環(huán)境工程UASB反應(yīng)器概算設(shè)計說明書

1、環(huán)境工程概算設(shè)計說明書UASB 厭氧反應(yīng)器工程設(shè)計一工程概述工程背景厭氧生物處理過程能耗低： 有機(jī)容積負(fù)荷高，一般為30-50kgCOD/（m3d），最高可達(dá) 30-50kgCOD/（m3d）： 剩余污泥量少；厭氧菌對營養(yǎng)需求低、耐毒性強(qiáng)、可降解的有機(jī)物分子量高，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，產(chǎn)出的沼氣是種清潔能源。在全社會提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)，關(guān)注工業(yè)廢棄物實(shí)施資源化再生利用的今天， 厭氧生物處理顯然是能夠使污水資源化的優(yōu)選工藝。近年來，污水厭氧處理工藝發(fā)展十分迅速，各種新工藝、新方法不斷出現(xiàn)， 包括有厭氧接觸法、升流式厭氧污泥床、檔板式厭氧法、厭氧生物濾油、厭氧膨脹床和流化床，以及第三代厭氧工藝 EGSB 和

2、 IC 厭氧反應(yīng)器，發(fā)展十分迅速。而升流式慶氧污泥床 UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下簡稱 UASB)工藝由于具有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重特點(diǎn)，作為能夠?qū)⑽鬯械奈廴疚镛D(zhuǎn)化為再生清潔能源一沼氣的一項(xiàng)技術(shù)。對于不同含固量污水的適應(yīng)性也強(qiáng)，且其結(jié)構(gòu)、運(yùn)行操作維護(hù)管理相對簡單，造價也相對較低，技術(shù)己經(jīng)成熟，正日益受到污水處理業(yè)界的重視，得到廣泛的歡迎和應(yīng)用?；驹鞺ASB 由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)和氣室三部分組成。 在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污 泥層。 要處理的污水從厭氧污泥床底

3、部流入與污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸， 污泥中的 微生物分解污水中的有機(jī)物， 把它轉(zhuǎn)化為沼氣。 沼氣以微小氣泡形式不斷放出， 微小 氣泡在上到過程中， 不斷合井， 逐漸形成較大的氣泡， 在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進(jìn)入三相分離掘，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進(jìn)入氣室， 集中在氣室的沼氣，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進(jìn)入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回慶氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床?；?

4、本 出 要 求 (1）為污泥絮凝提供有利的物理、化學(xué)和力學(xué)條件，使厭氧污泥獲得并保持良好的沉淀性能；(2）良好的污泥床?？尚纬梢环N相當(dāng)穩(wěn)定的生物相，保持特定的微生態(tài)環(huán)境，能抵抗較強(qiáng)的擾動力，較大的絮體具有良好的沉淀性能，從而提高設(shè)備內(nèi)的污泥濃度；( 3）通過在污泥床設(shè)備內(nèi)設(shè)置一個沉淀區(qū)，使污泥細(xì)顆粒在沉淀區(qū)的污泥層內(nèi)進(jìn)一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床內(nèi)。二工程設(shè)計UASB 反應(yīng)器的有效容積（包括沉淀區(qū)和反應(yīng)區(qū)）設(shè)計容積負(fù)荷為N v=5.0kgCOD/（m/d），進(jìn)水流量 Q=500m/d，進(jìn)水COD 濃度C0=11200（mg/L），Ce=1680（mg/L）（去除率 85%），則有效容積為V

5、 QC0 E 500 11.2 0.85 952m3Nv5.0式中Q 設(shè)計處理流量，m/d C0進(jìn)出水 COD 濃度，kgCOD/m E 去 除 率 Nv容積負(fù)荷，5.0kgCOD/（m/d）UASB 反應(yīng)器的形狀和尺寸工程設(shè)計反應(yīng)器 1 座，橫截面積為矩形。1）反應(yīng)器有效高為h=6.0m ，則橫截面積： S0 V 952 158.7m2h6.02）單池從布水均勻性和經(jīng)濟(jì)性考慮，矩形長寬比在 2：1 以下較合適。設(shè)池長L=16m，則寬b S0 = 158.7 =9.9m ，L16實(shí)際橫截面積為：S=L b=16 10=160m 2 。3）設(shè)計反應(yīng)器總高H=7.5m ，其中超高 0.5m，池體總

6、容量為：V1 S H1 160 （7.5 - 0.5） 1120m3 ，33有效反應(yīng)容積為：V有效 S h 160 6 960m 952m ，符合有機(jī)負(fù)荷要求。池體實(shí)際尺寸為： L b H 16m10m 7.5m 。960UASB 反應(yīng)器體積有效系數(shù)： 1120100% 85.7% ,在 70%-90%之間，符合設(shè)計規(guī)范。 4）水力停留時間（tHRT）及水力負(fù)荷（Vr）t V 960 24 46.08hHRTQ500V Q 500 0.13m3 / (m2 h)rS24 160根據(jù)參考文獻(xiàn)，對于顆粒污泥，水力負(fù)荷為 0.1-0.9 m3 / (m2 h) ， 故符合要求。三項(xiàng)分離器構(gòu)造設(shè)計計算

7、1）沉淀區(qū)設(shè)計根據(jù)一般設(shè)計要求， 水流在沉淀室內(nèi)表面負(fù)荷率應(yīng)小于0.7m3 / (m2 h) ，沉淀室底部進(jìn)水口表面負(fù)荷一般小于2.0m3 / (m2 h) 。本工程設(shè)計中，與短邊平行，沿長邊布置 13 個集氣罩，構(gòu)成 6 個分離單元。三相分離器長度：L1=b=10m 每個單元寬度： b L 16 2.7m66沉淀區(qū)沉淀面積即為反應(yīng)器的水平面積 160m2。沉淀區(qū)表面負(fù)荷率： Q 500 24 0.13m3 / (m2 h) 0.7m3 / (m2 h)回流縫設(shè)計S160設(shè)上下三角形集氣罩斜面水平夾角為 55，取h3=1.3mb h31.3 0.91m1tan tan 55b2 b 2b1 2

8、.7 2 0.91 0.88m式中：b單元三項(xiàng)分離器寬度，m； b1下三角形集氣罩底的半寬度，m； b2相鄰兩個下三角形集氣罩之間的水平距離（即污泥回流縫之一），m；h3下三角形集氣罩的垂直高度，m；下三角集氣罩之間污泥回流縫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下三角形集氣罩之間污泥回流縫中混合液的上升流速， m/h；1a 下三角形集氣罩回流縫總面積，m2；L1反應(yīng)器的寬度，即三項(xiàng)分離器的長度 b,m； n反應(yīng)器三相分離器的單元數(shù)；為使回流縫水流穩(wěn)定，固、液分離效果好，污泥回流順利，一般v12m/

9、h。上三角集器罩下端與下三角斜面之間水平距離的回流縫中水流的流速。設(shè)b3=CD=0.3m,a2 2nb3 L 2 6 0.3 10 36m1v Qa2 500 24 0.58m / h36式中：v2上三角集氣罩底邊與下三角集氣罩斜面之間水平距離的回流縫中水流的流速，m/h；2a 上三角形集氣罩回流縫總面積，m2； b3上三角形集氣罩回流縫的寬度，m；假設(shè) a2 為控制斷面 Amin，一般其面積不低于反應(yīng)器面積的 20%，V2 就是Vmax，同時要滿足：V1 V2(Vmax)4kgCOD/m。每個布水點(diǎn)服務(wù)面積為 2-5m2,出水流速 2-5m/s，配水中心距池底一般為20-25cm。配水系統(tǒng)配

10、水系統(tǒng)形式采用多管多孔配水方式，每個反應(yīng)器設(shè) 1 根d=100mm 的總水管，16 根 d=50mm 的支水管。支管分別位于總水管兩側(cè)，同側(cè)每根只管之間的中心距為 2.0m，配水孔徑取 15mm，孔距 2.0m ， 每根水管有 3 個配水孔，每個孔的服務(wù)面積2.0 1.67 3.34 m2 ，孔口向下。布水孔孔徑的計算進(jìn)水流速為u 4Q3600 D24 20.833600 3.14 0.12 0.74m / s ，布水孔一共 48 個，出水流速為 2.1m/s，則穿孔孔徑：4 20.833600 3.14 48 2.1d 9.0mm，取 15mm，本裝置采用連續(xù)進(jìn)水方式，布水口向下，有利于避免

11、管口堵塞， 而且由于UASB 反應(yīng)器底部反射散布作用，有利于布水均勻，為了污泥和廢水之間的接觸，減少底部進(jìn)水管的堵塞，建議進(jìn)水點(diǎn)距反應(yīng)底部 200300mm，本工程設(shè)計采用布水管離 UASB 底部200mm 處。布水管設(shè)置在距 UASB 反應(yīng)器底部 200mm 處。驗(yàn)證溫度 30，容積負(fù)荷 5.0kgCOD/(m3d)，沼氣產(chǎn)率0.4m 3/kgCOD，需要滿足空塔水流速度 u1.0m/h，空塔沼氣上升速度：ug1.0m/h，Q20.83空塔水流速度： u S 160 0.13m / h1.0m / h空塔沼氣上升速度：ug 都滿足要求。QC 20.83 11.2 0.85 0.40=0.5m

12、 /S160h1.0m / h排泥系統(tǒng)的設(shè)計計算UASB 反應(yīng)器中污泥總量計算一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成，設(shè)平均濃度為20gVSS/L ，則一座UASB 反應(yīng)器中污泥總量：G V Css 952 20 19.04t污泥產(chǎn)量厭氧生物處理污泥產(chǎn)量的確定與每天去除的有機(jī)物量有關(guān)， 當(dāng)設(shè)有相關(guān)的動力學(xué)常數(shù)時，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，本工程中取 =0.08kgMLVSS/kgCOD 。 流量 Q=500m3/d ， 進(jìn)水 COD 濃度C0=11200(mg/L)=11.2(kg/m3)，COD 去除率E=85%，則UASB 反應(yīng)器的總產(chǎn)泥量X Q C0 E 0.08 500 11.2

13、 0.85 380.8kgMLVSS / dMLVSS不同試驗(yàn)規(guī)模下 MLSS 是不同的，因?yàn)橐?guī)模越大，被處理MLVSS的廢水含無機(jī)雜質(zhì)越多，本次取 MLSS 0.8 ，則X 380.80.8 476kgMLSS / d污泥含水率 98%，當(dāng)污泥含水率 98%時，反應(yīng)器排泥量為W 476 23.8m3 / d 1000 (1 98%)污泥齡c G 19040 40dX 476排泥系統(tǒng)的設(shè)計在距 UASB 反應(yīng)器底部 100cm 和 200cm 高處各設(shè)置兩個排泥口，共 4 個排泥口。排泥時由污泥泵從排泥管強(qiáng)排，反應(yīng)器每天排泥一次，各池的污泥由污泥泵抽入集泥井中，排泥管選鍍鋅鋼管DN150mm。

14、選擇污泥泵型號為：WQK25153 污泥泵，主要性能：流量：Q=25m3/h；揚(yáng)程：H=15m；電機(jī)功率：P=3KW；數(shù)量：2 臺；用兩臺泵同時給兩組反應(yīng)器排泥，設(shè)每天排泥一次。出水系統(tǒng)設(shè)計計算出水系統(tǒng)的作用是把沉淀區(qū)液面的澄清水均勻的收集并排出，出水是否均勻?qū)μ幚硇Ч泻艽蟮挠绊懀倚问脚c三相分離器及沉淀區(qū)設(shè)計有關(guān)。出水槽設(shè)計反應(yīng)池有 6 個單元三相分離器，設(shè)出水槽共有 6 條，槽寬a=0.2m。反應(yīng)池流量q Q3600 20.83 0.0058m3 / s ，設(shè)出水槽槽口附3600近 水 流 速 度 為0.2m/s ， 則 槽 口 附 近 水 深 為q0.0058 0.0242 m 。取槽

15、口附近槽深為 0.20m，出水槽坡6 u a6 0.2 0.2度為 0.01，出水槽尺寸：10m 0.2m 0.2m 。溢流堰設(shè)計出水溢流堰共 12 條，每條長 10m。設(shè)計 90三角堰，堰高50mm，堰口寬 100 mm，則堰口水面寬 50mm。UASB 反應(yīng)器處理水量 5.8L/s，查得溢流負(fù)荷范圍為12L /(m s)，設(shè)計三角堰數(shù)： n L b5.0 100個 ，取 108 個50 103則每條溢流堰三角堰數(shù)： 108 9個12即一個溢流堰上有 9 個 100mm 的堰口。則溢流堰上水面總長為： L q 5.8 5.0mf1.16溢流負(fù)荷f=1.16L/(ms)，在規(guī)定范圍內(nèi)。q5.8

16、 1035每個堰處流率： q n 108 5.4 10 m / s按 90三角堰計算公式： q 1.43h2.5則堰上水頭： h ( q)0.4 (5.4 105)0.4 0.017m1.431.43出水渠設(shè)計計算UASB 反應(yīng)器沿長邊設(shè)一條矩形鋼板出水渠，6條出水槽的出水流至此出水渠，設(shè)出水渠寬 0.3m，坡度 0.001，出水渠渠口q 0.0058 0.097 m附近水流速度為0.2m/s。渠口附近水深為：u a0.3 0.2，以出水槽槽口為基準(zhǔn)計算，出水渠渠深：0.2+0.097=0.297，取0.3m。出水渠長：16-16/12+0.1=14.57m。沼氣收集系統(tǒng)設(shè)計計算沼氣主要產(chǎn)生于

17、厭氧階段，設(shè)計產(chǎn)氣率取 m3 / kgCOD ,0總產(chǎn)氣量G QC E 0.4 500 11.2 0.85 1904 m3 / d集氣管：每個集氣罩的沼氣用一根集氣管收集，單個池子共有 13 根集氣管，每根集氣管內(nèi)最大流量，根據(jù)資料，集氣室沼氣出氣管最小直徑 d=100mm，本設(shè)計中取 100mm。13 根集氣管，選通到一根單池主管，管內(nèi)最大氣體流量為取管徑D=150mm。190424 3600 0.022m3 / s ，資料中的 UASB 設(shè)計案例中，考慮了水封罐，氣水分離器和沼氣柜容積，本次工程設(shè)計中沼氣的用途和后續(xù)處理尚不確定， 因此暫不考慮。UASB 的其他設(shè)計考慮取樣管設(shè)計在池壁高度上設(shè)置 5 個取樣管，用以采取反應(yīng)器內(nèi)的污泥樣， 以隨時掌握污泥在高度方向上的濃度分布情況，在距反應(yīng)器底1.0m 位置開始，沿反應(yīng)器高度方向各管相距 1.0m，水