UASB反应器的设计计算

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 h2=

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

H1hh2h1h1hHB1B11B150010002H1tg图2.1 格栅设计计算草图

（一）栅条间隙数(n)

maxsinQanbhv=

=×√(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(l1)

设进水渠道内流速为s,则进水渠道宽B1=,

渐宽部分展开角1a取为20°

则 l1=112BBtga-´

= =

式中：

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

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=2

=

（五）过栅水头损失（h1）

取k=3,β=(栅条断面为半圆形的矩形)，v=s

ho=β×（S÷b）4/3×V^2÷2÷g×sinα

=×÷ 4/3×^2÷2÷×sin45

= m

h1=k×h0 =3×

= m

式中：

h0--------计算水头损失，m

h1---------过格栅水头损失，m

k -------- 系数，水头损失增大倍数

β-------- 形状系数，与断面形状有关ξ

S -------- 格栅条宽度，m

b-------- 栅条间隙，m

v -------- 过栅流速，m/s

α-------- 格栅倾角，度

（六）栅槽总高度(H)

取栅前渠道超高h2=

栅前槽高H1=h+h2=

则总高度H=h+h1+h2

=++ = m

（七）栅槽总长度(L)

L=l1+l2+++145Htg°

=++++0.745tg°

= m

式中：

H1------格栅前槽高， H1=h＋h2=+=

（八）每日栅渣量(W)

取W1=103m3 K2=

则W=12864001000QWK

=××86400÷÷1000

= ㎡/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～,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值.取

K2-----------污水流量总变化系数.

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=s,

采用机械刮泥除渣。

表 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 175

三、设计计算

调节沉淀池的设计计算草图见下图：

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=QT=208×6=1248m3

取池子总高度H=,其中超高,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=35×20×

（二） 理论上每日的污泥量

W=Q*(C0-C1)/1000

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)=d

（三）污泥斗尺寸

取斗底尺寸为500×500，污泥斗倾角取60°

则污泥斗的高度为：h2= ×tg60°

=

污泥斗的容积V2= 13h2（a12+a1a2+a22）

=13××(202+20×+

=

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）(m3·d)；

污泥产率kgCOD；

产气率kgCOD

（二）设计水质

表 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 175

去除率（%） 75 90 87

出水水质(mg/l) 465

（三）设计水量

Q＝5000m3/d=208m3/h= m3/s

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 ------------- 进水COD含量,mg/l

Nv -------------容积负荷,kgCOD/(m3·d) V有效＝5000×

=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＝[m3/(m2·h)]

则 A= Qq= 208/=260m2

h=VA＝1550/260=

采用4座相同的UASB反应器

则 A1=4A＝260/4= 65 m2

D=14Ap´= (4×65/1/2

=

取D=

则实际横截面积为

2A=14πD2=14××

=

实际表面水力负荷为

q1=Q/A

＝208/(4×

=<

故符合设计要求

（二）配水系统设计

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：

Ｑ＝208/4 = 52 m3/h

(2)设计计算

布水系统设计计算草图见下图： 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= 21/364Dp＝

a在1～3m2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：1S＝6×=

折合为服务圆的直径为：

14Sp= (4×1/2

=

用此直径作一个虚圆，在该圆内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d1＝12Sp ＝ (2×1/2

=

2)中圈12个孔口设计

服务面积：S2=12×=

折合成服务圆直径为：

124()SSp+

= (4×+/1/2

=

中间圆环直径计算如下：

14π＝12S2

则d2=

3）外圈18个孔口设计

服务面积：S3=18×=

折合成服务圈直径为：

1234()SSSp++

=

外圆环的直径d3计算如下：

14π=12S3

则d3＝

（三）三相分离器设计

三相分离器设计计算草图见下图：