IC反应器的设计要点

IC反应器设计参考loser1.设计说明IC反应器，即内循环厌氧反应器，相似由2层UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成。在处理高浓度有机废水时，其进水负荷可提高至35～50kgCOD/(m3·d)。与UASB反应器相比，在获得相同处理速率的条件下，IC反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，IC反应器的平均升流速度可达处理同类废水UASB反应器的20倍左右。设计参数（1）参数选取设计参数选取如下：第一反应室的容积负荷NV1＝35kgCOD/(m3·d)，：第二反应室的容积负荷NV2＝12kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.03kgMLSS/kgCOD；产气率0.35m3/kgCOD（2）设计水质设计参数CODcrBOD5SS进水水质/(mg/L)120006000890去除率/%858030出水水质/(mg/L)18001000623（3）设计水量Q＝3000m3/d＝125m3/h=0.035m3/s2.反应器所需容积及主要尺寸的确定（见附图6-4）（1）有效容积本设计采用进水负荷率法，按中温消化（35～37℃）、污泥为颗粒污泥等情况进行计算。V＝veNCCQ)(0式中V－反应器有效容积，m3；Q－废水的设计流量，m3/d；本设计流量日变化系数取Kd=1.2,Q=3600m3/dNv－容积负荷率，kgCOD/（m3·d）；C0－进水COD浓度，kg/m3；mg/L=10-3kg/m3，设计取24.074kg/m3Ce－出水COD浓度，kg/m3。设计取3.611kg/m3本设计采用IC反应器处理高浓度废水，而IC反应器内部第一反应室和第二反应室由于内部流态及处理效率的不同，这里涉及一，二反应室的容积。据相关资料介绍，IC反应器的第一反应室（相当于EGSB）去除总COD的80％左右，第二反应室去除总COD的20％左右。第一反应室的有效容积V1＝veNCCQ％80)(0＝dmkgCODmkgdm333/3580/)8.112(/3000％＝700m3第二反应室的有效容积V1＝veNCCQ％20)(0＝dmkgCODmkgdm333/1220/)8.112(/3000％＝510m3IC反应器的总有效容积为V＝700＋510＝1210m3，这里取1250m3（2）IC反应器几何尺寸小型IC反应器的高径比（H/D）一般为4～8，高度在15～20m,而大型IC反应器高度在20～25m,因此高径比相对较小，本设计的IC反应器的高径比为2.5.H=2.5/DV＝A×H＝HD42＝45.23D则D＝3/1)5.24(V=3/13)5.212504(m＝8.2m，取9m，已知体积V利用高径比推直径D，再由D反推IC高度。（这部可以直接求得底面积）H＝2.5×9＝22.5m，取23m。每个IC反应器总容积负荷率：NV＝VCCQe)(0＝1250)8.112(3000＝24.5[kgCOD/(m3·d)]IC反应器的底面积A＝42D＝4914.32＝63.6m2，则第二反应室高H2＝AV2＝6.63510＝8m.第一反应室的高度H1＝H－H2＝23－8＝15m（3）IC反应器的循环量进水在反应器中的总停留时间为tHRT＝QV＝1251250＝10h设第二反应室内液体升流速度为4m/h（IC反应器里第二反应室的上升流速一般为2～10m/h），则需要循环泵的循环量为256m3/h。(可能为V×A=254.4m3/h)第一反应室内液体升流速度一般为10～20m/h，主要由厌氧反应产生的气流推动的液流循环所带动。第一反应室产生的沼气量为Q沼气＝Q（C0－Ce）×0.8×0.35式中废水量Q=3000m3/d,C0和Ce分别为进出水COD浓度，0.8为第一反应室的效率，0.35为每千克去除的COD转化为0.35m3的沼气。则第一反应室沼气量为：3000×（12－1.8）×0.8×0.35＝8568m3/d每立方米沼气上升时携带1～2m3左右的废水上升至反应器顶部，顶部气水分离后，废水从中心管回流至反应器底部，与进水混合后。由于产气量为8568m3/d，则回流废水量为8568～17136m3/d，即357～714m3/h，加上IC反应器废水循环泵循环量256m3/h，则在第一反应室中总的上升水量达到了613～970m3/h，（V流速=Q/A）上流速度可达9.68～15.25m/h，IC反应器第一反应室上升流速一般为10～20m/h）,可见IC反应器设计符合要求。（4）IC反应器第一反应室的气液固分离不同于UASB反应器顶部的三项分离系统，IC第一反应室的顶部功能主要为气体收集和固液两相分离。较高的上升流速的废水流至第一反应室顶部，大部分液体和颗粒污泥随气体流入气室上升IC反应器顶部的气液固分离器，部分液体和固体流入三相分离器,颗粒污泥在分离器上部静态区沉淀，废水从上部隔板流入第二反应室。图6-4为第一反应室顶部气液固分离器流态示意。IC反应器第一反应室的气液固分离设计第一反应室三相分离器的气液固三相分离是IC最重要组成部分，是IC反应器最有特点的装置，它对该种反应器的高效率起了十分重要的作用。其设计直接影响气液固三项分离及内部循环效果。高效的三项分离器应具备以下几个功能：气液固混合液中气体不得进入沉淀区，即流体（污泥与水混合物）进入沉淀区之前，气体必须进行有效地分离去除，避免气体在沉淀区干扰固，液的分离；沉淀区液流稳定，使其具备良好的固液分离效果；沉淀分离的部分固体（污泥）能迅速通过斜板返回到反应器内，以维持反应器内很高的污泥浓度和较长的泥龄；防止上浮污泥洗出，提高出水净化效果。为了达到上述要求，进行了许多研究开发。IC反应器有上.下两个三相分离器，第一反应室三相分离器严格意义上讲是不分离三相物质，不分离气体，仅分离液固体。IC反应器的第二反应器流态与UASB极为相似。一反应室的气液固分离器结构设计。第一反应室气液固三相分离器通过挡板将气液固收集，气体和颗粒污泥受挡板的导流通过集气罩进入上升导流管，其中颗粒污泥受强大水流的作用（在上升管中流速大于0.5m/s）和气液一起流入反应器顶部的气液（固）分离器。部分液体（含少量颗粒污泥）通过上下导流板进入分离器上部的沉淀区，在该区域所受水流影响较小，颗粒沉降从回流缝回到反应区域，废水则进入第二反应室处理。图6-5为第一反应室三相分离器设计示意图。图6-6为第一反应室三相分离器俯视图。（6）IC反应器第一反应室的气液固分离几何尺寸沉淀区设计三相分离器沉淀区固液分离是靠重力沉淀达到的，其设计的方法与普通二沉池设计相似，主要考虑沉淀面积和水深两相因素。一般情况下沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积；沉淀区的表面负荷率的大小与需要去除的污泥颗粒重力沉降速度vs数值相等，但方向相反。据报道，颗粒污泥沉降速度一般在100m/h以上，沉降速度20m/h的颗粒污泥认为沉降性能较差，沉降速度50m/h的颗粒污泥被认为沉降性能良好。颗粒在水中的沉降速度常用Stokes公式计算。颗粒污泥沉降性能的好坏主要取决于颗粒的有效直径和密度。处于自由沉降状态的污泥的自由沉降速度可用公式（6-2）计算。根据Stokes：vs＝18)(21psgd1＝)00022.00337.01(0175.02TT式中sv－－颗粒污泥沉降速度，cm/s或36m/hs－－颗粒污泥密度，g/cm3s－－清水密度，g/cm3pd－－颗粒直径。cmg－－重力加速度，981cm/s2－－水的粘滞系数，g/(cm.s)－－水的运动粘滞系数，cm2/sT－－水温，℃上式可求出不同粒径颗粒污泥在清水中的自由沉降速度，并以它近似地代表颗粒污泥的实际自由沉降速度。设温度为35℃，则水的运动粘滞系数为：)00022.00337.01(0175.02TTv=)3500022.0350337.01(0175.02=0.0071(cm2/s)IC反应器由于升流速度较大，细小颗粒容易被冲刷而使反应器内细小颗粒的比例减小，因此颗粒污泥的粒径较粗。平均直径在1.0～2.0mm,最大颗粒直径为3.14～3.57mm；颗粒密度为1.04～1.06g/cm3。清水密度近似取1g/cm3,则=0.0071g/(cm·s)；颗粒污泥密度取1.05g/cm3，一般IC反应器中颗粒直径大于0.1cm,算得沉降速度vs:vs＝18)(21psgd=)/(2.138)/(83.30071.0181.0981)105.1(2hmscm三相分离器单元结构结构示意图见图6-7。三相分离器中物质流态示意图见图6-8，图中v1为上升液流流速，vs为气泡上升速度。计算B-B‘间的负荷可以确定相邻两上挡板间的距离。三相分离器平面上共有10个气固液分离单元，中部被集气罩分隔（如图6-5，图6-6所示）。B-B‘间水流上升速度一般小于20m/h(1.0mm直径的颗粒污泥沉降速度在100m/h以上)，则B-B‘间总面积S为：S＝20Q＝20254＝12.7m2式中Q为IC反应器循环泵的流量。S=4)43(11bb,则1b=0.45m,即相邻两上挡板间的间距为450mm。两相邻下挡板间的间距b2＝200mm；上下挡板间回流缝b3＝150mm，板间缝隙液流速度为30m/h；气封与下挡板间的距离b4＝100mm；两下挡板间距离（C－C‘）b5＝400mm，板间液流速度大于25m/h。沉淀区斜壁角度与分离器高度设计三相分离器沉淀区斜壁倾斜角度选50º（一般45º～60º之间），上挡板三角顶与集气罩相距300mm。设计IC反应器1h=0.85m,2h=0.7m。气液分离的设计欲达到较好的气液分离效果，气罩需与下挡板有一定的重叠。重叠的水平距离（C的投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离的效果影响越小。所以重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键所在，重叠量一般为10～20cm。根据以上计算，上下三角形集气罩在反应器内的位置已经确定。对已确定的三相分离器的构造进行气，液分离条件的校核。如图6-8所示，当混合液上升至A点后，气泡随液体以速度v1沿斜面上升，同时，气泡受浮力的作用有垂直上升的速度vg,所以气泡将沿着v1和vg合成速度v合的方向运动。要使气泡不随回流缝液体流向沉淀区，vg+v1的合成速度（v合）必须大于回流缝中液体流速v回流（30m/h）。图6-9是气泡在下挡板边缘流态示意图。气泡上升流速v1的大小与其直径.大小.水温液体和气体的密度.液体的粘滞系数等因素有关。当气泡直径很小（d0.1mm）时围绕气泡的水流呈层流状态，Re1,这时气泡上升速度用Stokes公式计算：18)(211psgdv式中d－－气泡直径，cm取0.01cm；1－－液体密度，g/cm3，取1.02g/cm3；g－－沼气密度，g/cm3，取1.2×10-3g/cm3－－废水动力粘滞系数，g/(cm·s)[废水的一般比净水大，这里取2×10-2g/(cm·s)]－－碰撞系数，取0.95g－－重力加速度，cm/s2(取981cm/s2)所以，。)/(95.0)/(264.010218012.0)102.102.1(98195.0231hmscmv那么合速度的计算量为：)40180(co2vv1221svvvgg合1.1079140co255.92259.522s）（回流合hmv/30v32.85m/h可见合速度大于回流缝的回流速度，保证气相不进入沉淀区。反应器顶部气液分离器的设计IC顶部气液分离器的目的是分离气和固液由于采用切线流状态，上部分离器中气和固液分离较容易，这里设计直径为3m的气液分离器，筒体高2m，下锥底角度65°，上顶高500mm。IC反应器进水配水系统的设计设计说明布水区位于反应器的下端，其基本功能：一是将待处理的废水均匀地分布在反应区的横断面上，因为生产装置的横断面往往很大，均匀布水的难度高