UASB反应器设计说明1）设计作用UASB反应器是进行废水处理的主要构筑物之一，对高浓度的废水进行厌氧发酵，去除大部分的有机污染物。

（2）设计参数选用设计资料参数如下：①参数选取：容积负荷（Nv）为：6kgCOD/(m3·d) ；污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD ；产气率为：0.5m3/kgCOD 。

②设计水质：UASB反应器进出水水质指标如表3-4：表2-1UASB反应器进出水水质指标水质指标进水水质(mg/l)去除率（%）出水水质(mg/l)COD257285385.8BOD 110985166.35SS1506060③设计水量：Q = 1200m3/d = 50m3/h = 0.0139m3/s（3）工作原理UASB，即上流式厌氧污泥床反应器，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，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沿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。

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[7]。

（4）设计计算①反应器容积计算：UASB有效容积为：V 有效 =()V0N S Q e S -⋅ (3.6)式中：V 有效 ———— 反应器有效容积，m 3；S 0、S e ———— 进出水COD 的浓度,kgCOD/m 3； Q ———— 设计流量，m 3/d ； N v ———— 容积负荷,kgCOD/(m 3·d)。

V 有效 =()6385.0572.21200-⨯= 437.24m 3采用2座相同的UASB 反应器, 则每座反应器的有效容积为：437.24/2 = 218.62m 3。

根据经验，UASB 最经济的高度一般在3～6m 之间，并且大多数情况下，这也是系统最优的运行范围。

取有效水深h = 6m , 则：36.44662.218==‘A m 2 采用公壁建造矩形池比圆形池较经济。

有关资料显示，当长宽比在2：1左右时，基建投资最省。

取长L = 8m ，宽B = 5m ，则实际横截面积为：A 1 = L×B = 8×5 = 40m 2实际总横截面积为：A = 40×2 = 80m 2本工程设计中反应器总高取H = 6.2m(超高h 1=0.2m)，则单个反应池的容积为： V = L×B×H = 8×5×6 = 240m 3 反应池的总容积为V 总 = 240×2 = 480m 3。

水力停留时间为： 7448.850437.24===Q V t HRT h ≈ 9h (3.7) 表面水力负荷为:402501==A Q q = 0.625m 3/( m 2·h) (3.8) 对于颗粒污泥，表面水力负荷q = 0.1-0.9m 3/( m 2·h)，故符合设计要求。

②三相分离器设计：三相分离器设计计算草图见图3-2：图4-1三相分离器示意图a.设计说明：三相分离器要具有气、液、固三相分离、污泥回流的功能。

三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。

本工程设计中，每池设置1个三相分离器，三相分离器的长度为l=6m ，宽度为：b = 8m 。

b.沉淀区的设计：三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。

由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：①沉淀区水力表面负荷 < 1.0 m/h ；②沉淀器斜壁角度在45°-60°之间，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内； ③进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速≤ 2 m/h ； ④总沉淀水深应大于1.5 m ； ⑤水力停留时间介于1.5～2 h 。

如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。

沉淀区（集气罩）斜壁倾角θ＝50°。

沉淀区的沉淀面积即为反应器的横截面积，即40m 2。

沉淀区的表面水力负荷为：q = 1A Q= 40250 = 0.625m 3/( m 2·h)< 1.0m 3/( m 2·h) ，符合设计要求。

c.回流缝设计：设单元三相分离器的宽度b = 8m ，上下三角形集气室斜面水平夹角为θ＝50°；取保护水h 3C 0b 1B A50DI Hh 1h 5h 2b 2h 4F b 1E层高度（即超高）h 1 = 0.3m ，上三角形顶水深h 2 = 0.5m ，下三角形高度h 3 = 1.5m ，则下三角形集气室底部宽为：θtan 31h b =式中：b 1————下三角集气室底水平宽度，m ； θ ————上下三角集气室斜面的水平夹角； h 3————下三角集气室的垂直高度，m 。

26.150tan .511=︒=b m 则相邻两个下三角形集气室之间的水平距离：b 2 = b–2b 1 = 8–2×1.26 = 5.48m则下三角形回流缝的面积为：S 1 = b 2·l·n = 5.48×5 = 27.4m 2下三角集气室之间的污泥回流逢中混合液的上升流速(V 1)可用下式计算： V 1 = Q 1/S 1式中：Q 1———— 反应器中废水流量，m 3/h ； S 1———— 下三角形集气室回流逢面积，m 2。

V 1 =27.4250= 0.91m/h 设上三角形集气室回流缝的宽度CD = 1.4m ，则上三角形回流缝面积为： S 2 = CD·l·2 = 1.4×5×2 = 14m 2上下三角形集气室之间回流逢中流速(V 2)可用下式计算： V 2 = Q 1/S 2 式中：Q 1 ———— 反应器中废水流量，m 3/h ；S 2 ———— 上三角形集气室回流逢的之间面积，m 2。

V 2 =14250 = 1.79m/h 则V 1 < V 2 < 2.0 m/h ，符合设计要求。

确定上下三角形集气室的相对位置及尺寸，由图可知： CH=CD×sin40°=1.4×sin40°＝0.9m 设上集气罩下底宽CF=5.6m ，则：DH=CD×sin50°=1.4×sin50°＝1.07m DE=2DH+CF=2×1.07+5.6=7.74m DI=12(DE -b 2)=12(7.74-5.48)=1.58m AI=DItan50°=1.58×tan50°=1.33m 故 h 4=CH+AI=0.9+1.33=2.23m 。

取h 5=0.7m ，由上述尺寸可计算出上集气罩上底宽为：CF -2h 5·tan40°=5.6-2×0.7×tan40°=4.43m BC=CD/sin40°=1.4/sin40°=2.18m AD=DI/cos50°=1.58/cos50°=2.46m BD=DH/cos50°=1.07/cos50°=1.66m AB=AD -BD=2.46-1.66=0.8m d.气液分离设计：取d = 0.01cm(气泡)，T = 200С，水的密度ρ1 = 1.03g/cm 3，空气的密度ρg = 1.2×10-3g/cm 3，水的运动粘度ν = 0.0101cm 2/s ，碰撞系数ρ = 0.95 ，水的粘度μ=νρ1 = 0.0101×1.03 = 0.0104g/cm·s 。

一般废水的粘度μ废水﹥净水的粘度μ净水，故取μ= 0.02g/cm·s 。

由斯托克斯公式可得气体上升速度为：V b =()2118d gg ρρμρ- (3.9)=()2301.0102.103.102.01881.995.0⨯⨯-⨯⨯-= 0.266cm/s= 9.58m/h取V a = V 2 = 1.79m/h ，则：35.585.158.9b ==a V V ，3.728.08.12==AB BCb a V V > BCAB,故满足设计要求。

e.三相分离器与UASB 的高度设计：三相分离器总高度：h = h 2 + h 4+h 5=0.5+2.23+0.7=3.43m≈3.4mUASB 的总高H = 6.2m(超高h 1=0.2m)，沉淀区高3.4m ，反应区高2.6m ，其中污泥区高1.6m ，悬浮区高1m 。

③进水系统设计： a.布水点的设置：进水方式的选择应根据进水浓度及进水流量来定，本设计采用连续均匀的进水方式，一管多点的布水方式。

一共设置32个出水孔，每个反应池各16个出水孔。

所取容积负荷为6kgCOD/(m 3·d)，据资料，每个点的布水负荷面积大于2m 2。

每个布水点的负荷面积为：40/12 = 3.3m 2 ＞2m 2，满足设计要求。

b. 布水管的设置：每个反应池采用树枝穿孔管配水，每个反应池中设置4根支管，布水支管的直径采用DN100mm 。

布水支管的中心距为2m ，管与墙的距离为1m ；出水孔孔距1.2m ，出水孔距墙为0.7m 。

孔口向下并与垂线呈45°角。

两个池子的总管管径取DN200mm ，流速为1.5m/s ；每个池子的总管管径取DN150mm ，长L=10m ，流速为1.35 m/s 。

为了使穿孔管隔空出水均匀，要求出口流速不小于2m/s ，取其流速为u = 2m/s ，则布水孔孔径为：u n Qd π36004==214.32436002504⨯⨯⨯⨯= 0.0135m ，取15mm 。