UASB反應(yīng)器的一個重要設(shè)計參數(shù)是容積負荷或水力停留時間。一般來說，廢

30、水的濃度較低時，反應(yīng)器容積的計算主要取決于水力停留時間，在較高濃度下，反應(yīng)器容積則主要取決于容積負荷大小。畜禽糞便廢水是一種高濃度有機廢水，所以其容積的設(shè)計主要根據(jù)容積負荷來進行。在采用傳統(tǒng)UASB系統(tǒng)的情況下，上升流速的平均值一般不超過0.5m/h。一般最經(jīng)濟的反應(yīng)器高度在46m，并且大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)最佳運行范圍。采用有機負荷(q)或水力停留時間(HRT)設(shè)計UASB反應(yīng)器是目前最主要的方法。一旦q或HRT確定，反應(yīng)器體積(V)可以很容易由公式(1或2)計算。對某種特定的廢水，反應(yīng)器容積負荷一般應(yīng)通過試驗確定。 V= (1) (2)式中：V反應(yīng)器的有效容積，進水COD濃度，KgCOD/

31、Q進液流量，/h；反應(yīng)器有機負荷率，KgCOD/();反應(yīng)器液體部分總?cè)莘e，；E有效系數(shù)。表3.3 不同類型廢水國內(nèi)外UASB反應(yīng)器處理的負荷數(shù)據(jù)相關(guān)資料序號廢水類型負荷kgCOD/m3·d(國外資料)負荷kgCOD/m3·d(國內(nèi)資料)平均最高最低廠家數(shù)平均最高最低廠家數(shù)1酒精生產(chǎn)11.615.77.176.5202152啤酒廠9.818.85.6805.385103葡萄酒廠10.212844淀粉9.211.46.465.482.725酵母業(yè)9.812.461666616造紙12.738.96397食品加工9.113.30.8103.54328屠宰廢水6.26.26.21

32、3.142.349制藥廠10.933.26.311580.8510家畜飼料廠10.510.510.5111垃圾濾液9.9127.973.2.2 UASB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡介（1）反應(yīng)器截面積以及長、寬(或直徑) 在確定反應(yīng)器容積和高度后，可確定反應(yīng)器的截面積，從而確定反應(yīng)器的長和寬，在同樣的面積下正方形池周長比矩形池要小，矩形UASB需要更多材料。從布水均勻性和經(jīng)濟性考慮，矩形池在長/寬比在2:1以下較合適。長/寬比在4:1時費用增加最為顯著。 圓形反應(yīng)器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12%。但這一優(yōu)點僅在采用單個池子時成立。當建立兩個或兩個以上反應(yīng)器時，矩形反應(yīng)器可以采用共用壁。對于采用公共壁

33、的矩形反應(yīng)器，池型的長寬比對也有較大影響，如果不考慮其他因素，這是一個在設(shè)計中需要優(yōu)化的參數(shù)，本設(shè)計將采用圓形池反應(yīng)器。 （2）布水器布水器也是UASB反應(yīng)器一個很關(guān)鍵的部件，它對于保證污水和污泥之間的充分接觸，最大限度的發(fā)揮反應(yīng)器內(nèi)厭氧污泥的作用是十分重要的。進水分配系統(tǒng)的合理設(shè)計對UASB的良好運轉(zhuǎn)也是至關(guān)重要的，進水系統(tǒng)有配水和水力攪拌的功能，為了這兩個功能的實現(xiàn)，需滿足如下原則：a) 確保單位面積進水量基本相同，以防短路等現(xiàn)象發(fā)生；b) 盡可能滿足水力攪拌需求，保證進水有機物與污泥能迅速混合；c) 易觀察到進水管的堵塞；d) 當堵塞發(fā)現(xiàn)后，極易被清除。布水系統(tǒng)進水方式大致分為脈沖進水和

34、連續(xù)進水兩種方式。連續(xù)進水方式包括有一管一孔配水式，一管多孔配水式和分支式配水方式。圖3.3 布水器結(jié)構(gòu)示意圖a.一管一孔配水式的特點：一根配水管服務(wù)一個配水點，所以只要保證每根配水管的流量相等，即可實現(xiàn)每個配水點均勻配水。為保證每一個配水點達到其應(yīng)得的進水流量，配水箱一般置于反應(yīng)器的頂部，這樣布置有兩個方面的優(yōu)點，一是當某一布水管或布水頭出現(xiàn)堵塞時通過配水箱液面的升高即可觀察得到，二是當堵塞不是很嚴重的情況下，隨著配水箱液面升高，使布水管內(nèi)的壓力增大，從而可自行消除堵塞。b脈沖式進水使底層污泥交替進行收縮和膨脹時，有助于底層污泥的混合。一定的布水強度能促進反應(yīng)區(qū)污泥床底部顆粒污泥的混合，促進

35、污染物與污泥充分的接觸，強化反應(yīng)速率，同時也有利于底層顆粒污泥上黏附的微小氣泡的脫離，防止其浮升于懸浮層，減少污泥流失量。c. 一管多孔配水方式特點：采用在反應(yīng)器池底配水橫管上開孔的方式進行布水，為了使配水均勻，要求出水的流速不小于2.0m/s。此配水方式可用于脈沖進水系統(tǒng)。一管多孔式配水方式容易發(fā)生堵塞，從而進水將從沒有堵塞的其他孔口重新分配，導(dǎo)致在反應(yīng)器池底的進水分布不均勻?？紤]到這種現(xiàn)象，應(yīng)盡量避免在一根管道上有過多的開口。（3）配水管道設(shè)計污水中存在的大物體可能會堵塞進水管，設(shè)計良好的進水系統(tǒng)可疏通堵塞；對于壓力流采用穿孔管布水器(一管多孔)，需要考慮設(shè)液體反沖洗或清堵的裝置，可采用停

36、水分池分段反沖；采用一管多孔的布水管道，管道尾端最好兼作放空和排泥管，以利于清除堵塞；采用重力流布水方式(一管一孔)，如果進水水位差僅比反應(yīng)器的水位稍高(水位差小于10cm)將會經(jīng)常發(fā)生堵塞。在水箱中的水位(三角堰的底部)與反應(yīng)器中的水位差大于30cm將會很少發(fā)生這種堵塞。無論采用那一種布水方式，應(yīng)盡可能少地采用彎頭等非直管。（4）三相分離器圖3.4 三相分離器結(jié)構(gòu)示意三相分離器是UASB反應(yīng)器穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，而且在日益發(fā)展的三相流態(tài)化技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用前景。但到目前為止, 用于大規(guī)模生產(chǎn)的三相分離器結(jié)構(gòu)在國外仍屬專利17，有關(guān)設(shè)計方法也未見報道。氣、液、固三相分離器是UASB反應(yīng)器的重要

37、結(jié)構(gòu)特征，它對于污泥床的正常運行和獲得良好出水水質(zhì)起十分重要的作用。它具有兩個功能，其一是收集從分離器下反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的沼氣；其二是使在分離器之上的懸浮物沉淀下來。工作原理：待處理的廢水被引入UASB反應(yīng)器的底部，向上流過由絮狀或顆粒狀污泥組成的污泥床，隨著污水與污泥相接觸而發(fā)生厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生的沼氣（氣體是甲烷和二氧化碳）會引起污泥床擾動。在污泥床產(chǎn)生的氣體中有一部分會附著在污泥顆粒上，自由氣泡和附著在污泥顆粒上的氣泡上升至反應(yīng)器頂部。污泥顆粒上升撞擊到脫氣擋板的底部時，引起附著的氣泡釋放，脫氣的污泥顆粒沉淀回到污泥床表面。自由氣體和從污泥顆粒釋放的氣體被收集在反應(yīng)器頂部的集氣室內(nèi)。液體中包含的一

38、些剩余固體和生物顆粒進入到沉淀室內(nèi)，剩余固體和生物顆粒從液體中分離并通過反射板落回污泥層上面。分離氣體、固體后的液體繼續(xù)上升，最后從出水堰溢流，經(jīng)集水槽排出。沼氣聚集于三相分離器頂部，可通過氣管排出。 高濃度有機生產(chǎn)廢水經(jīng)過厭氧反應(yīng)器的預(yù)處理后，有機物得到大量去除，COD大幅下降。通常UASB的三相分離器的設(shè)計應(yīng)遵循下列原則：a. 沉淀區(qū)斜壁角度設(shè)計應(yīng)能使沉淀在斜壁上的污泥不積聚，順利返回到反應(yīng)區(qū)內(nèi)，該傾角通常為5560°。b.沉淀區(qū)的表面負荷應(yīng)在0.7m3/(m2·h)以下，混合液進入沉淀區(qū)前，通過入流孔道（縫隙）的流速應(yīng)不大于2m/h。c.反射板與入流孔道（縫隙）之間的

39、遮蓋應(yīng)在100200mm，以防止氣泡進入沉淀區(qū)影響沉淀。d應(yīng)防止氣室產(chǎn)生大量的泡沫，并控制好氣室高度，防止浮渣堵塞出氣管，要保證氣室出氣管暢通無阻。為了這一點，主要需控制好分離器下氣液界面的沼氣釋放速率，適當?shù)臍怏w釋放速率是13 m3/(m2·h)。e. 在集氣室上部應(yīng)該設(shè)置消泡噴嘴，當處理污水產(chǎn)生嚴重泡沫的問題時用來消泡。出氣管的直徑應(yīng)足夠大以保證從集氣室引出沼氣，尤其是在產(chǎn)生泡沫的情況下。f分離器相對于出水界面的位置，該位置決定了反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)的比例。在多數(shù)UASB反應(yīng)器中沉淀區(qū)為總體積的15%25%；在反應(yīng)器的高度為57m時集氣室的高度應(yīng)該在1.5m左右。3.3 UASB反應(yīng)器

40、的設(shè)計計算3.3.1設(shè)計參數(shù)設(shè)計溫度T=25容積負荷V=10.5kgCOD/(m3·d )平均體重500Kg的一頭奶牛的糞尿量為45.0L/d，本設(shè)計中500頭奶?？偧S尿量為22500 L/d，產(chǎn)沼氣量為208370 m3進液流量Q=3500 m3/d表3.4 設(shè)計參數(shù)水質(zhì)指標COD（mg/L）BOD（mg/L）SS（mg/L）進水水質(zhì)37352340568設(shè)計去除率85%90%0設(shè)計出水水質(zhì)5602345683.3.2 UASB反應(yīng)器容積及主要工藝尺寸的確定（1）UASB反應(yīng)器容積的確定畜禽糞便廢水是高濃度有機廢水，所以其容積設(shè)計根據(jù)容積負荷來計算。采用容積負荷法確立其容積V

41、60;  Vn= (3-1)式中： Vn反應(yīng)器液體部分有效容積，m3 S0進水COD濃度，KgCOD/ (m3·d )Q進液流量，m3 /h；Lorg反應(yīng)器有機負荷率，KgCOD(m3·d )/。Vn =3500×3.735/1.5=1245 m3  取有效容積系數(shù)為0.8,則反應(yīng)器液體部分總?cè)莘eVL= Vn /E=1557 m3（2）構(gòu)造尺寸計算本設(shè)計UASB反應(yīng)器采用圓形池取水力負荷q=0.6 m3/(m2·d) 反應(yīng)器表面積 A=Q/q=145.8/0.6=244 m2 HL=VL/A=6