IC反应器的计算

IC反应器的设计计算
1.设计说明
IC反应器，即内循环厌氧反应器，相似由2层UASB反应器串联而成。

其由上下两个反应室组成。

在处理高浓度有机废水时，其进水负荷可提高至35～50kgCOD/(m3·d)。

与UASB反应器相比，在获得相同处理速率的条件下，IC反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，IC反应器的平均升流速度可达处理同类废水UASB反应器的20倍左右。

设计参数
（1）参数选取
设计参数选取如下：第一反应室的容积负荷N
V1
＝35kgCOD/(m3·d)，：第二反
应室的容积负荷N
V2
＝12kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.03kgMLSS/kgCOD；产气率0.35m3/kgCOD
（2）设计水质
设计参数
COD
cr BOD
5
SS
进水水质/ (mg/L) 24074 12513 1890
去除率/ % 85 90 30
出水水质/ (mg/L) 3611 1251 1323
（3）设计水量
Q＝3000m3/d＝125m3/h=0.035m3/s
2.反应器所需容积及主要尺寸的确定（见附图6-4）
（1）有效容积本设计采用进水负荷率法，按中温消化（35～37℃）、污泥为颗粒污泥等情况进行计算。

V＝
v e
N C
C
Q)
(
式中 V－反应器有效容积，m3；
Q－废水的设计流量，m3/d；
N
v
－容积负荷率，kgCOD/（m3·d）；
C 0－进水CO
D 浓度，kg/m 3； C e －出水COD 浓度，kg/m 3。

IC 反应器的第一反应室去除总COD 的80％左右，第二反应室去除总COD
的20％。

第一反应室的有效容积 V 1＝
v e N C C Q ％80)(0⨯-＝35
80)611.3074.24(3600％
⨯-⨯＝1684m 3
第二反应室的有效容积 V 1＝
v e N C C Q ％20)(0⨯-＝35
20)611.3074.24(3600％
⨯-⨯＝1228m 3
IC 反应器的总有效容积为V ＝1684＋1228＝2912m 3，这里取3000m 3 本设计设置两个相同的IC 反应器， 则每个反应器容积为V ’＝3000/2＝1500m 3 （2） IC 反应器几何尺寸
本设计的IC 反应器的高径比为2.5 V ＝AH ＝42H
D π＝4
5.23
D π
则D ＝3
/1)5.24(
π
V ＝8.2m ，取9m ， H ＝2.5×9＝22.5m ，取23m 。

每个IC 反应器总容积负荷率： N V ＝
V C C Q e )(0-＝1250
2)
611.3074.24(3600⨯-⨯＝30.5[kgCOD/(m 3·d)] IC 反应器的底面积A ＝42
D π＝4
914.32
⨯＝63.6m 2，则
第二反应室高 H 2＝
A V 2＝6
.632/1228＝9.65m ，取9.5m 第一反应室的高度 H 1＝H －H 2＝23－10＝13.5m （3） IC 反应器的循环量
进水在反应器中的总停留时间为t HRT ＝
Q
V ＝
2
/1501206
＝16h 设第二反应室内液体升流速度为4m/h ，则需要循环泵的循环量为256m 3/h 。

第一反应室内液体升流速度一般为10～20m/h ，主要由厌氧反应产生的气流推动的液流循环所带动。

第一反应室产生的沼气量为 Q 沼气＝Q （C 0－C e ）×0.8×0.35
＝3600/2×（24.074－3.611）×0.8×0.35＝10313×2＝20626m 3/d
每立方米沼气上升时携带1～2m 3左右的废水上升至反应器顶部，则回流废水量为10313～20620 m 3/d ，即430～859 m 3/h ，加上IC 反应器废水循环泵循环量256 m 3/h ，则在第一反应室中总的上升水量达到了686～1115 m 3/h ，上流速度可达10.79～17.53m/h ，可见IC 反应器设计符合要求。

（4） IC 反应器第一反应室的气液固分离几何尺寸
① 沉淀区设计
三相分离器沉淀区固液分离是靠重力沉淀达到的，其设计的方法与普通二沉池设计相似，主要考虑沉淀面积和水深两相因素。

根据Stokes 公式：v s ＝
μ
ρρ18)(2
1p
s gd -
＝18
0071.01.0981)105.1(2⨯⨯⨯-＝3.83cm/s ＝138.2m/h
μ ＝0.0071g/（cm ·s ）；颗粒污泥密度取1.05g/cm 3
第一反应室三相分离器设计示意图（见附图6-5）。

三相分离器单元结构设计图（见附图6-6）。

计算B －B ‘间的负荷可以确定相邻两上挡板间的距离。

B －B ‘间水流上升速度一般小于20m/h ，则B －B ‘间的总面积S 为：
S ＝
20Q ＝20
256＝12.8m 2 式中Q 为IC 反应器循环泵的流量。

设一个三相分离器单元宽为1800mm ，则每个IC 器反应器内可安装5个
三相分离器单元。

设两上挡板间的间距b
1
＝450mm，三相分离器沉淀区斜壁倾斜度选50°，上挡板三角形与集气罩顶相距300mm，则
2（h
1/tg50°）＋b
1
＝1800
三相分离器上挡板高度：h
1
＝804.4mm
设两相邻下挡板间的间距b
2＝200mm；上下挡板间回流缝b
3
＝150mm，板
间缝隙液流速度为30m/h；气封与下挡板间的距离b
4
＝100mm；两下挡板间距
离（C－C‘）b
5
＝400mm，板间液流速度大于25m/h，则
b
2＋b
5
＋2（
50
2
tg
h
）＝1800
三相分离器下挡板高度：h
2
＝715mm
②反应器顶部气液分离器的设计
IC顶部气液分离器的目的是分离气和固液，由于采用切线流状态，
上部分离器中气和固液分离较容易，这里设计直径为3m的气液分离
器，筒体高2m，下锥底角度65°，上顶高500mm。

3.IC反应器进水配水系统的设计
①布水方式
采用切线进水的布水方式，布水器具有开闭功能，即泵循环时开口出
水，停止运行时自动封闭。

本工程拟每2～5m2设置一布水点，出口
水流速度2～5m/s。

拟设24个布水点，每个负荷面积为S
i ＝
24
6.
63
＝2.65m2。

②配水系统形式
本工程采用无堵塞式进水分配系统（见附图6-7）。

为了配水均匀一般采用对称布置，各支管出水口向着池底，出水口池底约20cm，位于服务面积的中心点。

管口对准池底反射锥体，使射流向四周均匀散布于池底，出水口支管直径约20mm，每个出水口的服务面积为2～4m2。

单点配水面积S
i
＝2.65m2时，配水半径r＝0.92m。

取进水总管中流速为1.6m/s，则进水总管管径为：
D ＝πv Q 2＝2×14
.36.136002
/150⨯＝0.128m ＝128mm 配水口8个，配水口出水流速选为2.5m/s ，则配水管管径
d ＝πμ
n 36002
/1502⨯＝5.214.3836002/1502⨯⨯⨯＝36mm 4. 出水系统设计
出水渠宽取0.3m ，工程设计4条出水渠。

设出水渠渠口附近流速为0.2m/s ，则出水渠水深＝渠宽流速流量⨯＝2
.03.043600
/150⨯⨯＝0.145m
5. 排泥系统设计
取X ’＝0.05kgVSS/kgCOD ，根据VSS/SS ＝0.8，则X ＝0.05/0.8＝0.06kgSS/kgCOD
产泥量为：△X ＝XQS r ＝24074×0.85×0.06×3600×10-3＝4420kgMLSS/d 每日产泥量4420kgMLSS/d ，污泥含水率P 为98％，因含水率>95％，去s ρ＝1000kg/m 3，则每个IC 反应器日产泥量为Q s ＝)1(P X s -∆ρ＝)
981(10002
/4420％-⨯＝
110.5m 3/d 。

这里假设第一反应室污泥浓度为100gSS/L ，第二反应室为20gSS/L ，则IC 反应器中污泥总量为：
G ＝100V 1＋20V 2＝100×1684＋30×1228＝205 240kgSS 因此，IC 反应器的污泥龄为205 240/4420＝46d
在离两级三相分离器下三角以下0.5m 处各设一排泥口，在反应器设放空管，口径为100mm 。

6. 产气量计算
每日产气量：24074×0.85×0.35×3600×10-3＝25783.3m 3/d 每平方米沼气发电2kW ·h ，沼气用于发电，电量为： W ＝25783.3×2＝51566.6 kW ·h/d。