UASB的设计计算

.UASB的设计计算：

1.1 设计说明：

厌氧反应器一般可采用矩形和圆形结构，对于圆形反应器在同样面积下，其周长比矩形少12%，但是圆形反应器这一优点仅在采用单独池子时才成立，当采用两个或两个以上时，矩形反应器可以采用共用壁。本工程厌氧反应器进水水质：水量1200 m3/d COD30000mg/l,BOD20000mg/l,SS2000mg/l。SS去除率19%，CODcr去除率40%，BOD5去除率45%。

本工程选用四座座矩形UASB反应器，钢筋混凝土结构，体积有效系数90%。

1.2 设计计算：

1.反应器几何尺寸：

（1）容积负荷法：参考工程实际及本工程的水质条件，容积负荷选用9.5kgCOD/( m3/d)。反应器体积V=QS0/q

其中Q—反应器有效体积，m3 q—容积负荷，kgCOD/( m3/d)

S0—进水有机物浓度，gCOD/L

则V=1200×30/9.5=3789.47 m3

选用4座同样规格的池子，则每个池子体积不小于3789.47/4=947.37 m3，假定UASB体积有效系数取90%，则每池总容积不小于1052m3。

（2）池子几何尺寸（以单池为计算模型）：

一般UASB的生产性装置的有效高度常采用5—8m，浓度较高的废水水力停留时间长时，常采用较大的反应器高度，鉴于此垃圾渗滤液的浓度较高,从微生物代谢及投资费用方面考虑，最大高度为10.5m。沉淀区水力负荷不超过0.7。本工程有效高度H取10.5m，超高H2取0.7m。

则表面积A=V/H1

其中A—厌氧反应器表面积，m2；H1—厌氧反应器高度，m；

A=1052/11.2=93.9 m3。

由于矩形池在同样面积下比正方形的周长大，从而矩形UASB需要更多的建筑材料，但从单池布水的均匀性和经济性考虑，选择正方形的池子较为合理，从实际工程来看，反应器的宽度在20m以下是成功的。

综上：长取10m，宽取10m，则实际表面积为A=10×10=100m3>93.9 m3，表明设计合理。

实际有效容积为V=100×10.5=1050>947.37 m3

总容积100×11.2=1120>1052 m3

容积负荷q= QS0E0/V=1200×30/（1050×4）

=8.57 kgCOD/( m3/d)。介于5—15之间，

（3）反应器的升流速度v：反应器的升流速度Vr＝0.25~3.0m/h ，对于颗粒污泥,选取0.5m/h

2.三相分离器：

1）设计说明：UASB的重要构造是三相分离器，其直接影响气，液，固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果，三相分离器的设计应满足如下几点要求：

混合液进入沉淀区之前，必须将其中的气泡予以脱出，防止气泡进入沉淀区影响沉淀。

沉淀区的表面水力负荷应在0.7以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽底缝隙流速不大于2m/h。

沉淀斜板倾角不小于50度，使沉淀不在斜板积聚，尽快回落入反应区内。

2）三相分离器参数设计计算：

下三角形集气罩斜面水平夹角β=60°

上三角形集气罩斜面水平夹角β=60°

三相分离器液面保护高度h1=0.5m

上三角形顶罩水深h2=0.6m

下三角形高度h3=0.5m

单元三相分离器宽度b=2.0m

下三角集气罩的宽度b1=0.29m

下三角集气罩的回流缝宽度b2=1.4m

集气罩的单元个数N=5组

本池采用矩形池,设计宽度B=10m

回流缝b2的总面积a1=b2*B*N=71.1m2

上三角集气罩的设计回流缝宽度b4设计为0.6

回流缝b4的总面积a2=2*b4*B*N=60 m2

a2占反应器总面积的比例=60%

三相分离器设计示意图

下三角回流缝的速度v1=ur=0.7m/h

上三角回流缝的速度v2=0.8m/h

通常情况下,为了使回流缝里的水流稳定,固液分离效果良好,污泥能顺利回流,建议v1<2m/h;

A2的面积一般不低于反应器面积的20%;

对于颗粒污泥,v1

CE=b4*sinα=0.5m

BC=CE/cosα=1.0m

AB=0.5m

沿AB方向的水流速度va=0.96m/h

设气泡上升速度vb=9.58m/h(0.1mm直径的气泡)

BC/AB=2.07

Vb/va=9.96

如果(vb/va)>( BC/AB),则可以脱除直径大于0.1mm的气泡

上三角集气罩的高度h4=1.67m

上三角集气罩的底部到下三角集气罩的底部的距离h6=BC+AB sinα=1.02m 整个三相分离器部分的高度H=3.3m

1.3 反应器的配水系统的设计

一个进水点服务的最大面积问题是应该进行深入的实验研究。对于UASB 反应器Lettinga建议在完成了起动之后，每个进水点负担2.0到4.0m2对获得满意的去除效率是足够的。但是在温度低于20℃或低负荷的情况，产气率较低并且污泥和进水的混合不充分时，需要较高密度的布水点。对于城市污水De Man 和Van der Last (1990)建议1～2m2/孔。表4是Lettinga等人根据UASB反应器的大量实践推荐的进水管负荷。

进水分配系统的合理设计对UASB处理厂的良好运转是至关重要的，进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了这两个功能的实现，需要满足如下原则：

a) 确保单位面积的进水量基本相同，以防止短路等现象发生；

b) 尽可能满足水力搅拌需要，保证进水有机物与污泥迅速混合；

c) 很容易观察到进水管的堵塞；

d) 当堵塞被发现后，很容易被清除。

在生产装置中采用的进水方式大致可分为间歇式(脉冲式)、连续流、连续与间歇相结合等方式；从布水管的形式有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式。

1) 连续进水方式(一管一孔)

为了确保进水均匀分布，每个进水管线仅仅与一个进水点相连接，是最为理想的情况(图2)。为保证每一个进水点的流量相等，建议用高于反应器的水箱(或渠道式)进行分配，通过渠道或分配箱之间的三角堰来保证等量的进水。这种系统的好处是容易观察到堵塞情况。