1、UASB!藝設計計算一、UAS阪應器設計說明（一）工藝簡介：UASB 是開流式厭氧污泥床反應器的簡稱,是由荷蘭 Wageningen農業大學教授 Lettinga 等人于 19721978 年間開發研制的一項厭氧生物處理計術，國內對 UASB 反應器的研究是從 20 世紀 80 年代開始的.由于 UASB 反應器具有工藝結構緊湊，處理能力大，無機械攪拌裝置，處理效果好及投資省等特點,UASB 反應器是目前研究最多，應用日趨廣泛的新型污水厭氧處理工藝11.UASB 反應器基本構造如圖 12.UASB 的工作原理：如圖 1 所示，廢水由反應器的底部進入后，由于廢水以一定的流速自下而上流動以及厭氧過

2、程產生的大量沼氣的攪拌作用，廢水與污泥充分混合，有機質被吸附分解，所產沼氣經由反應器上部三相分離器的集氣室排出，含有懸浮污泥的廢水進入三相分離器的沉降區，由于沼氣已從廢水中分離，沉降區不再受沼氣攪拌作用的影響.廢水在平穩上升過程中，其中沉淀性能良好的污泥經沉降面返回反應器主體部分，從而保證了反應器內高的污泥濃度.含有少量較輕污泥的廢水從反應器上方排出.UASB 反應器中可以形成沉淀性能非常好的顆粒污泥，能夠允許較大的上流速度和很高的容積負荷.UASB 反應器運行的 3 個重要的前提是：反應器內形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥；出產氣和進水的均勻分布所形成良好的自然攪拌作用；設計合理的三相分

3、離器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反應器內（二）設計作用UASB 即上流式厭氧污泥床，集生物反應與沉淀于一體，是一種結構緊湊，效率高的厭氧反應器。它的污泥床內生物量多，容積負荷率高，廢水在反應器內的水力停留時間較短，因此所需池容大大縮小。設備簡單，運行方便，勿需設沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也不需在反應區內設機械攪拌裝置，造價相對較低，便于管理，且不存在堵塞問題。（三）設計參數選用設計資料參數如下:參數選取：a）容積負荷（Nv）為：6kgCOD/（m3-d）b）污泥產率為：0.1kgMLSS/kgCODc）產氣率為：0.5m3/kgCOD設計水量：Q=1500m3/d=62.5m3/h

4、=0.0174m3/s水質指標COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)進水水質2300150070設計去除率90%90%/設計出水水質23015070（四）設計計算1.反應器容積計算：QSOSeS0、Se進出水 COD 勺濃度，kgCOD/m3；Q 設計流量，m7d;Nv容積負荷，kgCOD/(m3d)。_15002.30.23V 有效6=517.5m3采用 2 座相同的 UASB 反應器則每座反應器的有效容積為:V 單3=517.5/2=258.75m3。根據經驗，UASBR 經濟的高度一般在 36m 之間，并且大多數情況下,這也是系統最優的運行范圍。取有效水深 h=6m則底面積

5、：A258.7543.125m26采用矩形池比圓形池較經濟。有關資料顯示，當長寬比在 2:1 左右時，基建投資最省。取長 L=8m，寬 B=6m則實際橫截面積為：AI=LXB=8X6=48m2實際總橫截面積為：A=48X2=96m2UASBt 效容積為 Vr 效NV式中：Vo反應器有效容積，m；本工程設計中反應器總高取 H=6.2m（超高 hi=0.2m）則單個反應池的容積為：V=LXBXH=8X6X6=288m3反應池的總容積為V=288X2=576m3。水力停留時間為：tHRTV笆9.216hQ62.5表面水力負荷為：q.0.651m3/（m2.h）A148對于顆粒污泥，表面水力負荷 q=

6、0.1-0.9m3/（m2-h）,故符合設計要求。2.三相分離器設計：三相分離器一般設在沉淀區的下部，但有時也可將其設在反應器的項部.三相分離器的主要作用是將氣體（反應過程中產生的沼氣）、固體（反應器中的污泥）和液體（被處理的廢水）等三相加以分離.將沼氣引入集氣室，將處理出水引入出水區，將固體顆粒導入反應區.他由氣體收集器和折流擋板組成.只有三相分離器是 UASB 反應器污水厭氧處理工藝的主要特點之一.他相當于傳統污水處理工藝中的二次沉淀池，并同時具有污泥回流的功能.因而三相分離器的合理設計是保證其正常運行的一個重要內容.三相分離器設計計算草圖見圖 5-2:圖 5-2 三相分離器設計計算草圖（

7、一）設計說明：三相分離器要具有氣、液、周三相分離、污泥回流的功能。三相分離器的設計主要包括沉淀區、回流縫、氣液分離器的設計。本工程設計中，每池設置 1 個三相分離器，三相分離器的長度為 b=8m,寬度為：d=6mo1）沉淀區的設計：三相分離器的沉淀區的設計同二次沉淀池的設計相同，主要是考慮沉淀區的面積和水深，面積根據廢水量和表面負荷率決定。由于沉淀區的厭氧污泥及有機物還可以發生一定的生化反應產生少量氣體，這對固液分離不利，故設計時應滿足以下要求：沉淀區水力表面負荷1.0m/h；沉淀器斜壁角度在 45。-60。之間，使污泥不致積聚，盡快落入反應區內；進入沉淀區前，沉淀槽底縫隙的流速 W2m/h;

8、總沉淀水深應大于 1.5m;水力停留時間介于 1.52h。沉淀區（集氣罩）斜壁傾角 8=50。沉淀區的沉淀面積即為反應器的橫截面積，即 48mL如果以上條件均能滿足，則可達到良好的分離效果。沉淀區的表面水力負荷為：q=Q/A=絲匹0.65m3/（m2.h）48q1.0m3/（m2-h）,符合設計要求。2）回流縫設計：設單元三相分離器的長 b=8m,寬 d=6m上下三角形集氣室斜面水平夾角為 9=500取保護水層高度（即超高）hi=0.3m上三角形頂水深 h2=0.5m,下三角形高度 h3=1.5m則下三角形集氣室底部寬為：年h3tan式中：b1下三角集氣室底水平寬度,m9 上下三角集氣室斜面的

9、水平夾角h3下三角集氣室的垂直高度，m則相鄰兩個下三角形集氣室之間的水平距離：b2=L-2b1=8-2X1.26=5.48m則下三角形回流縫的面積為：2S1=b2-B=5.48X6=32.88m下三角集氣室之間的污泥回流逢中混合液的上升流速（V1）可用下式:V1=Q1/S1式中：Q1反應器中廢水流量，m/h；S1下三角形集氣室回流逢面積，m2。6252V-6250.95m/h32.88設上三角形集氣室回流縫的寬度 CD=1.4m,則上三角形回流縫面積為：S2=CDB-2=1.4X6X2=16.8m2上下三角形集氣室之間回流逢中流速（V2）可用下式計算：式中:Q 反應器中廢水流量，n3/h；S2

10、上三角形集氣室回流逢的之間面積，品。一62.52V2=1.86m/h16.8則 ViV2凈水的粘度以凈水，故取=0.02g/cm由斯托克斯公式可得氣體上升速度為：Vb-1gd218g0.959.81/1.03=180.022=Ql/S2s。31.2100.012=0.266cm/s=9.58m/h取M=V2=1.86m/h,則：BC2.18返竺85.15,AB-oT.Va1.86VbBCVaAB,故滿足設計要求.4）三相分離器與 UASB 勺高度設計：三相分離器總高度：h=h2+h4+h5=0.5+2.23+0.7=3.43m=3.5mUASB 勺總、高:H=6.2m（超高 h1=0.2m）反

11、應區高 2.6m,其中污泥區高 1.6m,懸浮區高 1nr沉淀區高 3.4m（五）進水系統設計：1 .布水點的設置：進水方式的選擇應根據進水濃度及進水流量來定，本設計采用連續均勻的進水方式，一管多點的布水方式。一共設置 64 個出水孔，每個反應池各 16 個出水孔。所取容積負荷為 6kgCOD/（m3d）,據資料，每個點的布水負荷面積大于 2 而。每個布水點的負荷面積為：48/16=3m22 吊，滿足設計要求。2 .布水管的設置：每個反應池采用樹枝穿孔管配水，每個反應池中設置 4 根支管，布水支管的直徑采用 DN100mm 布水支管的中心距為 2m,管與墻的距離為 1m；出水孔孔距1.2m,出

12、水孔距墻為 0.7m。孔口向下并與垂線呈 45角。兩個池子的總管管徑取 DN200mm 流速為 1.5m/s;每個池子的總管管徑取 DN150mm 長 L=10m,流速為 1.35m/s。為了使穿孔管隔空出水均勻，要求出口流速不小于 2m/s,取其流速為u=2m/s,則布水孔孔徑為：dJ4Q44吃520.0151m取 16mm3600nu.3600243.142為了增強污泥與廢水之間的接觸，減少底部進水管的堵塞，進水點距反應池池底200-500mm,本設計布水管離池底 300mm 布水系統設計圖如圖 5-3:圖 5-3 布水系統設計示意圖(六)出水系統設計：1,出水槽設計：為了保持出水均勻，沉

13、淀區的出水系統通常采用出水槽。此設計中沿反應器的短邊設置兩條出水槽，而出水槽每隔一定的距離設三角出水堰。每個反應池有 1 個單元三相分離器，出水槽共有 2 條，槽寬 be=0,3m。反應器流量：q150020.00868m3/s246060取出水槽口附近水流速度為 Vc=0.3m/s，槽口附近水深為 0.3m,出水槽坡度為 0.1;出水槽尺寸 5mx0.5mx0.5m。3 .溢流堰設計：每個反應器中出水槽溢流堰有 2 條，每條長 5nl 設計 90三角堰，堰高 5mm堰口寬為 100mm則堰口水面寬 b=50mm每個 UASB反應器處理水量 7.2L/S,查知溢流負荷為 1-2L/(m-s),

14、設計溢流負荷 f=1.256L/(m-s)則堰上水面總長為：Lq-8二6.97mf1.256nL90120三角堰數量：b0.05個每條溢流堰三角堰數量：120/6=20 個一條溢流堰上共有 20 個 10mm 的堰口，20 個 10mm 的間隙。3,出水渠設計：每個反應器沿長邊設 1 條矩形出水渠，長為 8.6m,2 條出水槽的出水流至此出水渠。設出水渠寬 0.8m,坡度 0.01,出水渠渠口附近水流速度為 0.3m/s則渠口附近水深：00870.048m0.30.6以出水槽槽口為基準計算，出水渠渠深：0.3+0.048=0.348m,出水渠取 0.6m 深，出水渠的尺寸為：8mx0.8mx0

15、,6m。4.UASB 排水管設計：每個 UASB 反應器排水量為 7.2L/S,選用 DN150 鋼管排水，充 0.6,管內水流速度為：v=2*0.0072/(0.6*3.14*0.15*0.15)=0.3395設計坡度為 0.01;總管流量為 13.9L/S,選用 DN200 鋼管排水，充滿度為0.6,管內水流速度為：v20.01392=0.368m/s,設計坡度為0.60.220.010(七)排泥系統設計：每日產生的懸浮固體 PSS=Q-(Sc-Se) 4E式中：Q 設計流量，mi/d;-污泥產率，kgSS/kgCOD；SQ、Se 進出水 COD 的濃度，kgCOD/m3;E 去除率，本設

16、計中取 90%PSS=(2300-230)X0.90X0.1X1500X10-3=279.45kgSS/d100PSS每日產泥量為：W=100-Pr式中：Pss產生的懸浮固體，kgSS/d；污泥含水率，以 98%計;污泥密度，以 1000kg/m3計每日產泥量 13.97m3/d,則每個 USAB 日產泥量 6.99m3/d。在每個 UASB反應器距離底部 0.3m 處沿長度方向均勻設置排泥管一根，以便均勻排除污泥區的污泥。USAB 反應器每天排泥一次,排泥管選用 DN150 的鋼管，排泥總管選用 DN200 的鋼管。必要時布水管兼做排泥管用。(八)產氣量計算：采用每去除 1 千克 COD 產生 0.5 立方米沼氣做參數則每日產氣量為：Q=Q(Sc-Se) 4E式中：Q 設計流量，mi/d;產氣率，nVkgCOD；W=100.45100981000313.97m/dE 去除率，本