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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 =1680 (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=160m2。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 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 =0.95, 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 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,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
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