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5602345683.5.2UASB 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 VV—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 2mA 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(1)设计原则(2)设计参数每个池子的流量Q 1=141.67/4=35.42m 3/h(3)设计计算查有关数据[6]，对颗粒污泥来说，容积负荷大于4m 3/(m 2.h)时，每个进水口的负荷须大于2m 2则布水孔个数n 必须满足пD 2/4/n>2即n<пD 2/8=3.14×9×9/8=32取n=30个则每个进水口负荷a=пD 2/4/n=3.14×9×9/4/30=2.12m 2可设3个圆环，最里面的圆环设5个孔口，中间设10个，最外围设15个，其草图见图4①内圈5个孔口设计服务面积：S 1=5×2.12=10.6m 2折合为服务圆的直径为：m S 67.314.36.10441=×=π用此直径用一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布5个孔口则圆环的直径计算如下：3.14×d 12/4=S 1/2m S d 6.214.36.102211=×==π②中圈10个孔口设计服务面积：S 1=10×2.12=21.2m 2折合为服务圆的直径为：mS S 36.614.3)2.216.10(4)(421=+×=+π则中间圆环的直径计算如下：3.14×(6.362－d 22)/4=S 2/2则d 2=5.2m ③外圈15个孔口设计服务面积：S 3=15×2.12=31.8m 2折合为服务圆的直径为mS S S 0.914.3)8.312.216.10(4)(4321=++×=++π则中间圆环的直径计算如下：3.14×(92－d 32)=S 3/2则d 3=7.8m布水点距反应器池底120mm ；孔口径15cm图4UASB 布水系统示意图3.5.4三相分离器的设计(1)设计说明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：沉淀区的表面水力负荷<1.0m/h ；三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5～1.0m ；沉淀区四壁倾斜角度应在45º～60º之间，使污泥不积聚，尽快落入反应区内；沉淀区斜面高度约为0.5～1.0m ；进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速≤2m/h ；总沉淀水深应≥1.5m ；水力停留时间介于1.5～2h ；分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm 以上；以上条件如能满足，则可达到良好的分离效果。
(2)设计计算本设计采用无导流板的三相分①沉淀区的设计沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ=50°沉淀区面积：A=3.14×D 2/4=63.6m 2表面水力负荷q=Q/A=141.67/(4×63.6)=0.56m 3/(m 2.h)<1.0m 3/(m 2.h)符合要求②回流缝设计h 2的取值范围为0.5—1.0m,h 1一般取0.5取h 1=0.5m h 2=0.7m h 3=2.4m 依据图8中几何关系，则b 1=h 3/tanθb 1—下三角集气罩底水平宽度，θ—下三角集气罩斜面的水平夹角h 3—下三角集气罩的垂直高度，mb 1=2.4/tan50=2.0mb 2=b －2b 1=9－2×2.0=5.0m下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速v 1,可用下式计算：V 1=Q 1/S 1=4Q 1/3.14b 2Q 1—反应器中废水流量（m 3/s ）S 1—下三角形集气罩回流缝面积（m 2）h m h m V /2/8.14/0.514.34/67.14121<=×=符合要求上下三角形集气罩之间回流缝流速v 2的计算：V 2=Q 1/S 2S 2—上三角形集气罩回流缝面积（m 2）CE—上三角形集气罩回流缝的宽度，CE>0.2m 取CE=1.0mCF—上三角形集气罩底宽，取CF=6.0mEH=CE ×sin50=1.0×sin50=0.766m EQ=CF+2EH=6.0+2×1.0×sin50=7.53mS 2=3.14(CF+EQ).CE/2=3.14×(6.0+7.53)×1.0/2=21.24m 2v 2=141.67/4/21.24=1.67m/h v 2<v 1<2.0m/h ,符合要求确定上下集气罩相对位置及尺寸BC=CE/cos50=1.0/cos50=1.556m HG=(CF －b 2)/2=0.5m EG=EH+HG=1.266mAE=EG/sin40=1.266/sin40=1.97m BE=CE ×tan50=1.19m AB=AE －BE=0.78mDI=CD ×sin50=AB ×sin50=0.778×sin50=0.596mh 4=AD+DI=BC+DI=2.15m h 5=1.0m气液分离设计由图5可知，欲达到气液分离的目的，上、下两组三角形集气罩的斜边必须重叠，重叠的水平距离（AB 的水平投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离效果的影响越小，所以，重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键。
由反应区上升的水流从下三角形集气罩回流缝过渡到上三角形集气罩回流缝再进入沉淀区，其水流状态比较复杂。
当混合液上升到A 点后将沿着AB 方向斜面流动，并设流速为v a ，同时假定A 点的气泡以速度V b 垂直上升，所以气泡的运动轨迹将沿着v a 和v b 合成速度的方向运动，根据速度合成的平行四边形法则，则有：ABBC AB AD v v a b ==要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是：⎟⎠⎞⎜⎝⎛=>AB BC AB AD v v a b 在消化温度为25℃，沼气密度g ρ=1.12g/L ；水的密度1ρ=997.0449kg/m 3；水的运动粘滞系数v=0.0089×10-4m 2/s ；取气泡直径d=0.01cm 根据斯托克斯（Stokes ）公式可得气体上升速度v b 为()µρρβ1821d g v g b −=v b —气泡上升速度（cm/s ）g—重力加速度（cm/s 2）β—碰撞系数，取0.95μ—废水的动力粘度系数，g/(cm.s)μ=vβ()hm s cm v b 96.21/616.095.00089.01801.01012.10449.997108.995.0232==××××−×××=−水流速度h m v v a 67.12==,校核：15.1367.196.21==a b v v 99.178.0556.1==AB BCABBC v v a b >，故设计满足要求。
图5三相分离器设计计算草图3.5.5排泥系统设计每日产泥量为X ∆=3735×0.85×0.1×3400×10－3=1079㎏MLSS/d则每个UASB 每日产泥量为W=1097/4=269.75㎏MLSS/d可用200mm 的排泥管，每天排泥一次。
3.5.6产气量计算每日产气量G=3726×0.85×0.5×3400×10－3=5397m 3/d=224.9m 3/h储气柜容积一般按照日产气量的25%～40%设计，大型的消化系统取高值，小型的取低值，本设计取38%。
储气柜的压力一般为2～3KPa ，不宜太大。
3.5.7加热系统设进水温度为15°C ，反应器的设计温度为25°C 。
那么所需要的热量：Q H =d F .γF .(t r －t).q v /ηQ H －加热废水需要的热量，KJ/h ；d F －废水的相对密度，按1计算；γF －废水的比热容，kJ/(kg.K)；q v －废水的流量，m 3/ht r－反应器内的温度，°Ct－废水加热前的温度，°Cη－热效率，可取为0.85所以Q H=4.2×1×(25－15)×141.67/0.85=7000KJ/h每天沼气的产量为5397m3，其主要成分是甲烷，沼气的平均热值为22.7KJ/L每小时的甲烷总热量为：（5397/24）×22.7×103=5.1×106KJ/h，因此足够加热废水所需要的热量。