UASB完整计算版

UASB工艺设计计算

一、UASB反应器设计说明

(一)工艺简介：

UA SB 是升流式厌氧污泥床反应器的简称, 是由荷兰W agen ingen 农业大学教授L et t inga 等人于1972～1978 年间开发研制的一项厌氧生物处理计术, 国内对UA SB 反应器的研究是从20 世纪80 年代开始的. 由于UA SB 反应器具有工艺结构紧凑,处理能力大, 无机械搅拌装置, 处理效果好及投资省等特点,UA SB 反应器是目前研究最多, 应用日趋广泛的新型污水厌氧处理工艺[ 1 ]

1.UA SB 反应器基本构造如图1

2.UA SB 的工作原理：

如图 1 所示, 废水由反应器的底部进入后, 由于废水以一定的流速自下而上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用, 废水与污泥充分混合, 有机质被吸附分解, 所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出, 含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区, 由于沼气已从废水中分离, 沉降区不再受沼气搅拌作用的影响. 废水在平稳上升过程中,其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分, 从而保证了反应器内高的污泥浓度. 含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出. UA SB 反应器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥, 能够允许较大的上流速度和很高的容积负荷. UA SB 反应器运行的 3 个重要的前提是: ①反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥; ②出产气和进水的均匀分布所形成良好的自然搅拌作用; ③设计合理的三相分离器, 能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内

(二)设计作用

UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。

(三)设计参数

选用设计资料参数如下：

①参数选取：

a) 容积负荷（Nv ）为：6kgCOD/(m 3·d)

b) 污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD

c) 产气率为：0.5m 3/kgCOD

② 设计水量：

(四) 设计计算

1. 反应器容积计算：

UASB 有效容积为V 有效

= ()

V 0N S Q e S -⋅ 式中：V 有效 ———— 反应器有效容积，m 3；

S 0、S e ———— 进出水COD 的浓度,kgCOD/m 3；

Q ———— 设计流量，m 3/d ；

N v ———— 容积负荷,kgCOD/(m 3·d)。

V 有效 = ()6

23.03.21500-⨯ = 517.5m 3

采用2座相同的UASB 反应器则每座反应器的有效容积为:V 单

=517.5/2 = 258.75m 3。

根据经验，UASB 最经济的高度一般在3～6m 之间，并且大多数情况下，这也是系统最优的运行范围。取有效水深h = 6m

则底面积：243.125m 6

75.258==‘A 采用矩形池比圆形池较经济。有关资料显示，当长宽比在2：1左右时，基建投资最省。取长L = 8m ，宽B = 6m

则实际横截面积为：A 1 = L×B =8×6 = 48m 2

实际总横截面积为：A = 48×2 = 96m 2

本工程设计中反应器总高取H = 6.2m(超高h 1=0.2m)

则单个反应池的容积为：V = L×B×H = 8×6×6 = 288m 3

反应池的总容积为V 总 = 288×2 = 576m 3。 水力停留时间为：h Q V t HRT 216.95

.62576=== 表面水力负荷为:)./(651.048

25.62231h m m A Q q === 对于颗粒污泥，表面水力负荷q = 0.1-0.9m 3/( m 2·h)，故符合设计要求。

2. 三相分离器设计：

三相分离器一般设在沉淀区的下部, 但有时也可将其设在反应器的项部. 三相分离器的主要作用是将气体(反应过程中产生的沼气)、固体(反应器中的污泥)和液体(被处理的废水)等三相加以分离. 将沼气引入集气室, 将处理出水引入出水区, 将固体颗粒导入反应区. 他由气体收集器和折流挡板组成. 只有三相分离器是UA SB 反应器污水厌氧处理工艺的主要特点之一. 他相当于传统污水处理工艺中的二次沉淀池, 并同时具有污泥回流的功能. 因而三相分离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要内容.三相分离器设计计算草图见图5-2:

图5-2三相分离器设计计算草图

(一) 设计说明：

三相分离器要具有气、液、固三相分离、污泥回流的功能。三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。

本工程设计中，每池设置1个三相分离器，三相分离器的长度为b=8m ，宽度为：d = 6m 。

1) 沉淀区的设计：

三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。

由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：

①沉淀区水力表面负荷 < 1.0 m/h ；

②沉淀器斜壁角度在45°-60°之间，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内；

③进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速≤ 2 m/h；

④总沉淀水深应大于1.5 m ；

⑤水力停留时间介于1.5～2 h 。

⑥沉淀区（集气罩）斜壁倾角θ＝50°。

⑦沉淀区的沉淀面积即为反应器的横截面积，即48m 2。

如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。

沉淀区的表面水力负荷为：q = Q/A = )./(65.048

25.6223h m m = q < 1.0m 3/( m 2·h) ，符合设计要求。

2) 回流缝设计：

设单元三相分离器的长b = 8m ，宽d = 6m

上下三角形集气室斜面水平夹角为θ＝50°

取保护水层高度（即超高）h 1 = 0.3m

上三角形顶水深h 2 = 0.5m ，下三角形高度h 3 = 1.5m 则下三角形集气室底部宽为：θtan 31h b =

式中：

b 1————下三角集气室底水平宽度，m

θ ———上下三角集气室斜面的水平夹角

h 3————下三角集气室的垂直高度，m

则相邻两个下三角形集气室之间的水平距离：

b 2 = L –2b 1 = 8–2×1.26 = 5.48m

则下三角形回流缝的面积为：

S 1 = b 2·B = 5.48×6 =32.88m 2

下三角集气室之间的污泥回流逢中混合液的上升流速(V 1)可用下式：

V 1 = Q 1/S 1

式中：

Q 1———— 反应器中废水流量，m 3

/h ；

S 1———— 下三角形集气室回流逢面积，m 2。

V 1 =h m /95.032.88

262.5= 设上三角形集气室回流缝的宽度CD = 1.4m ，则上三角形回流缝面积

为： S 2 = CD ·B ·2 = 1.4×6×2 = 16.8m 2

上下三角形集气室之间回流逢中流速(V 2)可用下式计算：