UASB工艺系统设计方法探讨
一、概述
厌氧处理已经成功地应用于各种高、中浓度的工业废水处理中。虽然中、高浓度的废水在相当程度上得到了解决，但是当污水中含有抑制性物质时，如含有硫酸盐的味精废水在处理上仍有一定的难度。在厌氧处理领域应用最为广泛的是UASB反应器，所以本文重点讨论UASB反应器的设计方法。但是，其与其它的厌氧处理工艺有一定的共同点，例如，流化床和UASB都有三相分离器。而UASB和厌氧滤床对于布水的要求是一致的，所以结果也可以作为其他反应器设计参考。
包含厌氧处理单元的水处理过程一般包括预处理、厌氧处理(包括沼气的收集、处理和利用)、好氧后处理和污泥处理等部分，可以用图1所示的流程表示。
二、UASB系统设计
1、预处理设施
一般预处理系统包括粗格栅、细格栅或水力筛、沉砂池、调节(酸化)池、营养盐和pH调控系统。格栅和沉砂池的目的是去除粗大固体物和无机的可沉固体，这对对于保护各种类型厌氧反应器的布水管免于堵塞是必需的。当污水中含有砂砾时，例如以薯干为原料的酿酒废水，怎么强调去除砂砾的重要性也不过分。不可生物降解的固体，在厌氧反应器内积累会占据大量的池容，反应器池容的不断减少最终将导致系统完全失效。
由于厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感，所以对于工业废水适当尺寸的调节池，对水质、水量的调节是厌氧反应稳定运行的保证。调节池的作用是均质和均量，一般还可考虑兼有沉淀、混合、加药、中和和预酸化等功能。在调节池中设有沉淀池时，容积需扣除沉淀区的体积；根据颗粒化和pH调节的要求，
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当废水碱度和营养盐不够需要补充碱度和营养盐(N、P)等；可采用计量泵自动投加酸、碱和药剂，通过调节池水力或机械搅拌达中和作用。
同时，酸化池或两相系统是去除和改变，对厌氧过程有抑制作用的物质、改善生物反应条件和可生化性也是厌氧预处理的主要手段，也是厌氧预处理的目的之一。仅考虑溶解性废水时，一般不需考虑酸化作用。对于复杂废水，可在调节池中取得一定程度的酸化，但是完全的酸化是没有必要的，甚至是有害处的。因为达到完全酸化后，污水pH会下降，需采用投药调整pH值。另外有证据表明完全酸化对UASB反应器的颗粒过程有不利的影响。对以下情况考虑酸化或相分离可能是有利的：
1) 当采用预酸化可去除或改变对甲烷菌有毒或抑制性化合物的结构时；
2) 当废水存在有较高的Ca2+时，部分酸化可避免颗粒污泥表面产生CaCO3结垢；
3) 当处理含高含悬浮物和/或采用高负荷，对非溶解性组分去除有限时；
4) 在调节池中取得部分酸化效果可以通过调节池的合理设计取得。例如，上向流进水方式，在反应器底部形成污泥层(1.0m)。底部布水孔口设计为5～10m2/孔即可。
2、UASB反应器体积的设计
a) 负荷设计法
采用有机负荷(q)或水力停留时间(HRT) 设计UASB反应器是目前最为主要的方法。一旦q或HRT确定，反应器的体积(V)可以很容易根据公式(1或2)计算。对某种特定废水，反应器的容积负荷一般应通过试验确定。
V = QS o/q(1)
V =KQ.HRT(2)
式中：Q---废水流量，m3/d；
S o---进水有机物浓度，gCOD/L或gBOD5/L。
表1给出不同类型废水国内外采用UASB反应器处理的负荷数据，需要说明的是表中无法一一注明采用的预处理条件和厌氧污泥类型等情况，这些条件对选择设计负荷是至关重要的。下表供设计人员设计时参考，选用前必须进行必要的实验和进一步查询有关的技术资料。
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b) 经验公式方法
Lettinga等人采用同样经验公式描述不同厌氧处理系统处理生活污水HRT与去除率(E)之间的关系，并且对不同反应器处理生活污水的数据进行了统计，得出了参数值。
式中：C1,C2——反应常数。
c) 动力学方法
许多研究者致力于动力学的研究，Henxen和Harremoes(1983)根据众多研究结果汇总了酸性发酵和甲烷发酵过程重要的动力学常数(见表2)。到目前为止，动力学理论的发展，还没有使它能够在选择和设计厌氧处理系统过程中成为有力的工具，通过评价所获得的实验结果的经验方法现在仍是设计和优化厌氧消化系统的唯一的选择。
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3、UASB 反应器的详细设计 1) 反应器的体积和高度
采用水力停留时间进行设计时，体积(V)按公式(1)或(2)计算。选择反应器高度的原则是设计、运行和经济上综合考虑的结果。从设计、运行方面考虑：高度会影响上升流速，高流速增加系统扰动和污泥与进水之间的接触。但流速过高会引起污泥流失，为保持足够多的污泥，上升流速不能超过一定的限值，从而使反应器的高度受到限制；高度与CO 2溶解度有关，反应器越高溶解的CO 2浓度越高，因此，pH 值越低。如pH 值低于最优值，会危害系统的效率。
从经济上考虑
: 土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反；考虑当地的气候和地形条件，一般将反应器建造在半地下减少建筑和保温费用。最经济的反应器高度(深度)一般是在4到6m 之间，并且在大多数情况下这也是系统最优的运行范围。 2) 反应器的升流速度
对于UASB 反应器还有其他的流速关系(图2)。对于日平均上升流速的推荐值见表3，应该注意对短时间(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暂时的高峰流量可以接收)。
3) 反应器的截面积和反应器的长、宽(或直径)
在确定反应器的容积和高度(H)之后，可确定反应器的截面积(A)。从而确定反应器的长和宽，在同样的面积下正方形池的周长比矩形池要小，矩形UASB 需要更多的建筑材料。以表面积为600m 2的反应器为例，
30×20m的反应器与15m×40m的反应器周长相差10%，这意味着建筑费用要增加10%。但从布水均匀性考虑，矩形在长/宽比较大较为合适。从布水均匀性和经济性考虑，矩形池在长/宽比在2:1以下较为合适。长/宽比在4:1时费用增加十分显著。
圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。但这一优点仅仅在采用单个池子时才成立。当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器可以采用共用壁。对于采用公共壁的矩形反应器，池型的长宽比对造价也有较大的影响。如果不考虑其他因素，这是一个在设计中需要优化的参数。
4) 单元反应器最大体积和分格化的反应器
在UASB反应器的设计中，采用分格化对运行操作是有益的。首先，分格化的单元尺寸不会过大，可避免体积过大带来的布水均匀性等问题；同时多个反应器对系统的启动也是有益的，可首先启动一个反应器，再用这个反应器的污泥去接种其他反应器；另外，有利于维护和检修，可放空一个反应器进行检修，而不影响系统的运行。从目前实践看最大的单体UASB反应器(不是最优的)可为1000-2000m3。
5) 单元反应器的系列化
单元的标准化根据三相分离器尺寸进行，三相分离器的型式趋向于多层箱体的设备化结构。以2×5m的三相分离器为例，原则上讲有多种配合形式。但从标准化和系列化考虑，要求具有通用性和简单性。所以，池子宽度是以5m为模数，长度方向是以2m为模数。布置单元尺寸的方式可分成单池单个分离器和单池两个分离器的形式。原则上如果采用管道或渠道布水，池子的长度是不受限制。如前所述，由于长宽比涉及到反应器的经济性，所以要结合池子组数考虑适当的长宽比。对宽度为10m的单个反应器，2:1的长宽比的反应器可达到2000m3的池容。对更大的反应器，如果需要也可采用双池共用壁的型式。
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三、反应器的配水系统的设计
1、配水孔口负荷
一个进水点服务的最大面积问题是应该进行深入的实验研究。对于UASB反应器Lettinga建议在完成了起动之后，每个进水点负担2.0到4.0m2对获得满意的去除效率是足够的。但是在温度低于20℃或低负荷的情况，产气率较低并且污泥和进水的混合不充分时，需要较高密度的布水点。对于城市污水De Man和Van der Last (1990)建议1～2m2/孔。表4是Lettinga等人根据UASB反应器的大量实践推荐的进水管负荷。
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升流式厌氧污泥床UASB工艺概论
作者:王志刚出处:原创发布时间:2006-03-10 08:43
升流式厌氧污泥床UASB工艺概论
一、引言
厌氧生物处理作为利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水，进水BOD最高浓度可达数万mg/l，也可适用于低浓度有机废水，如城市污水等。
厌氧生物处理过程能耗低；有机容积负荷高，一般为5－10kgCOD/m3.d，最高的可达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；产出的沼气是一种清洁能源。
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、厌氧生物滤池、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。
而升流式厌氧污泥床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成再生清洁能源——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，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。
本文试图就UASB的运行机理和工艺特征以及UASB的设计启动等方面作一简要阐述。
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二、UASB的由来
1971年荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Lettinga）教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的雏型。1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granular sludge）。颗粒污泥的出现，不仅促进了以U ASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。
三、UASB工作原理
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，微小气泡在上升过程中，不断合并，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器，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沼着斜壁滑回厌氧反应区内，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。
基本出要求有：
（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；
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（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。
四、UASB内的流态和污泥分布
UASB内的流态相当复杂，反应区内的流态与产气量和反应区高度相关，一般来说，反应区下部污泥层内，由于产气的结果，部分断面通过的气量较多，形成一股上升的气流，带动部分混合液（指污泥与水）作向上运动。与此同时，这股气、水流周围的介质则向下运动，造成逆向混合，这种流态造成水的短流。在远离这股上升气、水流的地方容易形成死角。在这些死角处也具有一定的产气量，形成污泥和水的缓慢而微弱的混合，所以说在污泥层内形成不同程度的混合区，这些混合区的大小与短流程度有关。悬浮层内混合液，由于气体币的运动带动液体以较高速度上升和下降，形成较强的混合。在产气量较少的情况下，有时污泥层与悬浮层有明显的界线，而在产气量较多的情况下，这个界面不明显。有关试验表明，在沉淀区内水流呈推流式，但沉淀区仍然还有死区和混合区。
UASB内污泥浓度与设备的有机负荷率有关。是处理制糖废水试验时，UASB内污泥分布与负荷的关系。从图中可看出污泥层污泥浓度比悬浮层污泥浓度高，悬浮层的上下部分污泥浓度差较小，说明接近完全混合型流态，反应区内污泥的颁，当有机负荷很高时污泥层和悬浮层分界不明显。试验表明，污水通过底部0．4－0．6m的高度，已有90％的有机物被转化。由此可见厌氧污泥具有极高的活性，改变了长期以来认为厌氧处理过程进行缓慢的概念。在厌氧污泥中，积累有大量高活性的厌氧污泥是这种设备具有巨大处理能力的主要原因，而这又归于污泥具有良好的沉淀性能。
UASB具有高的容积有机负荷率，其主要原因是设备内，特别是污泥层内保有大量的厌氧污泥。工艺的稳定性和高效性很大程度上取决于生成具有优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。与此相反，如果反应区内的污泥以松散的絮凝状体存在，往往出现污泥上浮流失，使UASB不能在较高的负荷下稳定运行。
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根据UASB内污泥形成的形态和达到的COD容积负荷，可以将污泥颗粒化过程大致分为三个运行期：
（1）接种启动期：从接种污泥开始到污泥床内的COD容积负荷达到5kgCOD/m3．d
左右，此运行期污泥沉降性能一般；
（2）颗粒污泥形成期：这一运行期的特点是有小颗粒污泥开始出现，当污泥床内的总SS量和总VSS量降至最低时本运行期即告结束，这一运行期污泥沉降性能不太好；
（3）颗粒污泥成熟期：这一运行期的特点是颗粒污泥大量形成，由下至上逐步充满整个UASB。当污泥床容积负荷达到16kgCOD/m3．d以上时，可以认为颗粒污泥已培养成熟。该运行期污泥沉降性很好。
五、外设沉淀池防止污泥流失
在UASB内虽有气液固三相分离器，混合液进入沉淀区前已把气体分离，但由于沉淀区内的污泥仍具有较高的产甲烷活性，继续在沉淀区内产气；或者由于冲击负荷及水质突然变化，可能使反应区内污泥膨胀，结果沉淀区固液分离不佳，发生污泥流失而影响了水质和污泥床中污泥浓度。为了减少出水所带的悬浮物进入水体，外部另设一沉淀池，沉淀下来的污泥回流到污泥床内。
设置外部沉淀池的好处是：
（1）污泥回流可加速污泥的积累，缩短启动周期；
（2）去除悬浮物，改善出水水质；
（3）当偶尔发生大量漂泥时，提高了可见性，能够及时回收污泥保持工艺的稳定性；
（4）回流污泥可作进一步分解，可减少剩余污泥量。
六、UASB的设计
UASB的工艺设计主要是计算UASB的容积、产气量、剩余污泥量、营养需求的平衡量。
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UASB的池形状有圆形、方形、矩形。污泥床高度一般为3－8m，多用钢筋混凝土建造。当污水有机物浓度比较高时，需要的沉淀区与反应区的容积比值小，反应区的面积可采用与沉淀区相同的面积和池形。当污水有机物浓度低时，需要的沉淀面积大，为了保证反应区的一定高度，反应区的面积不能太大时，则可采用反应区的面积小于沉淀区，即污泥床上部面积大于下部的池形。
气液固三相分离器是UASB的重要组成部分，它对污泥床的正常运行和获良好的出水水质起十分重要的作用，因此设计时应给予特别的重视。根据经验，三相分离器应满足以下几点要求：
1、混和液进入沉淀区之关，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；
2、沉淀器斜壁角度约可大于45度角；
3、沉淀区的表面水力负荷应在0.7m3/m2.h以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽低缝的流速不大于2m/m2.h；
4、处于集气器的液一气界面上的污泥要很好地使之浸没于水中；
5、应防止集气器内产生大量泡沫。
第2、3两个条件可以通过适当选择沉淀器的深度－面积比来加以满足。
对于低浓度污水，主要用限制表面水力负荷来控制；对于中等浓度和高浓度污水，在极高负荷下，单位横截面上释放的气体体积可能成为一个临界指标。但是直到现在国内外所取得的成果表明，只要负荷率不超过20kgCOD/m3.d，UASB高度尚未见到有大于10m 的报道，第三代厌氧反应器除外。
污泥与液体的分离基于污泥絮凝、沉淀和过滤作用。所以在运行操作过程中，应该尽可能创造污泥能够形成絮凝沉降的水力条件，使污泥具有良好的絮凝、沉淀性能，不仅对于分离器的工作是具有重要意义，对于整个有机物去除率更加至关重要。
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特别要注意避免气泡进入沉淀区，要使固——液进入沉淀区之前就与气泡很好分离。在气——液表面上形成浮渣能迫使一些气泡进入沉淀区，所以在设计中必须事先就考虑到：（1）采用适当的技术措施，尽可能避免浮渣的形成条件，防范浮渣层的形成；
（2）必须要有冲散浮渣的设施或装置，在污泥反应区一旦出现浮渣的情况下，能够及时破坏浮渣层的形成，或能够及时排除浮渣。
如上所述，UASB中污水与污泥的混合是靠上升的水流和发酵过程中产生的气泡来完成的。因此，一般采用多点进水，使进水均匀地分布在床断面上，其中的关键是要均匀——匀速、匀量。
UASB容积的计算一般按有机物容积负荷或水力停留时间进行。设计时可通过试验决定参数或参考同类废水的设计和运行参数。
七、UASB的启动
1、污泥的驯化
UASB设备启动的难点是获得大量沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。最好的办法加以驯化，一般需要3－6个月，如果靠设备自身积累，投产期最长可长达1－2年。实践表明，投加少量的载体，有利于厌氧菌的附着，促进初期颗粒污泥的形成；比重大的絮状污泥比轻的易于颗粒化；比甲烷活性高的厌氧污泥可缩短启动期。
2、启动操作要点
（1）最好一次投加足够量的接种污泥；
（2）启动初期从污泥床流出的污泥可以不予回流，以使特别轻的和细碎污泥跟悬浮物连续地从污泥床排出体外，使较重的活性污泥在床内积累，并促进其增殖逐步达到颗粒化；
（3）启动开始废水COD浓度较低时，未必就能让污泥颗粒化速度加快；
（4）最初污泥负荷率一般在0.1－0.2kgCOD/kgTSS.d左右比较合适；
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（5）污水中原来存在的和厌氧分解出来的多种挥发酸未能有效分解之前，不应随意提高有机容积负荷，这需要跟踪观察和水样化验；
（6）可降解的COD去除率达到70—80％左右时，可以逐步增加有机容积负荷率；（7）为促进污泥颗粒化，反应区内的最小空塔速度不可低于1m/d，采用较高的表面水力负荷有利于小颗粒污泥与污泥絮凝分开，使小颗粒污泥凝并为大颗粒。
八、UASB工艺的优缺点
UASB的主要优点是：
1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20－40gVSS/1；
2、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；
3、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；
4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；
5、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。
主要缺点是：
1、进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下；
2、污泥床内有短流现象，影响处理能力；
3、对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。
九、结语
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UASB工艺近年来在国内外发展很快，应用面很宽，在各个行业都有应用，生产性规模不等。实践证明，它是污水实现资源化的一种技术成熟可行的污水处理工艺，既解决了环境污染问题，又能取得较好的经济效益，具有广阔的应用前景。
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USR反应器
USR反应器即升流式固体反应器，是一种结构简单，适用于高悬浮固体物料的反应器。物料从底部进入反应器内，与反应器内的厌氧微生物固体床充分接触，使原料得到快速消化。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降累积在固体床的下部，上清液从反应器上部溢出，这样可以得到比水力停留时间高得多的固体滞留时间和微生物滞留时间，从而提高了固体有机物的分解率和反应器的效率。
我公司对USR反应器进行了合理的改进，采用先进的进料和排污方式，加上独有的排渣装置，保证了设备适用面宽、产沼气量大、使用寿命长、有机物去除率比较高的特点，极适用于高悬浮物含量的酒精糟液和畜禽粪便的厌氧处理。
优点：
1、耐高悬浮物，可全槽进料发酵，沼气产量高；
2、脉冲动力大，扰动强；
3、上流速度快，传质效果好，容积负荷高；
4、排泥排渣系统合理可靠。
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UASB 的设计计算 6.1 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)//(0.53d m kgCOD N v = 进出水COD 浓度)/(112000L mg C = ，)/(1680L mg C e =（去除率85%） V= 3028560 .585 .02.111500m N E QC v =??= 式中Q —设计处理流量d m /3 C 0—进出水CO D 浓度kgCOD/3 m E —去除率 N V —容积负荷，)//(0.53d m kgCOD N v = 6.2 UASB 反应器的形状和尺寸 工程设计反应器3座，横截面积为矩形。 （1） 反应器有效高为m h 0.6=则 横截面积：)(4760 .62856 2m h V S ＝有效= = 单池面积：)(7.1583 4762m n S S i === （2） 单池从布氺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m l 16=，则宽m l S b i 9.916 7 .158=== ，设计中取m b 10= 单池截面积：)(16010162'm lb S i =?== （3） 设计反应器总高m H 5.7=，其中超高0.5m 单池总容积：)(1120)5.05.7(160'3 ' m H S V i i =-?=?= 单池有效反应容积：)(96061603 'm h S V i i =?=?=有效 单个反应器实际尺寸：m m m H b l 5.71016??=?? 反应器总池面积：)(48031602 ' m n S S i =?=?= 反应器总容积：)(336031120'3 m n V V i =?=?=
3.5UASB 反应器的设计计算3.5.1设计参数(1)污泥参数 设计温度T=25℃ 容积负荷N V =8.5kgCOD/(m 3.d)污泥为颗粒状 污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD,产气率0.5m 3/kgCOD (2)设计水量Q=2800m 3/d=116.67m 3/h=0.032m 3/s 。(3)水质指标 表5UASB 反应器进出水水质指标 水质指标COD （㎎?L ）BOD （㎎?L ）SS （㎎?L ）进水水质37352340568设计去除率85%90%/设计出水水质 560 234 568 3.5.2UASB 反应器容积及主要工艺尺寸的确定[5](1)UASB 反应器容积的确定 本设计采用容积负荷法确立其容积V V=QS 0/N V V—反应器的有效容积(m 3)S 0—进水有机物浓度(kgCOD/L) V=3400×3.735/8.5=1494m 3 取有效容积系数为0.8,则实际体积为1868m 3 (2)主要构造尺寸的确定 UASB 反应器采用圆形池子，布水均匀，处理效果好。取水力负荷q 1=0.6m 3/（m 2·d ）反应器表面积A=Q/q 1=141.67/0.6=236.12m 2反应器高度 H=V/A=1868/236.12=7.9m 取H=8m 采用4座相同的UASB 反应器，则每个单池面积A 1为： A 1=A/4=236.12/4=59.03m 2 m A D 67.814 .303 .59441 =×== π取D=9m 则实际横截面积 A 2=3.14D 2/4=63.6m 2 实际表面水力负荷q 1=Q/4A 2=141.67/5×63.6=0.56q 1在0.5—1.5m/h 之间，符合设计要求。3.5.3UASB 进水配水系统设计
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：
南京工程学院课程设计说明书 南京工程学院 课程设计说明书（论文）题目某制药企业废水处理工艺设计 课程名称：水污染控制工程 院（系、部）：环境工程系 专业：环境工程 班级：环境091 学号：216090116 姓名：周发庭 起止日期：2012-5-21 ～2012-6-3 指导教师：李红艺徐进
南京工程学院课程设计说明书 目录 第1章概论 (1) 1.1设计任务及依据 (1) 1.2设计要求 (1) 第2章水质分析 (2) 2.1水质组成 (2) 第3章方案选择 (3) 3.1选择方案原则 (3) 3.2工艺流程图 (4) 第4章工艺流程设计说明 (4) 4.1工艺流程说明 (4) 第5章 UASB工艺设计计算 (6) 5.1工艺简介 (6) 5.2设计作用 (7) 5.3设计参数 (7) 5.4设计计算 (8) 5.5进水系统设计 (12) 5.6出水系统设计 (13) 5.7排泥系统设计 (15) 5.8产气量计算 (15) 5.9上升水流速度和气流速度的计算 (16) 5.10总结 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18)
南京工程学院课程设计说明书 第一章概论 一、设计任务及依据 1.设计任务 本设计方案的编制范围是某生物制药厂废水处理工艺，处理能力2500 m3/d ,内容包括处理工艺的确定、设备选型、各设备对污水去除污染物的计算、UASB工艺设计计算、经济技术分析。完成绘制处理工艺流程组图、处理工艺组合平面布置及UASB工艺三视图。 2.设计依据 （1）《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》 （2）《污水综合排放标准GB8978－1996》 （3）《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84） （4）《课程设计任务书》 （5）《课程设计大纲》 二、设计要求 1.设计原则 （1）必须确保污水厂处理后达到排放要求。 （2）污水处理厂采用的各项设计参数必须可靠。在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数。对新工艺、新技术、新结构和新材料的采用积极慎重的态度。 （3）污水处理厂设计必须符合经济的要求。 （4）污水厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。（5）污水厂设计必须注意近远期的结合，设计时应为今后发展留有挖潜和扩建的条件。 （6）污水厂设计必须考虑安全运行的条件。 - 1 -
U A S B相关计算公式公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
1、比产甲烷活性： max 41 24273 CH R T K U X V ?= ?? 式中，X —微生物或污泥浓度，gVSS/L K —累计产CH 4量曲线直线段的斜率，mlCH 4/h ； T 1—实验条件对应的绝对温度，K ； V R —反应区容积，100ml 。 可按下式进行计算： 4max max (115%)350 CH COD U U ??= -? 式中，—最大比COD 去除率，gCOD/(gVSS ·d)。 2、VSS/TSS 1 32 4m m m m Ash --= Ash 1VSS/TSS -= VSS=(1-Ash)×TSS=(m 3-m 1)-(m 4-m 2) 式中：Ash —污泥中的灰分比例，%； m1—坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量，g ； m2—坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量，g ； m3—含污泥坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量，g ； m4—含污泥坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量，g 。 3、水力停留时间 HRT=V/Q 式中：Q —进液流量（m 3/h ）; V —反应器有效容积（m 3）; 上流速度：u=Q/A ，故：HRT=H/u 小反应器反应区体积=，有效体积—3L ； EGSB 反应区体积—，有效体积—； UASB 反应区体积—，有效体积—。
4、有机负荷 有机负荷包括容积负荷（VLR）和污泥负荷(SLR)：VLR=Q·ρ w /V SLR=Q·ρ w /V·ρ s 式中：V—反应器容积，m3; Q—进水流量m3/d; ρ w—— 进液浓度，KgCOD/m3或KgBOD/m3； ρ s —污泥浓度，KgCOD/Kg TSS或KgCOD/Kg VSS或KgBOD/Kg TSS或KgBOD/Kg VSS。 5、UASB 反应器容积 一般采用容积负荷计算法，按公式 式中： V——反应器有效容积，m3； Q——UASB 反应器设计流量，m3 /d； N v ——容积负荷，kgCOD/（m3·d）； S ——进水有机物浓度，kgCOD/m3。 反应器的容积负荷应通过试验或参照类似工程确定，在缺少相关资料时可参考附录A 的有关内容确定。处理中高浓度复杂废水的 UASB 反应器设计负荷可参考表 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=；格栅前渠道超高 h 2 过栅流速v=s； 安装倾角α=45°；设计流量Q=5000m3/d=s 三、设计计算 （一）栅条间隙数(n) =×√(sin45)÷÷÷ = 取n=21条 式中： Q ------------- 设计流量，m3/s α------------- 格栅倾角，取450
b ------------- 栅条间隙，取 h ------------- 栅前水深，取 v ------------- 过栅流速，取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= B=S ×(n-1)+b ×n =×(21-1)+×21 = m 式中： S -------------- 格条宽度，取 n -------------- 格栅间隙数， b -------------- 栅条间隙，取 （三）进水渠道渐宽部分长度(l 1) 设进水渠道内流速为s,则进水渠道宽B 1=, 渐宽部分展开角1 取为20° 则 l 1= 1 1 2B B tg = =
l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 B 1 -------------- 进水渠道宽度，m 1 -------------- 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（l 2 ） l 2= l 1 /2=2 = （五）过栅水头损失（h 1 ） 取k=3,β=(栅条断面为半圆形的矩形)，v=s h o =β×（S÷b）4/3×V^2÷2÷g×sinα =×÷ 4/3×^2÷2÷×sin45 = m h 1=k×h =3× = m
1、比产甲烷活性： max 4124 273 CH R T K U X V ?=?? 式中，X —微生物或污泥浓度，gVSS/L K —累计产CH 4量曲线直线段的斜率，mlCH 4/h ； T 1—实验条件对应的绝对温度，K ； V R —反应区容积，100ml 。 U max.COD 可按下式进行计算： 4 max max (115%)350CH COD U U ??=-? 式中，U max.COD —最大比COD 去除率，gCOD/(gVSS ·d)。 2、VSS/TSS 1 32 4m m m m Ash --= Ash 1VSS/TSS -= VSS=(1-Ash)×TSS=(m 3-m 1)-(m 4-m 2) 式中：Ash —污泥中的灰分比例，%； m1—坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量，g ； m2—坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量，g ； m3—含污泥坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量， g ； m4—含污泥坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量，g 。 3、水力停留时间 HRT=V/Q 式中：Q —进液流量（m 3/h ）; V —反应器有效容积（m 3）; 上流速度：u=Q/A ，故：HRT=H/u 小反应器反应区体积=1.7L ，有效体积—3L ； EGSB 反应区体积—9.22L ，有效体积—13.6L ； UASB 反应区体积—11.2L ，有效体积—12.8L 。
4、有机负荷 有机负荷包括容积负荷（VLR）和污泥负荷(SLR)： VLR=Q·ρw/V SLR=Q·ρw/V·ρs 式中：V—反应器容积，m3; Q—进水流量m3/d; ρw——进液浓度，KgCOD/m3或KgBOD/m3； ρs—污泥浓度，KgCOD/Kg TSS或KgCOD/Kg VSS或KgBOD/Kg TSS或KgBOD/Kg VSS。 5、UASB 反应器容积 一般采用容积负荷计算法，按公式 式中： V——反应器有效容积，m3； Q——UASB 反应器设计流量，m3 /d； N v——容积负荷，kgCOD/（m3·d）； S0——进水有机物浓度，kgCOD/m3。 反应器的容积负荷应通过试验或参照类似工程确定，在缺少相关资料时可参考附录A 的有关内容确定。处理中高浓度复杂废水的UASB 反应器设计负荷可参考表1。
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/(m3·d) b)污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD c)产气率为：0.5m3/kgCOD ②设计水量： Q=1500m3/d=62.5m3/h=0.0174m3/s。 (四)设计计算 1.反应器容积计算： UASB有效容积为V 有效= () V N S Q e S - ? 式中：V 有效 ————反应器有效容积，m3；
.UASB的设计计算： 1.1 设计说明： 厌氧反应器一般可采用矩形和圆形结构，对于圆形反应器在同样面积下，其周长比矩形少12%，但是圆形反应器这一优点仅在采用单独池子时才成立，当采用两个或两个以上时，矩形反应器可以采用共用壁。本工程厌氧反应器进水水质：水量1200 m3/d COD30000mg/l,BOD20000mg/l,SS2000mg/l。SS去除率19%，CODcr去除率40%，BOD5去除率45%。 本工程选用四座座矩形UASB反应器，钢筋混凝土结构，体积有效系数90%。 1.2 设计计算： 1.反应器几何尺寸： （1）容积负荷法：参考工程实际及本工程的水质条件，容积负荷选用9.5kgCOD/( m3/d)。反应器体积V=QS0/q 其中Q—反应器有效体积，m3 q—容积负荷，kgCOD/( m3/d) S0—进水有机物浓度，gCOD/L 则V=1200×30/9.5=3789.47 m3 选用4座同样规格的池子，则每个池子体积不小于3789.47/4=947.37 m3，假定UASB体积有效系数取90%，则每池总容积不小于1052m3。 （2）池子几何尺寸（以单池为计算模型）： 一般UASB的生产性装置的有效高度常采用5—8m，浓度较高的废水水力停留时间长时，常采用较大的反应器高度，鉴于此垃圾渗滤液的浓度较高,从微生物代谢及投资费用方面考虑，最大高度为10.5m。沉淀区水力负荷不超过0.7。本工程有效高度H取10.5m，超高H2取0.7m。 则表面积A=V/H1 其中A—厌氧反应器表面积，m2；H1—厌氧反应器高度，m； A=1052/11.2=93.9 m3。 由于矩形池在同样面积下比正方形的周长大，从而矩形UASB需要更多的建筑材料，但从单池布水的均匀性和经济性考虑，选择正方形的池子较为合理，从实际工程来看，反应器的宽度在20m以下是成功的。 综上：长取10m，宽取10m，则实际表面积为A=10×10=100m3>93.9 m3，表明设计合理。
U A S B完整计算版 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
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：
1、比产甲烷活性： max 4124273 CH R T K U X V ?=?? 式中，X —微生物或污泥浓度，gVSS/L K —累计产CH 4量曲线直线段的斜率，mlCH 4/h ； T 1—实验条件对应的绝对温度，K ； V R —反应区容积，100ml 。 U max.COD 可按下式进行计算： 4 max max (115%)350CH COD U U ??=-? 式中，U max.COD —最大比COD 去除率，gCOD/(gVSS ·d)。 2、VSS/TSS 1 32 4m m m m Ash --= Ash 1VSS/TSS -= VSS=(1-Ash)×TSS=(m 3-m 1)-(m 4-m 2) 式中：Ash —污泥中的灰分比例，%； m1—坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量，g ； m2—坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量，g ； m3—含污泥坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量， g ； m4—含污泥坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量，g 。 3、水力停留时间 HRT=V/Q 式中：Q —进液流量（m 3/h ）; V —反应器有效容积（m 3）; 上流速度：u=Q/A ，故：HRT=H/u 小反应器反应区体积=1.7L ，有效体积—3L ； EGSB 反应区体积—9.22L ，有效体积—13.6L ； UASB 反应区体积—11.2L ，有效体积—12.8L 。
4、有机负荷 有机负荷包括容积负荷（VLR）和污泥负荷(SLR)： VLR=Q·ρw/V SLR=Q·ρw/V·ρs 式中：V—反应器容积，m3; Q—进水流量m3/d; ρw——进液浓度，KgCOD/m3或KgBOD/m3； ρs—污泥浓度，KgCOD/Kg TSS或KgCOD/Kg VSS或KgBOD/Kg TSS或KgBOD/Kg VSS。 5、UASB 反应器容积 一般采用容积负荷计算法，按公式 式中： V——反应器有效容积，m3； Q——UASB 反应器设计流量，m3 /d； N v——容积负荷，kgCOD/（m3·d）； S0——进水有机物浓度，kgCOD/m3。 反应器的容积负荷应通过试验或参照类似工程确定，在缺少相关资料时可参考附录A 的有关内容确定。处理中高浓度复杂废水的UASB 反应器设计负荷可参考表1。
U A S B反应器的设计计算 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
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=；格栅前渠道超高 h 2 过栅流速v=s； 安装倾角α=45°；设计流量Q=5000m3/d=s 三、设计计算 （一）栅条间隙数(n) =×√(sin45)÷÷÷ = 取n=21条 式中： Q ------------- 设计流量，m3/s α------------- 格栅倾角，取450
b ------------- 栅条间隙，取 h ------------- 栅前水深，取 v ------------- 过栅流速，取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= B=S ×(n-1)+b ×n =×(21-1)+×21 = m 式中： S -------------- 格条宽度，取 n -------------- 格栅间隙数， b -------------- 栅条间隙，取 （三）进水渠道渐宽部分长度(l 1) 设进水渠道内流速为s,则进水渠道宽B 1=, 渐宽部分展开角1 取为20° 则 l 1= 1 1 2B B tg = =
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 h 2=0.3m 过栅流速v=0.6m/s ； 安装倾角α=45°；设计流量Q=5000m 3 /d=0.058m 3 /s （一）栅条间隙数(n) n = =0.058×√(sin45)÷0.01÷0.4÷0.6 =20.32 取n=21条 式中： Q ------------- 设计流量，m 3/s α------------- 格栅倾角，取450 b ------------- 栅条间隙，取0.01m h ------------- 栅前水深，取0.4m
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)+b ×n =0.01×(21-1)+0.01×21 =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(l 1) 设进水渠道内流速为0.5m/s,则进水渠道宽B 1=0.17m, 渐宽部分展开角1a 取为20° 则 l 1=1 1 2B B tg a -′ =(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 B 1 -------------- 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（l 2） l 2= l 1/2=0.32/2 =0.16m （五）过栅水头损失（h 1） 取k=3,β=1.83(栅条断面为半圆形的矩形)，v=0.6m/s h o =β×（S ÷b ） 4/3 ×V ^2÷2÷g ×sin α =1.83×(0.01÷0.01) 4/3 ×0.6^2÷2÷9.8×sin45 =0.024 m
1、比产甲烷活性: max 4124273 CH R T K U X V ?=?? 式中,X —微生物或污泥浓度,gVSS/L K —累计产CH 4量曲线直线段的斜率,mlCH 4/h; T 1—实验条件对应的绝对温度,K ; V R —反应区容积,100ml 。 U max 、COD 可按下式进行计算: 4 max max (115%)350CH COD U U ??=-? 式中,U max 、COD —最大比COD 去除率,gCOD/(gVSS ·d)。 2、VSS/TSS 1 324m m m m Ash --= Ash 1VSS/TSS -= VSS=(1-Ash)×TSS=(m 3-m 1)-(m 4-m 2) 式中:Ash —污泥中的灰分比例,%; m1—坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量,g ; m2—坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量,g ; m3—含污泥坩埚在103~105°C 的烘箱中干燥后的重量,g ; m4—含污泥坩埚在600°C 的马弗炉灼烧后的重量,g 。 3、水力停留时间 HRT=V/Q 式中:Q —进液流量(m 3/h); V —反应器有效容积(m 3); 上流速度:u=Q/A,故:HRT=H/u 小反应器反应区体积=1、7L,有效体积—3L; EGSB 反应区体积—9、22L,有效体积—13、6L; UASB 反应区体积—11、2L,有效体积—12、8L 。 4、有机负荷
有机负荷包括容积负荷(VLR)与污泥负荷(SLR): VLR=Q·ρw/V SLR=Q·ρw/V·ρs 式中:V—反应器容积,m3; Q—进水流量m3/d; ρw——进液浓度,KgCOD/m3或KgBOD/m3; ρs—污泥浓度,KgCOD/Kg TSS或KgCOD/Kg VSS或KgBOD/Kg TSS或KgBOD/Kg VSS。 5、UASB 反应器容积 一般采用容积负荷计算法,按公式 式中: V——反应器有效容积,m3 ; Q——UASB 反应器设计流量,m3 /d; N v——容积负荷,kgCOD/(m3·d); S0——进水有机物浓度,kgCOD/m3。 反应器的容积负荷应通过试验或参照类似工程确定,在缺少相关资料时可参考附录A 的有关内容确定。处理中高浓度复杂废水的UASB 反应器设计负荷可参考表1。
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/(m3·d) b)污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD c)产气率为：0.5m3/kgCOD ② 设计水量： Q=1500m3/d=62.5m3/h=0.0174m3/s。 (四) 设计计算 1.反应器容积计算： Q ?(S0 -S e ) UASB有效容积为V = N V 有效 3； 式中：V 有效————反应器有效容积，m
UASB 工艺设计计算 （一）适用性 升流式厌氧污泥床(UASB)工艺设计进水水质一般CODcr 应在1000mg/L 以上。UASB 反应器进水中悬浮物的含量一般不宜超过500mg/L,否则应设置混凝沉淀或混凝气浮进行处理。当进水悬浮物过高或可生化性较差是，宜设置水解池进行预酸化。 （二）预处理要求 预处理部分包括以下环节：格栅、调节池、营养盐和PH 值及温度调控系统。预处理部分是UASB 及其艳阳设计的关键。关系到系统能否正常运行，应充分考虑其运行的可靠性。 1.格栅 UASB 废水处理工艺系统前应设置细格栅、粗格栅或水力筛。最后一道格栅的格栅间隙宜在1--3mm 之间，宜采用旋转滤网等高效的固液分离设备代替普通格栅。 2.调节池 （1）废水进入UASB 应设置调节池。 （2）调节池的有效时间宜为6--12h 。 （3）调节池应具备均质、均量、调节PH 值、防止不溶物沉淀的功能。 （4）调节池宜设置机械搅拌的方式实现均质，搅拌机的容积功率宜为4--8w/m 3;对小型废水处理站可采用曝气搅拌方式，气水比宜控制在（7 ：1）--（10 ：1）。 （5）调节池中应设置碱度补充和营养盐补充装置。 （6）调节池的出水端应设置去除浮渣装置。 （7）调节池的底部应易于沉淀物的清出。 3.PH 调节 （1）UASB 反应器的进水PH 值应保证在6.5--7.8之间 （2）酸碱的投加应采用计量泵自动投加装置，中和池出水应设置PH 自动检测系统，与前端计量泵联动。 4.温度调节 （1）中温厌氧的温度应保持在35℃±2℃，如不能满足应设置加温装置。 （2）热源可采用锅炉蒸汽或沼气发电余热，管路上应设置电动阀和温度计，通过显示温度自动调接开关，实现自动控制。 （三）UASB 反应器设计计算 1.UASB 反应器有效容积的计算 UASB 反应器的设计参数是容积负荷或水力停留有时间。这两个参数难以从理论上推导得到，往往是通过试验取得，而且颗粒污泥和絮状污泥反应器的设计负荷是不相同的。一旦所需容积负荷（或停留时间）确定，反应器的有效容积可通过以下公式计算。 （1）有机负荷容积算法 V N QS V 0
UASB设计计算 一、设计参数 (1) 污泥参数 设计温度T=25℃ 容积负荷N V=8.5kgCOD/(m3.d) 污泥为颗粒状 污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD, 产气率0.5m3/kgCOD (2) 设计水量Q=2800m3/d=116.67m3/h=0.032 m3/s。 (3) 水质指标 表1 UASB反应器进出水水质指标
二、 UASB反应器容积及主要工艺尺寸的确定 (1) UASB反应器容积的确定 本设计采用容积负荷法确立其容积V V=QS0/N V V—反应器的有效容积(m3) S0—进水有机物浓度(kgCOD/L) V=3400×3.735÷8.5=1494m3 取有效容积系数为0.8,则实际体积为1868m3 (2) 主要构造尺寸的确定 UASB反应器采用圆形池子，布水均匀，处理效果好。 取水力负荷q1=0.6m3/（m2·d） 反应器表面积 A=Q/q1=141.67/0.6=236.12m2 反应器高度 H=V/A=1868/236.12=7.9m 取H=8m 采用4座相同的UASB反应器，则每个单池面积A1为： A1=A/4=236.12/4=59.03m2 取D=9m
则实际横截面积 A2=3.14D2/4=63.6 m2 实际表面水力负荷 q1=Q/4A2=141.67/5 63.6=0.56 m3/（m2·d）q1〈0.8m/h，符合设计要求。 二、UASB进水配水系统设计 (1) 设计原则 ①进水必须要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基本相等，防止短路和表面负荷不均； ②应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌； ③易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。 本设计采用圆形布水器，每个UASB反应器设30个布水点。 (2) 设计参数 每个池子的流量 Q1=141.67/4=35.42m3/h (3) 设计计算 查有关数据，对颗粒污泥来说，容积负荷大于4m3/(m2.h)时，每个进水口的负荷须大于2m2 则布水孔个数n必须满足πD2/4/n>2
二、处理前污水水质参数 Q=2000m3/d=83.3m3/h,COD=1500mg/L,BOD=350mg/L 三、单体构筑物的设计计算 1、集水井 1.1设计原因 用于收集厂区来水，并提供潜水泵安装平台，钢砼结构。 1.2设计参数 废水停留时间：25 min 安装水泵2台（一用一备） 水泵流量85 m3/h，扬程12.0 m，功率5.5 kW 1.3工艺尺寸 L×B×H=3.8m×3m×3.8m，水泵安装有液位控制器自动控制，以简化人工操作。见图3-1。 3.8m 图3-1 集水井的俯视图和侧视图 2、均衡池 2.1设计原因 由于车间不同污水性质、流量不同，所以车间污水水质、水量不均匀性很大。均衡池设有酸、碱及营养盐投加泵和其它自控仪器及测控探头（施昌平等，2009），用于调节污水水质。均衡池的目的是使水质和水量保持相对的稳定，有利于后续处理单元的有效运行。同时均衡池中的搅拌器有利于水质保持稳定。如图3-2
10m 10m 图3-2 均衡池俯视图和侧视图 2.2设计参数 废水停留时间：HRT=6h； 2.3工艺尺寸 2.3.1均衡池尺寸 均衡池有效容积W=QT/60n 式中W——有效容积（m3）； Q——处理水量（m3/h）； T——混合时间（min）； n——池数（n=1）。 设计中取Q=85 m3/h，T=6h=360min；n=1 W=85m3/h×360min/60=510m3。 则均衡池钢砼结构，尺寸L×B×H=10.0m×10.0 m×5．5 m， 2.3.2搅拌装置（杜茂安等，2006） ①搅拌器外缘速度：v=3.0m/s(一般采用1.5~3.0m/s，设计中取3.0m/s） ②搅拌器直径：D。=(2/3)·10=6.67m 设计中取6.67m ③搅拌器宽度：B=0.1·10=1m ④搅拌器层数：H：D=5.5/10=0.55≤1.2~1.3，设计中取一层 ⑤搅拌器页数：Z=8 ⑥搅拌器距池底高度：0.5D。=3.34m ⑦搅拌器转速：n。=60v/πD。=60·3.0/(3.14·6.67)=8.59r/min 式中：n。——搅拌器转速（r/min）； v ——搅拌器外缘速度（m/s）； D。——搅拌器直径（m）。（由①、②得v、D。值）搅拌器角速度：ω=2v/D。=2·3/6.67=0.90rad/s ⑧轴功率：N2=cρω3ZBR4/（408g） N2——轴功率（kW）；
UASB工艺说明 更新时间：11-08-6 09:10 升流式厌氧污泥床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成再生清洁能源——沼气的一项技术。1971年荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Lettinga）教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的雏型。1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granular sludge）。颗粒污泥的出现，不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。 UASB工艺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，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。
UASB原理 更新时间：11-08-6 09:10 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，微小气泡在上升过程中，不断合并，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器，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沼着斜壁滑回厌氧反应区内，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。