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1、环境工程概算设计说明书UASB厌氧反应器工程设计一工程概述1.1工程背景厌氧生物处 理过程能耗低：有机容积负荷高，一般为 30-50kgCOD/（m3 d），最高可达 30-50kgCOD/（m3 d）： 剩余 污泥量少；厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分 子量高，耐冲击负荷能力强，产出的沼气是种清洁能源。在全社 会提倡循环经济，关注工业废弃物实施资源化再生利用的今天， 厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工艺。近年来，污 水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现， 包括有厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生 物滤油、厌氧膨胀床和流化床，以及第三代厌
2、氧工艺EGSB和IC 厌氧反应器，发展十分迅速。而升流式庆氧污泥床UASB（ Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下简称UASB）工艺由于具有厌氧 过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物 转化为再生清洁能源一沼气的一项技术。对于不同含固量污水的 适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相 对较低，技术己经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到 广泛的欢迎和应用。1.2基本原理UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区和 气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良 好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处
3、理的 污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污 泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气 以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上到过程中，不断合 井，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成 一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离掘，沼气 碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层 进入气室，集中在气室的沼气，用导管导出，固液混合液经过 反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐 渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑 回庆氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的 处理出水从沉淀区溢流堰上部溢
4、出，然后排出污泥床。1.3基本出要求(1) 为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥 获得并保持良好的沉淀性能；(2) 良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持特定的 微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀 性能，从而提高设备内的污泥浓度；(3) 通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉 淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。二工程设计2.1 UASB反应器的有效容积(包括沉淀区和反应区)设计容积负荷为Nv=5.0kgC0D/(m3/d),进水流量Q=500m3/d, 进水 COD 浓度 C =11200 (mg/L), C =168
5、0 (mg/L)(去除率 85%),0e则有效容积为 V =绊=50 X 11.2 X 0.85 = 952 m3N5.0式中Q一设计处理流量，m3/dC进出水COD浓度，kgC0D/m3 0E一去除率Nv容积负荷，5.0kgC0D/ (m3/d)2.2 UASB反应器的形状和尺寸工程设计反应器1座，横截面积为矩形。1) 反应器有效高为h=6.0m,则横截面积：s = V = 952 =158.7 m 2o h 6.02) 单池从布水均匀性和经济性考虑，矩形长宽比在2： 1以下 较合适。设池长 L=16m,则宽b = %=Z=99m，L 16实际横截面积为： S=L x b=16x 10=16
6、0m2。3) 设计反应器总高H=7.5m,其中超高0.5m,池体总容量为：V = S XH1 = 160x(7.5-0.5) = 1120m3 , 有效反应容积为： 匕效=S x h = 160x 6 = 960m3 952m3 , 符合有机负荷 要求。池体实际尺寸为： Lx bx H = 16mx10mx 7.5m。UASB反应器体积有效系数：竺0X100% = 85.7%，在70%-90%之间，1120符合设计规范。4）水力停留时间（、T）及水力负荷（V）t= V = 960 x 24 = 46.08hHRT Q 500V = Q =_2 = 0.13m3/(m 2 gh) r S 24
7、X160根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷为0.1-0.9 m3 / （m2gh）,故符合要求。2.3三项分离器构造设计计算1）沉淀区设计根据一般设计要求，水流在沉淀室内表面负荷率应小于 0.7m3/（m2所），沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0m3/（m2物）。 本工程设计中，与短边平行，沿长边布置13个集气罩，构成6个 分离单元。三相分离器长度：L=b=10m1每个单元宽度：b =-=也=2.7 m66沉淀区沉淀面积即为反应器的水平面积160m2。沉淀区表面负荷率：Q = 50024 = 0.13m3 / （m2gh） 0.7m3 / （m2gh）S 1602）回流缝设计设上下三角形
8、集气罩斜面水平夹角a为55，取h=1.3m3b = = = 0.91m1 tan a tan 55b2 = b - 24 = 2.7 - 2 x 0.91 = 0.88m式中：b单元三项分离器宽度，m；b一下三角形集气罩底的半宽度，m；1b一相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回 2流缝之一），m；h一下三角形集气罩的垂直高度，m；3下三角集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速：a1 = nb2 L1= 6 x 0.88 x10 = 52.8mQ _ 500 + 24 a 52.8=0.39m / h式中：V一下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速， m/h； a一下三角形集气
9、罩回流缝总面积，m2；L一反应器的宽度，即三项分离器的长度b,m； 1n-反应器三相分离器的单元数；为使回流缝水流稳定，固、液分离效果好，污泥回流顺利，一般V2m/h。上三角集器罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝中水流 的流速。设 =CD=0.3m,a = 2nb L = 2 x 6 x 0.3 x 10 = 36mQ _ 500 + 24 a 36=0.58 m / h式中：v2上三角集气罩底边与下三角集气罩斜面之间水平距离 的回流缝中水流的流速，m/h；a2上三角形集气罩回流缝总面积，m2；一上三角形集气罩回流缝的宽度，m；假设气为控制断面气讪，一般其面积不低于反应器面积的20%， 七
10、就是 Vmax，同时要满足：V1 V2(Vmax)aba沿AB 方向水流速度：v =Q=2083 =0.72m/ha 2CE x b x n 2 x 0.24 x10 x 6式中：b三项分离器长度，m；n一反应器三相分离器单元数量；气泡上升速度：vb= 18x ( P1- p) x d 2式中：d气泡直径，cm； p 1液体密度，g/cm3 ；P g 沼气密度，g/cm3；B一碰撞系数，取0.95；U 一废水动力黏滞系数，g / (cmg)；v液体的运动黏滞系数，cm2；设气泡直径 d=0.01cm，水温为 30 C，P =1.13x10-3g/cm3， gv=0.01cm2/s, J3 =0
11、.95, R =1.03x 0.0101 = 0.0104g /cmg，由于废水动力黏滞系数值比净水的大，取0.02 g /cmg，则：v =9 58m/h BC = 0.84 = 958 = 13.31:vbm, AB v 0.72匕 BC，故可以除去d大于0.01cm的气泡。v AB4) 三项分离器与UASB高度设计三相分离区总高度：h=h2+h3+hh5式中：h一集气罩以上的覆盖水深，取0.5m； 2AF = h3 = 1.3 = 1.59 m sin 55。 sin 55一 一 CDDF = AF - BD - AB = 1.46 - 0.5 = 0.57mcos55 h5 = DF
12、sin 55 = 0.57 x sin 55 = 0.47 m则 h=0.5+1.3+1.04-0.47=2.37mUASB总高度H=7.5m，沉淀区高2.5m，污泥床高2.0m，悬浮区高2.5m，超高 0.5m。2.4布水系统的设计计算反应器布水点数量设置预处理流量、进水浓度，容积负荷等 因素有关，根据有关资料，颗粒污泥N 4kgCOD/m3。每个布水点 服务面积为2-5m2,出水流速2-5m/s，配水中心距池底一般为 20-25cm。2.4.1配水系统配水系统形式采用多管多孔配水方式，每个反应器设1根 d=100mm的总水管，16根d=50mm的支水管。支管分别位于总水 管两侧，同侧每根只
13、管之间的中心距为2.0m，配水孔径取15mm, 孔距2.0m，每根水管有3个配水孔，每 个孔的服务面积 2.0 x 1.67 = 3.34m 2，孔口向下。2.4.2 布水孔孔径的计算进水流速为u =4Q =44页83= 0.74m / s，3600兀 D23600x3.14x 0.12布水孔一共48个，出水流速为2.1m/s，则穿孔孔径：:4 x 20.83V3600 x 3.14 x 48 x 2.1=9.0mm，取 15mm，本装置采用连续进水方式，布水口向下，有利于避免管口堵塞， 而且由于 UASB反应器底部反射散布作用，有利于布水均匀，为 了污泥和废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞
14、，建议进水点 距反应底部200300mm，本工程设计采用布水管离UASB底部 200mm处。布水管设置在距UASB反应器底部200mm处。2.4.3验证温度30C，容积负荷5.0kgCOD/(m3 - d)，沼气产率0.4m3/kgCOD,需要满足空塔水流速度uW1.0m/h,空塔沼气上升速度：u W1.0m/h,空塔水流速度：u = Q = 2083 = 0.13m / hV1.0m / hS 160六快成刀刍 击寿 QC n Y 20.83x11.2x0.85x0.4 ,空塔沼气上升速度：u = J =0.5m/hV1.0m / hg S160都满足要求。2.5排泥系统的设计计算2.5.1 UASB反应器中污泥总量计算一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成，设 平均浓度为20gVSS/L，则一座UASB反应器中污泥总量：G = V x C = 952 x 20 = 19.0412.5.2污泥产量厌氧生物处理污泥产量的确定与每天去除的有机物量有关， 当设有相关的动力学常数时，可根据经验数据确定，本工程中取 Y =0.08kgM
