UASB反应器的设计计算

UASB 反应器的设计计算

一、设计说明

UASB ，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。

它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。

设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。二、设计参数（一）参数选取

设计参数选取如下：

容积负荷（Nv ）6.0kgCOD/(m 3·d)；

污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD ；

产气率0.5m 3/kgCOD

（二）设计水质

（三）设计水量

Q ＝5000m 3/d=208m 3/h=0.058 m 3/s 三、设计计算

（一）反应器容积计算

UASB 有效容积：V 有效＝

Q S N ′

式中：

Q ------------- 设计流量，m 3/s S 0 ------------- 进水COD 含量,mg/l

N v -------------容积负荷,kgCOD/(m 3·d)

V 有效＝5000×1.860/6.0

=1550m

将UASB 设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好取水力负荷q ＝0.8[m 3/(m 2·h)]

则 A= Q q

= 208/0.8=260m 2

＝1550/260=6.0m

采用4座相同的UASB 反应器则 A 1=4

A ＝260/4= 65 m 2

= (4×65/3.14)1/2

=9.1m 取D=9.5m

则实际横截面积为

A =

πD 2=

×3.14×9.52

=70.85m 2

实际表面水力负荷为

q 1=Q/A

＝208/(4×70.85)

=0.73<1.0 故符合设计要求（二）配水系统设计

本系统设计为圆形布水器，每个UASB 反应器设36个布水点 (1)参数

每个池子流量：

Ｑ＝208/4 = 52 m 3/h

(2)设计计算

布水系统设计计算草图见下图2.3：

21/364

D p ＝1.97m

a 在1～3m 2

之间，符合设计要求

可设3个圆环，最里面的圆环设6个孔口，中间设12个，最外围设18个孔口

1)内圈6个孔口设计

服务面积：1

S ＝6×1.97=11.82m 2

折合为服务圆的直径为：

(4×11.82/3.14)1/2 =3.9m

用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上

布6个孔口，则圆的直径计算如下：

1112

d S p =

则d 1＝ (2×11.82/3.14)1/2 =2.7m

2)中圈12个孔口设计

服务面积：S2=12×1.97=23.64m2折合成服务圆直径为：

= (4×(11.82+23.64)/3.14)1/2

=6.72m

中间圆环直径计算如下：

1 4π(6.722-d22)＝1

S2 则d2=5.49m

3）外圈18个孔口设计

服务面积：S3=18×1.97=35.46m2

折合成服务圈直径为：

=9.50m

外圆环的直径d3计算如下：

1 4π(9.502-d32)=1

S3则d3＝8.23m

（三）三相分离器设计

三相分离器设计计算草图见下图2.4：

图2.4 UASB三相分离器设计计算草图

b 1

F h 4

b 2h 2h 5h 1

I D

B b 1

C h 3

(1)设计说明

三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。

三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。

(2)沉淀区的设计

三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。

由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：

1）沉淀区水力表面负荷<1.0m/h

2）沉淀器斜壁角度设为50°,使污泥不致积聚，尽快落入反应区内。 3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h 4）总沉淀水深应大于1.5m 5）水力停留时间介于1.5～2h

如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50° 沉淀区面积为：

A=1/4πD 2

=1/4×3.14×9.52

=70.85m 2

表面水力负荷为：

q=Q/A=208/(4×70.85)=0.73<1.0

符合设计要求。

(3)回流缝设计

取h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m

如图2.4所示：b1=h3/tgθ

式中：

b1----------下三角集气罩底水平宽度，m;

θ----------下三角集气罩斜面的水平夹角；

h3----------下三角集气罩的垂直高度，m;

b1= 1.5

tg°

=1.26m

b2=9.5-2×1.26=6.98m

下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式计

算：

V1=Q1/S1

式中：

Q1----------反应器中废水流量，m3/h；

S1----------下三角形集气罩回流逢面积，m2；

V1= (208/4)/(3.14×6.982/4)

=1.36m/h

V1<2m/h,符合设计要求

上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算：

V2=Q1/S2，

式中：

Q1----------反应器中废水流量，m3/h；

S2 ----------上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；

取回流逢宽CD=1.4m,上集气罩下底宽CF=7.8m

则 DH=CD×sin50°

=1.07 m

DE=2DH+CF

=2×1.07 +7.8

=9.94m

S=π(CF+DE)CD/2

=39.0m2

则 V2= Q 1/S 2

=208/(4×39.0)

=1.33m/h

确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知： CH=CDsin40°=1.4×sin40＝0.9m AI=DItg50°=

(DE-b 2)×tg50°

= 12

(9.94-6.98)×tg50°

=1.76m

故 h 4=CH+AI=0.9 +1.76=2.66 m h 5=1.0m

由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为： CF-2h 5tg40°=7.8-2×1.0×tg40°=6.12m BC=CD/sin40°=1.4/sin40°=2.18m DI=

(DE-b 2)=

(9.94-6.98)=1.48m

AD=DI/cos50°=1.48/cos50°=2.30m BD=DH/cos50°=1.07/cos50°=1.66m AB=AD-BD=2.30-1.66= 0.64m (4)气液分离设计

d=0.01cm(气泡)，T=20°С

ρ1=1.03g/cm 3, ρg=1.2×10-3g/cm 3 V=0.0101cm 2/s, ρ=0.95 μ= V ρ1=0.0101×1.03 =0.0104g/cm ·s

一般废水的μ>净水的μ,故取μ=0.02g/cm ·s

由斯托克斯工式可得气体上升速度为：

V b =

1()18g g d r r r m

′-

=（0.95×9.81×（1.03-1.2×10-3）×0.012

）/（18×0.02） =0.266cm/s

=9.58m/h

V a =V 2=1.33m/h

则：

b a

V V =9.58/1.33=7.20,

B C A B

=2.18/0.64=3.41

b a

V V >

B C A B

,故满足设计要求。

（四）出水系统设计

采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m,槽高0.2m （五）排泥系统设计

产泥量为：1860×0.75×0.1×5000×10-3

=697.5 kg MLSS/d 每日产泥量697.5kg MLSS/d ，则每个USAB 日产泥量174.38kgMLSS/d,可用150mm 排泥管，每天排泥一次。

（六）理论上每日的污泥量

W=Q*(C 0-C 1)/1000(1-0.97) 式中：

Q ------------ 设计流量，m 3/d

C 0 ------------ 进水悬浮物浓度，mg/L

C 1 ------------ 出水悬浮物浓度，mg/L P 0 ------------ 污泥含水率，%

W=5000*(175-22.75)/(1000*1000(1-0.98))=38.06m 3/d

（七）产气量计算

每日产气量：1860×0.75×0.5×5000×10-3

=3487.5m 3/d