UASB反应器的设计计算.pdf
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1、 1 第二章 啤酒废水处理构筑物设计与计算 第一节 格栅的设计计算 一、设计说明 格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成,安装在废水渠道的进口处,用于截留较大的悬浮物或漂浮物,主要对水泵起保护作用,另外可减轻后续构筑物的处理负荷。二、设计参数 取中格栅;栅条间隙 d=10mm;栅前水深 h=0.4m;格栅前渠道超高 h2=0.3m 过栅流速 v=0.6m/s;安装倾角=45;设计流量 Q=5000m3/d=0.058m3/s 三、设计计算 H1hh2h1h1hHB1B11B150010002H1tg图2.1 格栅设计计算草图(一)栅条间隙数(n)maxsinQanbhv=0.058)0.010.4
2、0.6 =20.32 取 n=21条 式中:Q-设计流量,m3/s -格栅倾角,取 450 b-栅条间隙,取 0.01m h-栅前水深,取 0.4m 2 v-过栅流速,取 0.6m/s;(二)栅槽总宽度(B)设计采用宽 10 mm长 50 mm,迎水面为圆形的矩形栅条,即 s=0.01m B=S(n-1)+bn =0.01(21-1)+0.0121 =0.41 m 式中:S-格条宽度,取 0.01m n-格栅间隙数,b-栅条间隙,取 0.01m (三)进水渠道渐宽部分长度(l1)设进水渠道内流速为 0.5m/s,则进水渠道宽 B1=0.17m,渐宽部分展开角1a取为 20 则 l1=112BB
3、tga-=(0.41-0.17)2 tg20 =0.32 式中:l1-进水渠道间宽部位的长度,m L2-格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,m B-栅槽总宽度,m B1-进水渠道宽度,m 1a-进水渠展开角,度 (四)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l2)l2=l1/2=0.32/2 =0.16m (五)过栅水头损失(h1)取 k=3,=1.83(栅条断面为半圆形的矩形),v=0.6m/s ho=(b)4/3V2 2 g sin =1.83(0.01 0.01)4/30.62 2 9.8sin45 =0.024 m 3 h1=kh0=30.024 =0.072 m 式中:h0-计算水头
4、损失,m h1-过格栅水头损失,m k-系数,水头损失增大倍数 -形状系数,与断面形状有关 S-格栅条宽度,m b-栅条间隙,m v-过栅流速,m/s -格栅倾角,度 (六)栅槽总高度(H)取栅前渠道超高 h2=0.3m 栅前槽高 H1=h+h2=0.7m 则总高度 H=h+h1+h2 =0.4+0.072+0.3 =0.772 m (七)栅槽总长度(L)L=l1+l2+0.5+1.0+145Htg=0.32+0.16+0.5+1.0+0.745tg =2.68 m 式中:H1-格栅前槽高,H1=hh2=0.4+0.3=0.7 (八)每日栅渣量(W)取 W1=0.06m3/103m3 K2=1
5、.0 则 W=12864001000Q WK =0.058 0.08864001.51000 =0.27/d(采用机械清渣)式中:Q-设计流量,m3/s W1-栅渣量(m3/103m3污水),取 0.10.01,粗格栅用小值,细格栅用大值,中格栅用中值.取 0.08 K2-污水流量总变化系数.4 第二节 调节沉淀池的设计计算 一、设计说明 啤酒废水的水量和水质随时间的变化幅度较大,为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行,需对废水的水量和水质进行调节,由于啤酒废水中悬浮物(ss)浓度较高,此调节池也兼具有沉淀池的作用,该池设计有沉淀池的泥斗,有足够的水力停留时间,保证后续处理构筑物能连续运行,其
6、均质作用主要靠池侧的沿程进水,使同时进入池的废水转变为前后出水,以达到与不同时序的废水相混合的目的。二、设计参数 水力停留时间 T=6h;设计流量 Q=5000m3/d=208m3/h=0.058m3/s,采用机械刮泥除渣。表 2.1 调节沉淀池进出水水质指标 水质指标 COD BOD SS 进水水质(mg/l)2000 1010 350 去除率(%)7 7 50 出水水质(mg/l)1860 939.3 175 三、设计计算 调节沉淀池的设计计算草图见下图 2.2:5 图2.2 调节沉淀池设计计算草图24000进水55002500010008000500(一)池子尺寸 池子有效容积为:V=Q
7、T=2086=1248m3 取池子总高度 H=2.5m,其中超高 0.5m,有效水深 h=2m 则池面积 A=V/h=1248/2=624m3 池长取 L=35m,池宽取 B=20m 则池子总尺寸为 L B H=35202.5(二)理论上每日的污泥量 W=Q*(C0-C1)/1000(1-0.97)式中:Q-设计流量,m3/d C0-进水悬浮物浓度,mg/L C1-出水悬浮物浓度,mg/L P0-污泥含水率,%W=5000*(350-175)/(1000*1000(1-0.97)=29.2m3/d(三)污泥斗尺寸 取斗底尺寸为 500500,污泥斗倾角取 60 6 则污泥斗的高度为:h2=(5
8、-0.2)tg60 =8.3136m 污泥斗的容积 V2=13h2(a12+a1a2+a22)=138.3136(202+20 0.5+0.52)=1136.88m3 V总W 符合设计要求,采用机械泵吸泥(四)进水布置 进水起端两侧设进水堰,堰长为池长2/3 第三节 UASB反应器的设计计算 一、设计说明 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
9、于管理,且不存在堵塞问题。二、设计参数(一)参数选取 设计参数选取如下:容积负荷(Nv)6.0kgCOD/(m3d);污泥产率 0.1kgMLSS/kgCOD;产气率 0.5m3/kgCOD(二)设计水质 表 2.2 UASB反应器进出水水质指标 水质指标 COD BOD SS 进水水质(mg/l)1860 939.3 175 去除率(%)75 90 87 出水水质(mg/l)465 93.93 22.75 (三)设计水量 Q 5000m3/d=208m3/h=0.058 m3/s 7 三、设计计算 (一)反应器容积计算 UASB有效容积:V有效0vQSN 式中:Q-设计流量,m3/s S0-
10、进水 COD含量,mg/l Nv-容积负荷,kgCOD/(m3d)V有效50001.860/6.0=1550m3 将 UASB设计成圆形池子,布水均匀,处理效果好 取水力负荷 q 0.8m3/(m2h)则 A=Qq=208/0.8=260m2 h=VA1550/260=6.0m 采用 4 座相同的 UASB反应器 则 A1=4A260/4=65 m2 D=14Ap=(465/3.14)1/2 =9.1m 取 D=9.5m 则实际横截面积为 2A=14 D2=143.149.52 =70.85m2 实际表面水力负荷为 q1=Q/A 208/(470.85)=0.731.0 故符合设计要求(二)配
11、水系统设计 本系统设计为圆形布水器,每个UASB反应器设 36 个布水点(1)参数 每个池子流量:208/4=52 m3/h 8(2)设计计算 布水系统设计计算草图见下图 2.3:230046306940UASB布水系统设计计算草图图2.3 圆环直径计算:每个孔口服务面积为:a=21/364Dp1.97m2 a 在 13m2之间,符合设计要求 可设 3个圆环,最里面的圆环设 6 个孔口,中间设 12个,最外围设 18个孔口 1)内圈 6 个孔口设计 服务面积:1S61.97=11.82m2 折合为服务圆的直径为:14Sp=(411.82/3.14)1/2=3.9m 用此直径作一个虚圆,在该圆内
12、等分虚圆面积处设一实圆环,其上布 6 个孔口,则圆的直径计算如下:211142dSp=则 d112Sp (211.82/3.14)1/2 9=2.7m 2)中圈 12 个孔口设计 服务面积:S2=121.97=23.64m2 折合成服务圆直径为:124()SSp+=(4(11.82+23.64)/3.14)1/2=6.72m 中间圆环直径计算如下:14(6.722-d22)12S2 则 d2=5.49m 3)外圈 18 个孔口设计 服务面积:S3=181.97=35.46m2 折合成服务圈直径为:1234()SSSp+=9.50m 外圆环的直径 d3计算如下:14(9.502-d32)=12S
13、3 则 d38.23m (三)三相分离器设计 三相分离器设计计算草图见下图2.4:10 图2.4 UASB三相分离器设计计算草图Eb1Fh4b2h2h5h1HID50ABb10Ch3 (1)设计说明 三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。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。(2)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 1.0m/h 2)沉淀器斜壁角度设为5
14、0,使污泥不致积聚,尽快落入反应区内。3)进入沉淀区前,沉淀槽底逢隙的流速 2m/h 4)总沉淀水深应大于 1.5m 5)水力停留时间介于 1.5 2h 如果以上条件均能满足,则可达到良好的分离效果 沉淀器(集气罩)斜壁倾角 50 沉淀区面积为:A=1/4 D2=1/43.149.52=70.85m2 11 表面水力负荷为:q=Q/A=208/(470.85)=0.731.0 符合设计要求。(3)回流缝设计 取 h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m 如图 2.4 所示:b1=h3/tg 式中:b1-下三角集气罩底水平宽度,m;-下三角集气罩斜面的水平夹角;h3-下三角集气罩的垂直高度
15、,m;b1=1.550tg =1.26m b2=9.5-21.26=6.98m 下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速 V1可用下 式计算:V1=Q1/S1 式中:Q1-反应器中废水流量,m3/h;S1-下三角形集气罩回流逢面积,m2;V1=(208/4)/(3.146.982/4)=1.36m/h V12m/h,符合设计要求 上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算:V2=Q1/S2,式中:Q1-反应器中废水流量,m3/h;S2-上三角形集气罩回流逢之间面积,m2;取回流逢宽 CD=1.4m,上集气罩下底宽 CF=7.8m 则 DH=CDsin50=1.07 m DE=2
16、DH+CF =21.07+7.8 =9.94m 2S=(CF+DE)CD/2 =39.0m2 12 则 V2=Q1/S2=208/(439.0)=1.33m/hV1 净水的,故取=0.02g/cms 由斯托克斯工式可得气体上升速度为:Vb=21()18ggdrrrm-=(0.95 9.81(1.03-1.2 10-3)0.012)/(18 0.02)=0.266cm/s=9.58m/h Va=V2=1.33m/h 则:baVV=9.58/1.33=7.20,BCAB=2.18/0.64=3.41 13 baVV BCAB,故满足设计要求。(四)出水系统设计 采用锯齿形出水槽,槽宽 0.2m,槽
17、高 0.2m(五)排泥系统设计 产泥量为:18600.750.1500010-3=697.5 kgMLSS/d 每日产泥量697.5kgMLSS/d,则每个USAB日产泥量174.38kgMLSS/d,可用150mm排泥管,每天排泥一次。(六)理论上每日的污泥量 W=Q*(C0-C1)/1000(1-0.97)式中:Q-设计流量,m3/d C0-进水悬浮物浓度,mg/L C1-出水悬浮物浓度,mg/L P0-污泥含水率,%W=5000*(175-22.75)/(1000*1000(1-0.98)=38.06m3/d (七)产气量计算 每日产气量:18600.750.5500010-3=3487
18、.5m3/d 14 SBR反应器的设计计算 一、设计说明 经UASB处理后的废水,COD含量仍然很高,要达到排放标准,必须进一步处理,即采用好氧处理。SBR结构简单,运行控制灵活,本设计采用 6 个 SBR反应池,每个池子的运行周期为 6h 二、设计参数(一)参数选取(1)污泥负荷率 Ns 取值为 0.13kgBOD5/(kgMLSSd)(2)污泥浓度和 SVI 污泥浓度采用 3000 mgMLSS/L,SVI取 100(3)反应周期 SBR周期采用 T=6h,反应器一天内周期数 n=24/6=4(4)周期内时间分配 反应池数:N=6 进水时间:T/N=6/6=1h 反应时间:3.0h 静沉时
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