厌氧塔计算手册

厌氧塔计算手册 Prepared on 24 November 2020
1.厌氧塔的设计计算
反应器结构尺寸设计计算
（1） 反应器的有效容积
设计容积负荷为)//(0.53d m kgCOD N v =
进出水COD 浓度)/(20000L mg C = ，E= V=3084000
.570.0203000m N E QC v =⨯⨯= ，取为84003m 式中Q ——设计处理流量d m /3
C 0——进出水CO
D 浓度kgCOD/3m
E ——去除率
N V ——容积负荷
（2） 反应器的形状和尺寸。

工程设计反应器3座，横截面积为圆形。

1） 反应器有效高为m h 0.17=则 横截面积：)(4950
.1784002m h V S ＝有效
== 单池面积：)(1653
4952m n S S i === 2) 单池从布水均匀性和经济性考虑，高、直径比在：1以下较合
适。

设直径m D 15=，则高182.1*152.1*===m D h ，设计中取
m h 18= 单池截面积：)(6.1765.714.3)2
(*14.3222'm h D S i =⨯== 设计反应器总高m H 18=，其中超高m
单池总容积：)(3000)0.10.18(6.176'3'm H S V i i =-⨯=⨯=
单个反应器实际尺寸：m m H D 1815⨯=⨯φ
反应器总池面积：)(8.52936.1762'm n S S i =⨯=⨯=
反应器总容积：)(900033000'3m n V V i =⨯=⨯=
（3） 水力停留时间（HRT ）及水力负荷（r V ）v N
根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷)./(9.01.023h m m V r -=故符合要求。

三相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)./(7.023'h m m q <沉淀室底部进水口表面负荷一般小于)./(23h m m 。

本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置8个集气罩，构成7个分离单元，则每池设置7个三项分离器。

三项分离器长度：)(16'm b l == 每个单元宽度：)(57.27
187'm l b === 沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积即2882m 沉淀区表面负荷率：
)./(0.20.1)./(39.0288
58.1142323h m m h m m S Q i -<== （2） 回流缝设计
设上下三角形集气罩斜面水平夹角α为55°，取m h 4.13=
式中：b —单元三项分离器宽度，m ； 1b —下三角形集气罩底的宽度，m ；
2b —相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥
回流缝之一），m ；
3h —下三角形集气罩的垂直高度，m ；
设上下三角形集气罩斜面水平夹角α为55°，取m h 4.13=
式中：b —单元三项分离器宽度，m ；
1b —下三角形集气罩底的宽度，m ；
h 1 h 2
h 4
h 3 b 1 b 2
图4三相分离器计算草图
2b —相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥
回流缝之一），m ；
3h —下三角形集气罩的垂直高度，m ；
下三角集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速
式中：1v —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 ；
1a —下三角形集气罩回流缝总面积，m 2；
'l —反应器的宽度，即三项分离器的长度b,m ；
n —反应器三项分离器的单元数；
为使回流缝水流稳定，固、液分离效果好，污泥回流顺利，一般
h m v /21<，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m CD b 3.03==
式中：2v —上三角集气罩下断语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 ；
2a —上三角形集气罩回流缝总面积，m 2
；
3b —上三角形集气罩回流缝的宽度，m ； 假设2a 为控制断面min A ，一般其面积不低于反应器面积的20%，2v 就是m ax v ，同时要满足：h m v v v /0.2)(max 21<<
（3） 气、液分离设计由上图1知：
设0.5AB m =则
校核气、液分离。

如图2所示。

假定气泡上升流速和水流速度不变，根据平行四边形法则，要使气泡分离不进入沉淀区的必要条件是：
b a v AD v AB >或AB
BC 沿AB 方向水流速度：)/(72.37
21624.06/5.6872h m N B CE Q v i a =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= 式中：B —三项分离器长度，m ；
N —每池三项分离器数量； 气泡上升速度：21)(18d g V g b ⨯-⨯=ρρμ
β 式中：d —气泡直径，cm ；
1ρ—液体密度，g/cm 3；
g ρ—沼气密度，g/cm 3；
β—碰撞系数，取；
μ—废水动力黏滞系数，g/；
v —液体的运动黏滞系数，cm 2；
设气泡直径cm d 01.0=，设水温30。

C ，31/03.1cm g =ρ，
331.1310/g g cm ρ-=⨯
s cm v /010.02=，95.0=β；)./([0104.003.10101.0s cm g =⨯=μ
由于废水动力黏滞系数值比净水的大，取)./(s cm g 则：320.95981(1.03 1.1310)0.010.266(/)9.58(/)180.02
b V cm s m h -⨯=⨯-⨯⨯==⨯ AB
BC V V a b >可以脱去cm d 01.0≥的气泡 （4）三项分离器与UASB 高度设计
三相分离区总高度：5432h h h h h -++=
式中：2h —集气罩以上的覆盖水深，取；
则：)(49.256.015.14.15.0m h =-++=
UASB 总高度H=，沉淀区高，污泥床高,悬浮区高，超高。

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，有资料知，颗粒污泥)./(43d m kgCOD N v >每个布水点服务2-5m 2,出水流速2-5m/s ，配水中心距池底一般为20-25cm 。

（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，同侧每根只管之间
的中心距为，配水孔径取15mm φ=孔距，每根水管有3个配水孔，每个孔的服务面积22.0 1.67 3.34()m ⨯=孔口向下。

（2） 布水孔孔径的计算： 流速236004D Q u i π==)/(05.41.014.336006/5.68742
s m =⨯⨯⨯ 布水孔31648⨯=个，出水流速为 2.1/u m s =，则孔径为：
)(03.101
.24814.3360058.114mm d =⨯⨯⨯=取15mm 本装置采用连续进料方式，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，建议进水点距反应底部200~300mm ，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mm 200处。

排泥系统的设计计算
（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，平均浓
度为20/VSS L ，则UASB 反应器中污泥总量：
厌氧生物处理 污泥产量取0.08/kgMLVSS kgCOD γ=
剩余污泥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，一般情况下，可按每去除1kgCOD 产生~计算，本工程取0.08/kgVSS kgCOD γ=
流量h m Q /5.6873=，进水COD 浓度)/(6.5)/(560030m kg l mg C ==，COD 去除率%85=E ，则
1） UASB 反应器的总产泥量
2） 不同试验规模下MLVSS MLSS
是不同的，因为规模越大，被处理的废水含无机杂质越多，因此取8.0=MLSS
MLVSS ，则 单池产泥)/(13096
78546d kgMLSS x x i ==∆=∆ 3） 污泥含水率98%，当污泥含水率〉95%时，取)/(10003m kg s =ρ 则污泥产量：)/(7.392%)981(100078543d m W s =-⨯=
单池排泥量：)/(45.656
7.3923d m W si ==
4) 污泥龄
排泥系统的设计
在距UASB 反应器底部100cm 和200cm 高处个设置两个排泥口，共4个排泥口。

排泥时由污泥泵从排泥管强排。

反应器每天排泥一次，各池的污泥由污泥泵抽入集泥井中，排泥管选钢管DN150mm 。

由计算所得污泥量选择污泥泵，型号为：WQK25—17—4污泥泵，
主要性能： 流量：Q=25m 3/h ；扬程：H=17m ；电机功率：P=4Kw ；数量：3台；
用2台泵同时给两组反应器排泥，设每天排泥一次
出水系统设计计算
出水系统的作用是把沉淀区液面的澄清水均匀的收集并排出，出水是否均匀对处理效果有很大的影响且形式与三向分离器及沉淀区设计有关。

（1） 出水槽设计
对于每个反应池有7个单元三项分离器，出水槽共有7条，槽宽
（2） 单个反应器流量：
（3） 设出水槽槽口附近水流速度为s m / 则槽口附近水深)(0762.02
.03.07032
.07m a u q i =⨯=⨯= 取槽口附近槽深为，出水槽坡度为，出水槽尺寸：100.20.2m m m ⨯⨯，出水槽数量为7座。

（4） 溢流堰设计
出水溢流堰共有17条（72⨯），每条长10m 。

设计90°三角堰，堰高50mm ，堰口宽100mm ，则堰口水面宽50mm 。

每个UASB 反应器处理水量s L /，查得溢流负荷为)./(21s m L - 设计溢流负荷为)./(8.1s m L f =，则溢流堰上水面总长为：
三角堰数：353105067.173
=⨯==
-b L n 个，取354个 每条溢流堰三角堰数：4.3510354=个，取为36个 一个溢流堰上共有36个100mm 的堰口
堰上水头校核
每个堰处流率：)/(1099.4354
1067.1753
s m n q q i --⨯=⨯== 按90°三角堰计算公式：5.243.1h q =
则堰上水头：)(0164.0)43
.11099.4()43.1(4.05
4.0m q h =⨯==- 出水渠设计计算
UASB 反应器沿长边设一条矩形出水渠，7条出水槽的出水流至此出水渠，设出水渠宽，坡度，出水渠渠口附近水流速度为s 。

渠口附近水深：)(295.02
.03.01067.173
m a u q i =⨯⨯=⨯=-
以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：)(5.0495.0295.02.0m ≈=+ 出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离为： ()m
出水渠长为：+=()m
出水渠尺寸：m m m 30.050.06.16⨯⨯
向渠口坡度为：
UASB 排水管设计
Q=s,选用D=200 mm 的钢管排水，充满度为，设计坡度为，管内水流速度为v=s
沼气收集系统设计计算
（1） 沼气产量计算
1） 沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率取kgCOD m /4.03=γ
总产气量：)/(3141685.06.5165004.030d m E QC G =⨯⨯⨯==γ 则单个UASB 反应器产气量：)/(52366
3141663d m G G i === 2） 集气管：每个集气罩的沼气用一根集气管收集，单个池子共有13根集气管，每根集气管内最大流量)/(1066.413
360024523633s m -⨯=⨯⨯= 根据资料，集气室沼气出气管最小直径d=100mm 本设计中取100mm ，结构图5如下：
3 ） 沼气主管：每池13根集气管，选通到一根单池主管然后再汇入两池沼气主管，采用钢管，单池沼气主管道坡度为%。

则单池沼气主管内最大气流量：)/(061.03600
2452363s m q i =⨯=，mm D 150= 充满度设计值为。

则流速：)/(08.18.015.014.32061.02s m v =⨯⨯⨯=
4） 管内最大气流量：)/(182.02
360024314163s m q =⨯⨯=
取D= 500mm; 充满度; 流速v= s m v /5.16
.05.04182.02=⨯⨯⨯=π DN100 图5集气管结构示意图
水封罐设计
水封罐主要是用来控制三项分离器的集气室中气、液两相界面高度的，因为当液面太高或波动时浮渣或浮沫可能会引起出气管的堵塞或使气体部分进入沉降室，同时兼有隔绝和排除冷凝水作用，每一反应器配一水封罐。

水封高度取H=10H H -
式中0H -反应器至储气罐的压头损失和储气罐的压头
为保证安全取储气罐内压头，集气罩中出气气压最大1H 取2m 2H O ,储气罐内的压强0H 为400mm 2H O ，则H==
取水封高度为,直径为1500mm,进水管、出气管各一根，D=200mm.
进水管、放空管各一根，D=50mm,并设液面计。

（1） 气水分离器
气水分离器起到对沼气高燥的作用，选用mm H mm 1800500⨯φ钢制气水分离器4个，气水分离器中预装钢丝填料，在气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计及压力表。

沼气柜容积确定
由上述计算知该处理中日产沼气314163m =13093/m h ，则沼气柜容积应为3h 产气量的体积来确定，即)(3927313093m qt V g =⨯==，选用3座沼气柜，则每座沼气柜容积为： 3927/3=13093m 。

设计选用800钢板水槽内导轨湿式贮气柜，尺寸为：
φ
8000⨯
mm8000
H
mm
UASB的其他设计考虑
（1）取样管设计
在池壁高度上设置若干个取样管，用以采取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在高度方向上的浓度分布情况，在距反应器底~ 位置，沿池壁高度上设置4根，沿反应器高度方向各管相距，水平方向各管相距。

取样管选用DN100mm 的钢管，取样口设于距地面处，配球阀取样。

（2）检修
1）人孔
φ人孔一个为便于检修，在UASB反应器距地坪处设置600mm
2）风
为防治部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）
3）采光
为保证检修时采光，除采用临时灯光外，不设UASB预盖。

（3）防腐措施
厌氧反应器腐蚀比较严重的地方是反应器的上部，此处无论是钢材或是水泥都会被损坏，因此，UASB反应器应重点进行顶部的防腐处理。

在水平面以下，CO会发生腐蚀，水泥中的CaO会因为碳酸的存在而溶解。

沉降斜面也
溶解的
2
会腐蚀，为了延长反应器的使用寿命，反应器的防腐措施是必不可少的。

本次
设计中，反应器上部2m以上池壁用玻璃钢防腐，三相分离器-所有裸露的碳钢部位用玻璃钢防腐。