方形UASB计算

3.3.3 UASB反应器

(1) 设计说明

UASB反应器由反应区、进水管道和位于上部的三相分离器组成。反应器下部由具有良好的沉淀和絮凝性能的高质量分数厌氧污泥形成污泥床，污水从进水口自下而上通过污泥床，与厌氧污泥充分接触反应。厌氧分解过程中产生的沼气形成微小气泡不断释放、上升，逐渐形成较大气泡。反应器中，上部污泥在沼气的扰动下形成污泥质量分数较低的悬浮层，顶部的分离器进行污泥、沼气和废水的三相分离。处理后的水从沉淀区上部溢流排出，气室的沼气可用管道导出，沉淀在泥斗壁上的污泥在重力作用下沿泥斗壁斜面下滑回到反应区，使得反应区有足够的污泥浓度。

本设计中UASB采用钢筋混凝土结构，截面取正方形。

本工程所处理工业废水属高浓度有机废水，生物降解性好，UASB反器作为处理工艺的主体，拟按下列参数设计。

设计流量1200 m³/d =50m³/h

进水浓度 CODcr=5000mg/L COD去除率为87.5%

容积负荷Nv=6.5kgCOD/(m³•d)

产气率r=0.4m³/kgCOD

污泥产率 X=0.15kg/kgCOD

(2) UASB反应器工艺构造设计计算

① UASB总容积计算

UASB总容积：

V = QSr/Nv = 1200×5×87.5%/6.5 = 807.7 m³（3-1）

选用两座反应器，则每座反应器的容积Viˊ= V/2 = 404 m³

设UASB的体积有效系数为87%，则每座反应器的实需容积

Vi = 404/87%= 464m³

若选用截面为8m×8m 的反应器两座，则水力负荷约为

0.3m³/(m²•h)<1.0m³/(m²•h)符合要求

求得反应器高为8m，其中有效高度7.5m，保护高0.5m.

② 三相分离器的设计

UASB的重要构造是指反应器内三相分离器的构造，三相分离器的设计直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用，根据已有的研究和工程经验，三相分离器应满足以下几点要求：

a.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

沉淀效果。

b. 沉淀区的表面水力负荷应在0.7m³/(m²•h)以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽底缝隙的流速不大于2.0m/h。

c. 沉淀斜板倾角不小于50°，使沉泥不在斜板积累，尽快回落入反应区内。

d.出水堰前设置挡板以防止上浮污泥流失，某些情况下应设置浮渣清除装置。

三相分离器设计需确定三相分离器数量，大小斜板尺寸、倾角和相互关系。

三相分离器由上下两组重叠的高度不同的三角形集气罩组成。本设计采用上集气罩为大集气罩，下集气罩为小集气罩。大集气罩由钢板制成，起集气作用，小集气罩为实心钢筋混凝土结构，实起支撑作用。

取上下三角形集气罩斜面的水平倾角为θ=55°，h2=0.5m

根据图b所示几何关系可得：

b1=h2/tgθ=0.5/tg55°=0.35m（3-2）

b2=b-2 b1=2.67-2×0.35=1.97m（3-3）

下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液上升流速v1可用下式计算：

v1 = Q/S1 （3-4）

S1 = b2×l×n = 1.97×8×3 = 47.28 m²（3-5）

= 25/47.28 = 0.53m/h < 2m/h

取CD为0.3m，上三角形集气罩与下三角形集气罩斜面之间回流缝流速v2可用下式计算：v2 = Q/S2

S2 = CD×l×2n = 0.3×8×2×3 = 14.4 m²

= 25/14.4 = 1.74m/h < 2m/h

满足v1 < v2 < 2.0m/h 的要求

取CE=0.3m，则上三角形集气罩的位置即可确定，且

BC = CE/sin35°= 0.3/sin35°= 0.52m

AB = ( b1-CD)/cos55°= 0.09m

h3 \ = [Abcos55°+(b2-0.5)/2]tg55°

=[0.26cos55°+(1.97-0.5)/2] •tg55°= 1.26m

取水深h1 = 0.8m.

集气罩及各部分的尺寸标注见下图：

气分离效果的校核:

设沼气气泡的直径d=0.008cm, 20℃时，净水的运动粘滞系数υ=0.0101cm2/s，取废水密度ρ1=1.01g/cm³,沼气密度ρ=1.2×10-3g/c m³，碰撞系数β=0.95,动力粘滞系数

µ=υ•ρ=0.0101×1.01=0.0102g/(cm•s)

由于废水的µ一般大于净水，可取废水的µ=0.02g/(cm•s)

则气泡的上升速度vb= βg•(ρ1-ρ) •d²/18µ（3-6）

= 0.95×981×(1.01-1.2×10-3) ×0.008²/(18×0.02)

= 0.167cm/s =6.01m/h

va= Q/S3=25/(0.3×8×6)=1.74m/h

根据以上的计算结果有

BC/AB=0 .52/0.56=2

vb/va =6.01/1.74=3.45

满足 vb/va > BC/AB 的要求,则直径大于0.008的气泡均可进入气室.

③ 布水系统的设计

两池共用一根DN150的进水干管，采用穿孔管配水。每座反应器设4根DN150长6.7m的穿孔管，每两根管之间的中心距为2m，配水孔径采用 7φ14mm,孔距为2m,即每根管上设4个配水孔,每个孔的服务面积2m×2m=4m2,孔口向下,穿孔管距反应器底0.20m.

每座反应器共有16个配水孔,若采用连续进水,则每个孔的孔口流

2.11m/s > 2m/s ,符合要求.

估算布水系统的水头损失为0.7m,UASB的水头损失为0.8m,则废水在UASB反应器中的总水头损失为1.5m.

管道布置见图10：

水面低0.6m.

④出水渠的设计计算

每座UASB反应器设四条出水渠,出水渠保持水平,四条出水渠的出水汇入集水渠,再经出水管排出.