【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)酵產(chǎn)生的 4CH 質工業(yè)大學學士學位論文 17 量為： k gC O Dk gC HkgOHCkgCO D kgOHCkgCH / 18048)()( )()( 46126 61264 ?? （ 2— 8） 即 1kgCOD 去除可產(chǎn)生 4CH ，在標準狀況下（ C?0 ， ）其體積為： ?? ， 同樣， 1kgCOD 完全厭氧發(fā)酵可產(chǎn)生 350L 2CO 。 通過上述理論計算， 1kgCOD 完全厭氧消化在標準狀況下可得到沼氣（ 4CH 和2CO ） 3[24]。而實際上消耗每千克 COD 只有 ～ 米 3沼氣產(chǎn)生 [27],本設計中取 米 3。 據(jù)研究表明， IC反應器處理高濃度廢水時 COD 去除率約為 80％ 。 則每升廢液去除的 COD 為 20200mg/L?80％＝ 16000mg/L 每座反應器每天處理廢水 500m3，則每天去除 COD 為 : 500 310? L?16000mg/L=? 910 mg, 確定沼氣管直徑時管內(nèi)的氣流速度最大為 8m/s,平均為 5m/s【 2】 .那么反應器內(nèi)每日所產(chǎn)沼氣的量為： Q 沼氣 = %680 ??? PQS =500m3 20kgCOD/m3 =4000m3 (29) 式中 S0進水 COD 或 BOD5濃度， kgCOD/m3； Q 廢水流量， m3； P厭氧條件下完全降解 1gCOD 產(chǎn)生的沼氣量， m3/kgCOD； Q 沼氣 消化器中每天產(chǎn)生的沼氣的量， m3； Q=US 沼氣管 (210) 則沼氣管的直徑 d=?uQ4=3600245 40004 ??? ??= 取整為 110mm。 排泥系統(tǒng)的設計 第二章 內(nèi)循環(huán)厭氧消化器（ IC）方案設計與計算 18 由于厭氧消化過程微生物的不斷增長，或進水不可降解懸浮固體的積累，必須在污泥床區(qū)定期排除剩余污泥，所以 IC 反應器的設計包括剩余污泥的排除設施。設置在污 泥床區(qū)池底的排泥設備，由于污泥的流動性差，必須考慮排泥均勻。所以在反應器的底部應均勻的設置幾個排泥點。每個點服務面積多大合適，尚缺乏具體資料，根據(jù)經(jīng)驗，建議每 10m2設一個排泥點。 IC反應器的底面積為 。所以在反應器的底部設計 3 個排泥點即可。 在沒有相關的動力學常數(shù)時，可根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定，一般情況下，每去除1kgCOD，可產(chǎn)生 ～ 計算 [25]， 本設計中取 。 在上面的計算中已經(jīng)知道每座反應器每天去除 COD 為 109mg 則每天產(chǎn)生 VSS 量為： QVSS＝ ?8000kgCOD/d=800kgVSS/d＝ (2— 11) 顆粒污泥的干重 ( TSS) 是揮發(fā)性懸浮物 (VSS)與灰分 (ASH) 之和。 VSS 主要由細胞和胞外有機物組成 ,通常情況下 VSS 占污泥總量的比例是 70 %－ 90%[11]，本設計中設為 80%,則產(chǎn)生的污泥量為： %80 / hkgVSS =顆粒污泥的密度約在 1030～ 1080kg/m3之間 [27]，所以本設 計中設污泥密度為1050kg/m3,則污泥的流量為： Q 污泥 ＝3/1050 / mkg hkg＝ (212) 設 5 天排一次污泥，排泥時間為 1小時，則需要污泥泵的排泥流量為 5m3/h,據(jù)此污泥流量，我們選擇型號為 ZW50－ 10－ 20 的自吸式無堵塞污泥泵， 該泵集自吸和無堵塞排污于一身，既可像一般清水自吸泵那樣不需安底閥，不需引灌水，又可抽吸含有大顆粒固體塊、長纖維的污物、沉淀物、廢礦雜質、糞便處理及一切工程污水物，完全減輕工人的勞動強度， 而且使用、移動、安裝方便、極少維修、性能穩(wěn)定。其性能參數(shù)見下表 2— 1。 表 2— 1 ZW50－ 10－ 20自吸式無堵塞污泥泵技術指標 工業(yè)大學學士學位論文 19 內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的設計 內(nèi)循環(huán)裝置的結構主要由沼氣提升管、回流管、集氣罩和氣液分離器 4個部分構成。如圖 2— 6所示 沼氣提升管的計算 (1) 提升管的直徑 反應器中提升管的直徑可以根據(jù)“沼氣產(chǎn)量”和“氣提比”計算出提升液的“流量”（ ） ,在根據(jù)“流量”和“上升流速”（ ） 計算出提升管的管徑。 由于沼氣產(chǎn)量，提升管的浸沒深度和提升高度都會對循環(huán)液 的流量，流速產(chǎn)生影響 ,因此 ,提升管的直徑應當在一定的沼氣產(chǎn)量，一定的浸沒深度和一定的提升高度這樣具體的條件下 ,根據(jù)循環(huán)液的流量和流速來加以確定。 IC 反 應 器的混合液上升流速為 【 3】 .在一定程度上改善了基質與微生物間的傳質過程。實驗發(fā)現(xiàn)，在 明顯增加 ， 造成氣體管中的液體通量明顯增大和中間回流管的流量加速，這說明通過增加進水量的方式可明顯提高反 應 器中的循環(huán)比例（一方面可改善反 應 器底部對進水 COD 負荷的承受能力，提高反 應 器的抗沖擊負荷能力；另一 方面可提高流速而強化傳質過程，避免了反 應 中可能出現(xiàn)的局部基質濃度過高現(xiàn)象確保了 反應 器能正常穩(wěn)定的進行） .據(jù)此 本設計取上升流速為 4m/h. 假設在第一反 應 室內(nèi)的 COD 去除率為 60%。在理論情況下，完全厭氧消化狀況下 1㎏ COD 可得沼氣 ，實際只有 。 本設計取 。 則 1 室 內(nèi)的沼氣產(chǎn)量為： V=500m3 20㎏ /m3 =3000m3 (213) 每 m3沼氣可提升發(fā)酵液的數(shù)量為 。即提升管內(nèi)的流量為 第二章 內(nèi)循環(huán)厭氧消化器（ IC）方案設計與計算 20 則升流管的直徑為： d=?uQ4= (2) 提升管的提升高度 在這里所定義的“提升高度”是指：提升管上端溢流口至 IC反應器發(fā)酵液液面的距離，即提升管與回流管之間的液位差（ h2） 如 圖 2— 6 所示。 h2=(Dw/Dm1)h1 (2 14) Dw水 的 容重（ kg/m3）； Dm提升管內(nèi)氣水混合液得容重（ kg/m3）； h1提升管在水內(nèi)的浸沒深度（ m）； h2水的提升高度（ m） ； 從 (214)式可以了解到 ,提升高度 (h2)與提升管內(nèi)發(fā)酵液的容重 (Dm)和提 圖 2— 6 內(nèi)循環(huán)結構示意圖 ； ； ； 4滯留液位； ； ； ；； ； 升管的浸沒深度 (h1)有關。 Dm越小 (進入提升管內(nèi)的沼氣量越多 ),或者提升管的浸沒深度 (h1)越大 ,提升高度 (h2)也越大。但在設計中 ,不能根據(jù) (1)式確定提升管的工業(yè)大學學士學位論文 21 提升高度 ,這是因為在內(nèi)循環(huán)裝置的設計中希望得到最大的循環(huán)量 ,而不是為了要將發(fā)酵液提升得很高。 如果將提升管溢流口至發(fā)酵液液面的距離 (h2)拉得很大 ,會增加發(fā)酵液在提升管內(nèi)上升時的沿程阻力 ,從而會減少循環(huán)量。而適當?shù)亟档吞嵘叨?(h2)卻可以增加發(fā)酵液的循環(huán)量。 因此只要能保證提升液在氣液分離器內(nèi)的 “ 滯留液位 ” 不會淹沒提升管的溢流口， 這 一提升高度就是適宜的。如果 “ 滯留液位 ” 超過溢流口，也會增加提升的阻力，減少循環(huán)量。 (3 )提升管的浸沒深度 提升管下端沼氣入口處 (氣咀 )至 IC 反應器發(fā)酵液液面的距離稱為提升管的“浸沒深度” (h1)。實驗觀察到 ,在氣量相同的情況下 ,隨著提升管浸沒深度的增加 ,發(fā)酵液的循環(huán) 量增加。如果采用“氣提比”這樣一個參數(shù) ,即每 1m3沼氣可提升的發(fā)酵液數(shù)量 ,單位為 m3(發(fā)酵液 ).m3(沼氣 ),那么 ,隨著提升管浸沒深度的增加 ,氣提比增加。也就是說 ,隨著提升管浸沒深度的增加 ,同樣多的沼氣能提升更多的發(fā)酵液。 根據(jù) Chisti 等 [8]研究的氣升式反應器中的液體循環(huán)， Pereboom建立水力動力學模型描述 IC 反應器中液體循環(huán)。上升管中的氣持率 （ 可通過上升管中氣體 (Ugr)和液體 (Ulr)表面上升流速間的經(jīng)驗關系表達式估算 : gr? = )(lrgrgr uuu ?? (2— 15) 當氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別在 m/s 一 m/s、 。的范圍內(nèi)時，這個關系式在 IC 反應器的提升管內(nèi)得到很好的 證實 [9]。 Chisti 等 [9]根據(jù)能量守衡得出 r 升管中的液體表面上升流速 (U lr) , Pereboom結合IC 反應器實際情況對 Ulr 進行了修正，結果見下式 ulr= 222]])1( 1[][])1([)([2[gddrBgrTgdgrDAAKKhhg?????????? (2— 16) 式中： hD氣液擴散高度， m。 ?h提升管和下降管中的液體高度差 ,m: KB/T底部和頂部阻力損失系數(shù)； 第二章 內(nèi)循環(huán)厭氧消化器（ IC）方案設計與計算 22 Ar/d上升管和下降管的橫截面積， m2。 g重力加速度； 根據(jù)有關文獻可以得知 （ 27） ，底部和頂部的阻力損失系數(shù)分別為 、。 根據(jù)（ 1）和 可以計算出上升 管和下降管的橫截面積 Ar=? R 上升管 2/4＝。Ad=? R下降管 2/4=（ 2）圖所示提升管和下降管中的液體高度差 ? h和氣液擴散高度 hD相等。 假設升流管中的氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別為 3m/s、 2m/s.則由 (2— 15)可求出 ? gr=)23( 3 ??＝ 假 設下降管中的氣體表面上升流速和液體表面上升流速分別為 、 1m/s.則由 (2— 15)可求出 gd? ＝)( ??＝ 把已知條件代入 ()得： Ulr=])( 1[] [])( [][222 ??????? Dh (2— 17) 由 (2— 17)可求出 hD( h? ): hD= 由公式 (2 17)整理可得：12hh ＝ Dw/Dm1 (2— 18) 在升流管中氣體所占得比重和液體差不多，假設 Dm為 600kg/m3,已知水得容重（ Dw）為 1000kg/m3代入 (218)可得： 12hh ＝ 32 式 (218)中得 提升管的浸沒深度 （ h2）由上式可知 h1=3h2/2= 要所以提升管的高度 H 為： H=h1+h2=+=10m 工業(yè)大學學士學位論文 23 (4)提升管的氣咀 沼氣從集氣罩進入提升管的入口處稱為“氣咀”。通過實驗 〔 4〕 觀察到 :咀不宜設 在提升管的最下端 。氣咀的設計應該合理 ,否則會給內(nèi)循環(huán)造成一定的影響。 所以本設計中的 氣咀 也應該遵循上述的要求，設計在略高于提升管的最下端由多個小孔組成。采用的材料為塑料物質制品。 氣咀 的直徑應該與提升管的直徑相同為 。這樣才能氣咀與提升關緊密結合使提升管內(nèi)不會進入污泥。從而保障了內(nèi)循環(huán)的持續(xù)運行。 回流管的設計 回流管的直徑不應小于提升管的直徑 ,以保證回流的暢通?；亓鞴苤睆竭^小 ,會提高氣液分離器中的滯留液位 ,滯留液位淹沒提升管的溢流口時 ,會給提升造成 一定的阻力。 根據(jù)上述所述本設計的回流管的直徑 也 應該大于 。 本設計 取 。 回流的長度應該比提升管大的多，如圖所示，在設計回流管長度時考慮到為了使回流發(fā)酵液達到反應器的底部，回流管的底部應該距離反應器的底部由一小短距離，這段距離不應該很大 23m 即可。過低可能會引起回流管的堵塞，過高則起不到攪拌反應器底部污泥的作用。所以本設計根據(jù)上述因素取回流管的長度為 15m。 IC 反應器內(nèi)部結構的設計 第一反應室的設計 第一反應室是廢水處理的主要區(qū)間，進去的廢水能夠在第一反應室中得到 很高程度的處理，沒有處理的顆粒已經(jīng)很少。 (1) 第一反應室的高度計算 由論文要求可以知道每天進入反應器的廢水量為 500m3,由此可以求出廢水在反應器中的高度 H V 廢水 =? R2H （ 219） 第二章 內(nèi)循環(huán)厭氧消化器（ IC）方案設計與計算 24 H=24RV?廢水= 5004 ?? ??=17m 由 （ 3）可知第一反應室的高度 H 一室 為 : H 一室 =H－ h1=17－ = (2) 第一反應室中氣封的設計 第一反應室中的氣封應該設計在一個合理的位置，我們應該考慮到要與集氣罩聯(lián)系起來設計氣封。設置氣封的目的就是為了使在第一反應室中產(chǎn)生的沼氣能夠全部的由集氣罩收集從提升管中排到上部的氣液分離器。阻止產(chǎn)生的沼氣逸出集氣罩。所以氣封應該設計成比集氣罩的外圈 小 一點的范圍之內(nèi)。這樣在第一反應室中產(chǎn)生的沼氣就會全部的由提升管排出。 第一反映室中的氣封高度應該與一級三相分離器的高度、第一反映室的高度有關。為了使氣封能夠更好的起到阻氣的作用， 氣封的水平距離設計為 。夾角為 90。 。 高度設計在距離反應器 9m 的位置。 本設