大型养猪场沼气工程设计下

4.4.2上升流速的核算反应器的高度与上升流速之间的关系为：QVHvAHRTAHRT（4-25）式中：v—上升流速，mh；H—反应器高度，m；HRT—水力停留时间，h。则：30.75mh4v（符合要求）4.5厌氧反应器UASB4.5.1反应机理厌氧反应主要是利用厌氧微生物以粪料中的糖和氨基酸为养料生长繁殖。进行沼气发酵。粪料含水量较低(60％～70％)的以乳酸发酵为主，粪料含水量高(80％)的则以沼气发酵为主。其优点是无需通气和翻堆，能耗省，费用低，厌氧生物处理可大量除去可溶性有机物，去除率可达70％～85％，而且可杀死传染性病菌，有利于防疫。利用厌氧发酵技术，能够减少臭味和降解有机污染物，同时回收储存在有机物中的能量作为能源。4.5.2工作原理废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器气体发射器的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。置于极其使单元缝隙之下的挡板的作用为气体发射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区[21]。出水渠出水沼气气室气封污泥床进水图4-3UASB示意图4.5.3设计计算4.5.3.1设计参数(1)设计温度T=25℃(2)容积负荷3VN2.5kgCOD/md污泥为颗粒状(3)污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD,产气率0.4m3/kgCOD(4)设计水量Q=420m3/d=17.5m3/h=0.0049m3/s。4.5.3.2水质指标表4-4水质指标表水质指标COD（mg/L）BOD（mg/L）进水水质70005600设计去除率83%92%设计出水水质12004004.5.3.3反应池容积采用容积负荷法：VNQSV0（4-26）式中：V—反应池的有效容积(m3)S0—进水有机物浓度(kgCOD/L)则：311765.27420mV实际体积取为1250m3,停留时间为3d，因此采用一座2m5m5m为一单元，总体积为25m10m5m的两池矩形UASB反应器。4.5.3.4三相分离器（1）设计原则UASB最重要的设计环节是反应器内的三相分离器设计，它直接影响气、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：①沉淀区的表面水力负荷1.0m/h；②三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5～1.0m；③沉淀区四壁倾斜角度应在45º～60º之间，污泥不积聚，尽快落入反应区，沉淀区斜面高度约为0.5～1.0m；④进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速≤2m/h；⑤分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上；⑥集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的15％～20％，在集气室内应该保持气液界面以释放和收集气体，阻止浮渣层的形成；⑦反射板与隙缝之间的遮盖应该在100～200mm以避免上升的气体进入沉淀室；⑧在出水堰之间应该设置浮渣挡板。⑨出气管的直管应该充足以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况。⑩在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡。（2）设计计算图4-5UASB计算示意图UASB计算示意图见图4-5，设下三角型集气罩斜面水平角55，上三角型集气罩斜面水平角55，三相分离器液面保护高度1h=0.5m，下三角型高度31.0hm，单元三相分离器宽度2.0bm。沉淀区表面负荷：)(07.02505.1723hmmAQq（4-27）取上部分离区水力停留时间2h，则上三角型罩顶水深：20.0720.14hqtm（4-28）下三角集气罩宽：mhb7.055tan0.1tan31（4-29）下三角集气罩的回流缝宽度：2122.020.70.6bbbm（4-30）计算集气罩的单元个数：100.220bLN组（4-31）回流缝2b的总面积：2120.620.010120abBNm（4-32）设计上三角集气罩的回流缝40.30bm回流缝4b的总面积：2242120abBNm（4-33）2a占总反应器面积的比例=30.0%20%(符合要求)下三角回流缝混合液上升的速度：11/25/1200.21/rvuQamh（4-34）上三角回流缝混合液上升的速度：2max2/25/1200.21/vuQamh（4-35）4sin0.30sin550.25CEbm/cos0.25/cos600.44BCCEm44.021.021.044.021VVBC，ahvvBCAB，取0.44ABm延AB方向的水流速度：0.21/arABvumhBC（4-36）当气泡的直径小于等于0.1mm，则气泡周围水流呈层流状态，1eR，这时的气泡上升速度以斯托克斯公式计算为准，气泡上升速度bv：21)(18dgvgb（4-37）取气泡直径d0.1mm，废水密度11.11Lg/，甲烷密度g0.65Lg/，重力加速度g9.82/sm，动力粘滞系数1.8sPa，碰撞系数0.95，把上面的单位统一化成sgcm、、的形式，可计算出hmvb/75.4。由上面可知，52.5/abvv/1.00BCAB，符合设计要求。再根据几何关系，上三角集气罩的高度40.78hm，则上三角集气罩底部到下三角集气罩底部距离：6sin0.80hBCABm（4-38）整个三相分离器高度=1.72mGSSH,整个UASB反应器高度：1H5.50LHhm（4-39）4.5.3.5出水系统(1)设计原则出水系统的设计在UASB反应器设计中也占有重要地位。因为出水是否均匀也将影响沉淀效果和出水水质。为了保持出水均匀、沉淀区的出水系统通常采用出水渠(槽)。一般每个单元三相分离器沉淀区设一条出水渠，而出水渠每隔一定距离设三角出水堰。常用的布置形式有两种，如图8-6所示。出水渠宽度常采用20cm，水深及渠高由计算确定。图4-6出水系统布置形式图4-6出水渠的特点是出水渠与集气罩成一整体。有助于装配化和整体安装，简化施工过程。一般出水渠前设挡板，可防止漂浮物随出水带走，可提高出水水质。当所处理废水中含悬浮固体较高，设置挡板是很必要的。如果沉淀区水面的漂浮物很少，有时也可不设挡板。（2）设计计算每个UASB反应器（共4个）沿中心线设一条出水堰，汇聚至周边出水渠，渠内侧设溢流堰，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。单个反应器出水堰流量8.75m3/h=0.0024m3/s。①出水渠：根据均匀流计算公式：iKq（4-40）RWCK（4-41）611RnC（4-42）式中：q—渠中水流量，m3/s；i—水力坡度，定为i=0.005；K—流量模段，m3/s；C—谢才系数；W—过水断面面积，m2；R—水力半径，m；n—粗糙度系数，钢取n=0.012。则：35.0100.0050.07Kqim3/s假定渠宽b=0.20m,则：W=0.20hX=2h+0.20R=W/X=0.20h/(2h+0.20)（4-43）式中：h—渠中水深，m；X—渠湿周，m。231nKWR（4-44）则：2310.200.070.200.0120.202hhh解方程得：h=0.043m，取为0.045m。可见渠宽b=0.20m，水深h=0.045m，渠深设计为0.25m，渠长10m。则渠中水流流速约为35.0100.56/0.200.045qvmsW＞0.40m/s符合明渠均匀流要求。②出水堰：每个UASB反应器处理水量0.0024m3/s，溢流负荷为1～2L/(m·s)。设计溢流负荷取f=1.5L/(m·s)，则堰上水面总长为：2.41.61.5qLmf（4-45）堰上水面总长取25m，堰口宽B=80mm，每个堰口间隔120mm，堰上水头h1=20mm，则三角堰数量为：35025020010Lnb个（4-46）每个堰出流率为：3632.4109.610(/)250qms按90°三角堰计算公式：2543.1hq（4-47）堰上水头为：0.450.40.96(/1.43)(10)4m1.43hqm＜20mm，设计合理。出水堰宽：4.0'9.0QB（4-48）式中：B—出水堰宽，m；'Q—设计流量，m3/s；为确保集水槽设计流量在安全范围内，安全流量'01.2~1.5QQ（）0.40.9(1.50.0024)0.095()Bm，因此水槽宽取200mm。出水堰的临界水深：3220gBQhk（4-49）式中：B—出水堰宽，m；0Q—安全设计流量，m3/s；则：2203322(1.50.0024)0.059.80.1kQhgBm。出水堰的起端水深：khh73.10（4-50）式中：h0——起端水深m；则：01.731.730.050.09khhm；取090hmm；设出水槽自由跌落高度：mmmh10010.02。则出水堰总深度1200.020.10.090.21hhhhm取水在管中的流速为20.9/ms，2'14Qd（4-51）式中：1d—出水管直径，mm；2—过堰流速，m/s；则：'12440.0050.0840.9Qdm，取DN80管4.5.3.6排泥系统根据厌氧生物处理污泥产量取r=0.12kgVSS/kgCOD。流量Q=25m³/h，进水COD浓度为7000mg/L，COD去除率为83％。UASB反应器总产泥量：0ΔXrQCE0.1242070.83292.8kgVSS/d（4-52）根据VSS/SS为0.8，泥含水率为98％，则污泥产量：3366Ws18.3m/d1000(10.98)（4-53）4.5.3.7产气系统根据产气率：r=0.4m³/kgCOD则产气量：Gi=Q•S0•Er=25×7×0.83×0.4=58.1m³/h（4-54）根据三相分离器的特点,每个集气罩分别引一根出气管,管径为DN100。4.6配水池由于SBR反应池由两个反应池间歇运作，并且需要与一部分来自水解酸化池的原水混合，因此设置配水池使后续的SBR处理正常运行。根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=4.0h，有效容积=100m3，规格10m×2.5m×5.0m，钢砼结构，半地下式，计算过程如下：(1)有效容积V：VQt（4-55）式中：t—停留时间，h，取=4ht。则：3max254100(m)VQt(2)池子面积F：hVF（4-56）式中：h—有效水深，单位m。则：)(2051002mhVF(3)池子总高H：1Hhh（4-57）式中：h1—池子超高，m，取h1=0.5m。则：14.50.55.0(m)Hhh4.7好氧反应器SBR4.7.1设计参数(1)设计温度T=20℃(2)日最大设计水量Qmax=1.5Q=1.5600m3/d=37.5m3/h=0.0104m3/s。(3)进水生化需氧量BOD5浓度Cs=400mg/L(4)在低负荷运行时，每流入1KgSS约为0.75Kg污泥量。4.7.2设定条件(1)反应池数2池(2)反应池水深H=5m(3)活性污泥界面上的最小水深0.5m(4)排出比m=41(5)MLSS浓度CA=4000mg/l(6)BOD-SS负荷L=0.10KgBOD/Kg·SS·d4.