红星淀粉厂废水处理工程设计本科论文.doc

西安工业大学毕业设计

本科毕业设计(论文)

题目：红星淀粉厂废水处理工程设计

3

摘要
在我国主要的工业污水排放中，高浓度有机废水占据了很大比例[1]。而在排放高浓度有机废水中的行业中，淀粉工业产生的废水是其中的大户；淀粉工业废水具有有机物含量高，可生化性好的特点，其COD含量一般在在2000～20000mg/l之间。本设计所处理的某淀粉厂废水水质为：COD：6800-8000mg/L，BOD5：2700-3500mg/L ，SS：1800-3000mg/L ，PH:4—6；出水要求达到《污水综合排放标准》GB8978-1996一级现有标准要求，即COD<200(mg/L) BOD5<80(mg/L) SS<250(mg/L) pH 6～9;达到去除率 COD 97.5%，BOD 97.7%,SS 91.7%。
本设计对该淀粉厂产生的高浓度有机废水的处理工艺进行了详细分析与对比。在废水从工厂排出后，经格栅过滤，泵房提升后，进入调节沉淀池调节水质水量，再由厌氧工艺UASB处理，通过平流式沉淀池和好氧工艺SBR，最后排出；如此经厌氧和好氧两级处理，工厂排出污水达到国家规定排放标准。本设计厌氧段选取了UASB工艺，好氧段选取SBR工艺，这俩种工艺具有规模小，处理效率高，非常适合工厂废水处理要求等优点，UASB工艺在除去废水中污染物的同时，厌氧菌分解有机物的同时产生沼气，可以解决工厂的一部分能源需求，环保经济性俱佳。
本设计选用工艺具有处理效率高、占地少、经济实用、技术成熟可靠的优点：其运行自动化程度高，节省人力，处理能力稳定，适合于流量较小的工业废水处理。其经济社会效益显著。
关键词：淀粉工业;废水;UASB; SBR; COD; BOD

II

VII

Abstract
This design is about the starch industry wastewater treatment; in China's major industrial discharges, the high concentration organic wastewater accounted for a large proportion. In the discharge of high concentration organic wastewater industry, starch industry wastewater generated is one of the big; starch industry wastewater with high organic content, and good biodegradability, the COD content is generally at 2000 ~ 20000mg / l between . The design process of a starch factory wastewater its main components: COD：6800-8000mg/L，BOD5：2700-3500mg/L ，SS：1800-3000mg/L ，PH:4—6; effluent can meet the national standard GB8978-1996, namely COD<60(mg/L)< BOD5<60(mg/L) SS<20(mg/L)< pH 6～9; Removal of COD 99%, BOD 99%, SS 99%.
This paper, the starch factory produces a high concentration organic wastewater treatment process is analyzed in detail and contrast. In the wastewater discharged from the factory, after grid filter, pump increased, the sedimentation tank into the regulator regulate water quality and quantity, and then by the anaerobic process UASB processed through radial flow sedimentation tanks and aerobic process SBR, final discharge; so by tired of aerobic two treatment meet the national emission standards. The selected design anaerobic UASB process, a good kind of small segments selected SBR process, maybe kind of process has the small-scale, high treatment efficiency, ideal for wastewater treatment plants, etc., UASB process in removing pollutants in wastewater at the same time, anaerobic decomposition of organic matter while producing biogas plant can be resolved as part of energy demand, environmental economics and taste. The design uses technology capable of handling high efficiency, small footprint, economical and practical, mature and reliable technology advantages: it runs a high degree of automation, saving manpower, processing power and stability, suitable for smaller flow of industrial wastewater treatment. It has remarkable economic and social benefits.
Keywords: Starch Industry; Wastewater; UASB; SBR; BOD; COD

目录
摘要 III
Abstract II
目录 III
第一章 绪论 1
1.1设计背景 1
1.2设计条件 1
1.3.1设计水量的确定 2
1.3.2污水水质及处理程度 2
表1.2 该淀粉厂的污水水质 2
1.3.3污水处理工艺方案对比 3
1.3.4污水处理工艺选择 4
1.3.5 项目污水处理工艺流程与达到目标 6
第二章 格栅的设计说明与计算 8
2.1 格栅的设计说明 8
2.2设计计算 8
第三章 调节池沉淀设计说明与计算 10
3.1调节沉淀池设计说明 10
3.2 设计计算 10
第四章 UASB设计说明与计算 12
4.1 UASB设计说明 12
4.2 UASB反应器工艺构造设计计算 13
4.2.1 反应器容积计算 13
4.2.2配水系统设计 14
4.2.3三相分离器工艺构造设计 15
4.2.4 出水渠设计计算 18
4.2.5 UASB排水管设计计算 20
4.2.6 排泥管的设计计算 20
4.2.7 沼气管路系统设计计算 21
4.2.8 UASB的其他设计 23
第五章 平流式沉淀池的设计说明与计算 25
5.1沉淀池设计说明 25
5.2设计参数 25
5.3沉淀池设计计算 26
5.3.1沉淀池主要尺寸 26
第六章 SBR反应池的设计说明与计算 31
6.1 SBR反应池设计说明 31
6.1.1序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor）设计介绍 31
6.1.2 SBR设计参数 32
6.2 SBR反应器设计计算 32
6.2.1 SBR反应器尺寸计算 32
6.2.2 SBR运行水位 33
6.3 排水口高度和排水管管径 34
6.3.1排水口高度 34
6.3.2 排水管管径 34
6.4 排泥量及排泥系统 34
6.4.1 SBR产泥量 34
6.4.2 排泥系统 35
6.5 需氧量及曝气系统设计计算 35
6.5.1需氧量计算 35
6.5.2供氧量计算 36
6.5.3 空气管计算 37
第七章 鼓风机房设计 39
7.1 供风量 39
7.2 供风风压 39
7.3 鼓风机的选择 39
7.4 鼓风机房布置 40
第八章 污泥处理系统的设计说明计算 41
8.1污泥处理系统说明 41
8.2 污泥处理方式 41
8.3 集泥池容积计算 41
8.4 集泥池排泥泵 42
第九章 污泥浓缩池设计计算 43
9.1 设计说明 43
9.2 容积计算 43
9.3 工艺构造尺寸 43
9.4 排水和排泥 44
第十章 污泥脱水系统设计 45
10.1 贮泥池设计 45
10.2 污泥脱水机房设计 45
第十一章 泵房设计说明与计算 47
11.1 设计说明 47
11.2 集水池计算 47
11.3 污水泵计算 47
第十二章 平面与高程设计说明与计算 50
12 .1构筑物和建筑物主要设计参数 50
12.2 污水处理站平面布置 51
12.2.1 布置原则 51
12.2.2 管线设计 52
12.2.3 平面布置特点 52
12.3 污水处理站高程布置 53
12.3.1布置原则： 53
12.3.2 污水高程水力计算说明 53
12.3.3 各部分水力损失计算 54
12.3.4 污水处理高程布置 55
12.4污泥处理水头损失计算及高程布置 57
12.4.1设计参数 57
12.4.2污泥处理构筑物的高程计算与布置 59
第十三章 废水处理厂建设概预算及运行成本 61
13.1 废水厂建设预算 61
13.2 人员及运行费用 62
13.2.1 人员编制： 62
13.2.2 运行费用 62
结论 63
参考文献 64
致 谢 65
毕业设计（论文）知识产权声明 66
毕业设计（论文）独创性声明 67
附录…………………………………...………………………………………………………68

第一章 绪论

1.1设计背景

我国淀粉行业发展迅速，排放生产废水时造成了严重的环境污染。淀粉厂生产中排出的废水有机污染物浓度很高，未经处理排入江河将严重污染水体，这些废水中主要含有溶解性淀粉、少量蛋白质、有机酸、尘土、矿物质及少量的油脂，易腐败发酵，使水质发黑发臭，排入江河会消耗水中的溶解氧，促进藻类及水生植物繁殖，量大时河流严重缺氧，发生厌氧腐败，散发恶臭，鱼、虾、贝类等水生动物可能会因此而窒息死亡。给工农业生产、居民生活及水产养殖业等造成严重威胁。红星淀粉厂生产淀粉及副产品的过程中，在离心分离、沉淀、板框压滤等过程会产生大量高浓度的黄浆水，另外在浸泡、破碎、细磨等过程亦会产生大量废水。若这些废水直接外排就会严重污染环境，国家规定只有达标废水才能才能够出厂、排放。
1.2设计条件

（1）本工艺设计水量：污水流量：平均流量1500m3/d，最大时流量 190m3/h
（2）原水成分及含量
表1.1废水各组分值
COD
BOD
SS
PH
8000mg/L
3500mg/L
3000mg/L
4～6
（3）水文地质资料
1、厂区年平均温度13.50C，年极端最高气温34至39℃；极端最低气温-8至-2℃；年平均降水768mm，最大冻土深度36cm，最大积雪深度15cm.2、地质地震：该厂区为温陷性黄土地区，地震烈度9度。3、处理厂场地：废水处理站的空地地势平坦，地下水位-4.96m，厂区平均海拔高程950m. 废水通过厂区排水管网收集，入废水处理站管底标高为946m：经处理后的水直接排放至城市排水管网，城市排水管网管底标高为941m。
1.3淀粉厂废水处理可行性分析
淀粉厂一般以玉米为原料生产淀粉，原料玉米经高温浸泡，然后破碎，再进行胚芽分离、细磨和离心分离，可以得到玉米皮浆、黄浆水和淀粉乳。黄浆水送至贮存沉淀池，未沉淀黄浆水作为废水排放，沉淀下来的黄浆水由泵打入板框压滤机中脱水，产生黄浆水（排放）和湿黄蛋粉（作精饲料）。玉米皮浆送入卧式离心分离机，滤出物生产上烘干得到粗渣（去做粗饲料），同时滤出液作为黄浆水排放。
这一系列淀粉及副产品生产过程中，在离心分离、沉淀、板框压滤等过程会产生大量高浓度的黄浆水，另在浸泡、破碎、细磨等过程亦生产出大量废水。黄浆水的CODCr浓度高达8000~10000mg/L，直接外排会严重污染环境。若采用厌氧发酵工艺处理，可生产出沼气，变废为宝。因排出口废水的CODCr、BOD5、SS等指标大大超过国家的排放标准，为保护环境，该淀粉厂拟建废水处理站来处理包括黄浆水在内的生产废水。
1.3.1设计水量的确定
根据该厂的生产规模可确定污水水量为：日处理淀粉废水1500吨,每小时最大量190吨
1.3.2污水水质及处理程度
表1.2 该淀粉厂的污水水质
项目
pH值
CODCr
BOD5
SS
水质
4.0~6.0
6800-8000mg/L
2700-3500mg/L
1800-3000mg/L
根据设计要求，废水处理站投入运行后，外排废水应达到国家标准执行《污水综合排放标准》GB8978-1996一级现有标准，即表1.3：
表1.3《污水综合排放标准》
项目
pH值
COD
BOD
SS
水质
6.0~9.0
60mg/L
20mg/L
20mg/L
根据设计进、出水水质，确定本工艺处理程度，见下表
表1.4污水处理程度表
项目
水质
BOD5
SS
CODCr
pH
进水（mg/l）
2700-3500
1800-3000
6800-8000
4~6
出水（mg/l）
20
20
60
6~9
处理程度（%）
99
99
99
/
1.3.3污水处理工艺方案对比
根据我国现行《室外排水设计规范》(GBJl4—87)，污水处理厂的处理效率见下表。
表1.5污水处理厂的处理效率表
处理级别
处理方法
主要工艺
处理效率(%)
SS
BOD5
一级
沉淀法
沉淀
40—50
20—30
二级
生物膜法
初次沉淀、生物膜法、二次沉淀
60—90
65—90
活性污泥法
初次沉淀、曝气、二次沉淀
70—95
65—95
从上表可见，二级活性污泥法的处理效率最高。但活性污泥法有多种运行方式，现将各种运行方法做一比较，见下表[3]。
表1.6活性污泥法工艺比较
方法
优点 缺点 适用
传统活性污泥法
BOD去除率高达90-95%
工作稳定
构造简单
维护方便
占地大投资高
产泥多且稳定性差
抗冲击能力较差
运行费用较高
出水要求高的大中型污水厂
吸附再生活性污泥法
构造简单维护方便
具有抗冲击负荷能力
运行费用较低
BOD去除率80-90%
剩余污泥量大且稳定性较差
悬浮性有机物含量高的大中型污水厂
完全混合活性污泥法
抗冲击负荷能力强
运行费用较低
占地不多投资省
BOD去除率80-90%
构造较复杂
污泥易膨胀
设备维修工作量大
污水浓度高的中小型污水厂
氧化沟法
BOD去除率95%以上
有较高脱氮效果
系统简单管理方便
产泥少且稳定性好
曝气池占地多投资高
运行费用较高
悬浮性BOD低有脱氮要求的中小型污水厂
间歇式活性污泥法
无须设置调节池
SVI值较低，污泥易于沉淀不产生污泥膨胀现象
可以进行脱氮和除磷
运行操作比较烦琐
曝气装置容易堵塞
高浓度可生化有机废水的污水厂

1.3.4污水处理工艺选择
在淀粉生产中，来自于玉米浸泡、剥离、离心分离、黄浆水沉淀与压滤，玉米皮浆的离心分离过程的生产废水，会有淀粉、糖类、有机酸等溶解性有机物质，含有蛋黄粉、玉米芯、玉米皮等不溶性细小颗粒有机物，另外还含有泥砂等无机物。其中主要以有机物为主，并不含有害物质，具有较好的可生化性，属高浓度可生化有机废水。
由于进水水质和处理去除率均很高（表1-1），应采用厌氧-好氧的处理路线，废水首先通过厌氧处理装置，大大降低进水有机负荷，获得可利用的能源——沼气，并使出水达到好氧处理可接受的浓度，再进行好氧处理后达标排放。
(1)废水的厌氧处理
近年来，厌氧处理技术得到很快发展，常用的先进技术有厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床和厌氧过滤器。
厌氧接触法属于传统厌氧消化技术的发展，它采用完全混合式消化反应器，适合于处理含悬浮固体很高的废水，预处理要求低，但需要设置池内完全混合搅拌设备，池外还要设消化液沉淀池。
厌氧过滤器采用附着型厌氧生物处理技术，在反应器内充填一定填料，使生物污泥附着在填料上生长，不易随出水流失，且填料对于改善水流均匀性有益，并起到一定过滤截流作用。但反应器内填料易发生堵塞现象，因此不适合处理有机物浓度过高的废水，且要求进水SS浓度应较低，故不采用。
上流式厌氧污泥床（UASB）属采用滞留型厌氧生物处理技术，在底部有污泥床，依据进水与污泥的高效接触提供高的去除率，依靠顶部的三相分离器，进行气、液、固分离，能使污泥维持在污泥床内而很少流失。因而生物污泥停留时间长，处理效率高，适合于处理生化降解[4]，以及COD和SS浓度均较高的废水（一般要求进水SS不大于4000mg/L）。本次设计使出厂水质达到《污水综合排放标准》GB8978-1996一级现有标准要求。具体指标为COD<60(mg/L)< BOD5<20(mg/L) SS<20(mg/L)< pH 6～9，而进水水质指标为PH:4—6，BOD5：2700-3500mg/L，COD：6800-800mg/L，SS：1800-3000mg/L。UASB法更适合处理此类污水。所以本工程废水厌氧处理装置采用UASB。
(2)废水的好氧处理
有机废水经厌氧处理，出水的BOD5/COD会降低，出水可生化性较原污水差。采用一般好氧生物处理方法，处理厌氧处理出水，其COD去除率约只有60%，而处理同等浓度的原有机废水，COD去除率可达80%。
尽管采用膜分离法处理效果可能会稍好，但难以适应BOD大于250mg/L的污水浓度。近年来开发了一些处理此类废水的工艺技术，如A-B法活性污泥工艺、氧化沟活性污泥法、SBR法都可用于处理厌氧处理出水[5]。
A-B法活性污泥工艺、氧化沟活性污泥法、SBR法三个方法中，SBR法具有特别显著的特点：首先由于采用间歇运行，运行周期每一阶段有适应基质特征的优势菌群存在；污泥不断内循环，排泥量少，生物固体平均停留时间长；沉淀和排水时水流处于静止状态，故处理效率高于一般的活性污泥法。其次由于进水、曝气、沉淀、排水等工序在一个池内进行，省去了沉淀池和污泥回流设施，故而其工程投资和占地面积均小于一般活性污泥法。所以本工程好氧处理采用SBR法工艺。

1.3.5 项目污水处理工艺流程与达到目标
该淀粉厂生产废水处理工艺流程如图所示。
进水→格栅→集水池→提升泵房→调节池→UASB反应器→沉淀池→SBR反应池→出水
对该处理工艺流程作以下说明。
①废水通过格栅截留大颗粒有机物和漂浮物，由于截污量较小，采用人工清渣方式。
②污水提升泵房，设置集水井，污水泵放置于泵房，污水泵配套引水筒。
③调节沉淀池在调节水量的同时，去除一部分格栅无法截留的悬浮颗粒有机物，如玉米碎粒、玉米皮、泥砂等。该池采用半地下式结构，便于沉淀物的排除。同时，调节进水的PH值、色度到符合后续工艺处理要求。
④UASB为主要的生化处理装置，全钢结构，半地下式，考虑保温。沼气部分，设计水封罐、气水分离器。
⑤沉淀池，要改变厌氧出水的溶解氧含量，沉淀去除UASB出水带来的悬浮污泥。该池为半地下式，钢筋混凝土结构。
⑥SBR池为半地下式，钢筋混凝土结构，运行中采用自动控制。处理出水直接排入自然水体。
⑦淀粉废水各级处理效果如下表：
表1.7淀粉废水各级处理效果表
项目
进水浓度（mg/L）
出水浓度（mg/L）
相对去除率（%）
调节沉淀池
COD
8000
6000
25.0
BOD5
3500
3150
10.0
SS
3000
1800
40.0
UASB
COD
6000
600
90.0
BOD5
3150
378
88.0
SS
1800
900
50.0
平流式沉淀池
COD
600
480
20.0
BOD5
378
340.2
10.0
SS
900
360
60.0
SBR
COD
480
48
90.0
BOD5
340.2
13.2
96.1
SS
360
18
95.0

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第二章 格栅的设计说明与计算

2.1 格栅的设计说明
格栅主要是拦截废水中的较大颗粒和漂浮物，以确保后续处理的顺利进行。
该厂污水处理站仅处理淀粉厂生产废水，较大漂浮物与较大颗粒少，格栅拦截的污染物不多，故选用人工清渣方式。
栅条选圆钢，栅条宽度S=0.01m，栅条间隙e=0.02m。格栅安装倾角α=60°，便于除渣操作。
2.2设计计算
设计污水量Qmax=190m3/h=0.052m3/s
污水沟断面尺寸为300mm×450mm
设栅前水深h=0.3m，过栅流速v=0.6m/s
栅条间隙数
n = (Q*√sin 60°)/（e*h*v）=12.51，取13
栅槽宽度
B′=S(n-1)+en=0.01×(13-1)+0.02×13=0.38(m)
设置2个这样的格栅，一备用；2格栅间隔0.3m.
栅槽实取宽度B=0.38m，栅条13根。
圆形栅条阻力系数

过栅水头损失
h1=（0.71*0.6*0.6*sin60°*3）/（2*9.81）=0.034m
取h1=0.05m
栅前槽高H1=h+h2=0.3+0.3=0.6m （h2为超高）
栅后槽总高度H=0.6+ h1=0.65m
进水渐宽长L1=（0.38-0.3）/2*tan20°=0.11m
格栅总长度
L=L1+L2+0.5+1+H1/tan60°=0.11+0.055+0.5+1+0.6/1.732=2.01m
每日栅渣量 W=0.052*0.1*86400/1000=0.45m³/d
计算结果：格栅总长度2.01m 栅槽宽度: 0.38 m
栅后槽总高度 0.65m 水头损失：0.05m

第三章 调节池沉淀设计说明与计算

3.1调节沉淀池设计说明
在淀粉生产过程中产生的生产废水含有淀粉、糖类、蛋白质、有机酸等溶解性有机物质，小颗粒淀粉、纤维等不溶性细小颗粒有机物及泥砂等无机物。为了减轻后续处理构筑物的处理负荷，保护后续处理设施，于泵房后设调节沉淀池，去除掉废水中较易沉淀的悬浮物、泥沙。
根据生产废水排放规律，后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，调节池停留时间取8.0h。调节池加一定的混凝药剂，以便对污水中的SS进行初步沉淀。该池将PH调节至6-9,以便后续工艺对废水的进一步处理。该池调节废水色度。该池污泥重力排入集泥池，由于调节沉淀池内安装工艺设备或管道极少，考虑土建结构可靠性高时故障少，只设一个调节池。
表3.1调节沉淀池设计水质
序号
项目
COD
BOD
SS
1
进水mg/L
8000
3500
3000
2
出水mg/L
6000
3150
1800
3
去除率
25%
10%
40%
3.2 设计计算
调节池调节周期T=8.0h
调节池应有容积V=TQH=8×190=1520m3
调节池有效水深h有效=4m
调节池水力停留时间：8h
调节池规格25m×15.2m×4m，
调节池设污泥斗，泥斗的上口面积6m×6m，下口面积0.6m×0.6m，泥斗倾角45，泥斗高2.7m。
泥斗容积

调节池每日沉淀污泥重为m3/d
因污泥含水率99%以上，所以设污泥密度为1t/m3;
所以调节沉淀池产湿污泥1.8m3
泥斗可存约30天污泥。
计算结果：长25m 宽15.2m
高4m 污泥量 1.8m3/d的

第四章 UASB设计说明与计算

4.1 UASB设计说明
UASB反应器是有荷兰瓦赫宁根农业大学的G·Lettinga等人在20世纪70年代研制的。80年代以后，我国开始研究UASB在工业废水处理中的应用，90年代该工艺在处理工程中被广泛采用。[6]
UASB一般包括进水配水区、反应区、三相分离区、气室等部分。UASB反应器的工艺基本出发点如下：
①为污泥絮凝提供有利的物理-化学条件，厌氧污泥即可获得并保持良好的沉淀性能；
②良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，能抵抗较强的冲击。较大的絮体具有良好的沉降性能，从而提高设备内的污泥浓度；
③通过在反应器内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入反应器。
UASB处理有机工业废水具有以下特点：
①污泥床污泥浓度高，平均污泥浓度可达20~40gVSS/L；
②有机负荷高，中温发酵时容积负荷可达8~12kgCOD/(m3·d)；
③反应器内无混合搅拌设备，无填料，维护管理较简单；
④系统较简单，不需另设沉淀池和污泥回流设施。
本工程所处理淀粉生产废水，属高浓度有机废水，生物降解性好，UASB反应器作为处理工艺的主题，拟按下列参数设计。
设计流量 190m3/h；
进水浓度 CODCr=6000mg/L
容积负荷：Nv=7.5kgCOD/(m3·d)
产气率：r=0.5 m3/COD
污泥产率：X=0.1kgmlss/kgCOD
三相分离器水力停留时间（HRT）1.5~2小时
污泥停留时间（SRT）50d

表4.1 UASB设计水质
序号
项目
COD
BOD
SS
1
进水mg/L
6000
3150
1800
2
出水mg/L
600
378
900
3
去除率
90%
88%
50%
4.2 UASB反应器工艺构造设计计算

4.2.1 反应器容积计算
UASB有效容积：V 有效=QS0/NV=4560×6/7.5=3648 m³
（其中S0是进水有机物浓度，kg COD/ m³）
将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。
HRT:HRT=V/Q=19.2h
设计为半地下形式，水深一般为4~8m。
取反应器的高度H=6m，
则其表面积A= V有效/H=3648/6=608 m²
采用4 座相同的UASB反应器（两用两备）
A1=A/4=608/4=152 m²

横断面积 A2=1/4×π×D²=1/4×3.14×196= 153.86m²
实际表面水力负荷 q1=Q/A=Q/(4 A2)=190/（4×153.86）=0.3<1.0，符合要求。
4.2.2配水系统设计
为了保证4个UASB反应器运行负荷的均匀，并减少污泥床内出现沟流短路等不利因素，设计良好的配水系统是很必要的，特别是在常温条件下运行或处理低浓度废水时，因有机物浓度低，产气量少，气体搅拌作用较差，此时对配水系统的设计要求高一些。
本系统设计为圆形布水器，每个UASB 反应器设48 个布水点。
a) 参数 每个池子流量： Q1=Q/4=190/4≈47.5m³/h.
b) 圆环直径计算：
每个孔口服务面积a=153.86 m²/48=3.2m2
a 在2~4 m2之间，符合要求。
可设3个圆环，最里面的圆环设8个孔口，中间设16 个，最外围设24个孔口。
⑴内圈8个孔口设计：
服务面积：S1=8a=8×3.2=25.6 m2
折合为服务圆的的直径为：（4×S1/π）1/2=（4×25.6/3.14）1/2=5.71m
用此直径作一虚圆，在该虚圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布8个孔口，则圆的直径计算如下：
π/4×d12=1/2×S1，
则d1=（2 S1/π）1/2=(2×25.6/3.14)1/2=4.04m
⑵中圈18个孔口设计：
服务面积：S2=18×3.2=57.6 m2
折合为服务圆直径为：[4×（S1＋S2）/π]1/2=[4×(25.6＋57.6)/3.14] 1/2 =10.29m
中间圆环的直径如下：
π/4×（10.292－d22）=1/2 S2,则d2=8.07m
⑶外圈24 个孔口设计：
服务面积：S3=24×3.2=76.8 m2
折合为服务圆直径为：[4×（S1＋S2＋S3）/π]1/2
=[4×(25.6＋51.2＋76.8)/3.14] 1/2=13.99m
则外圆环的直径d3如下：
π/4×（13.992－d32）=1/2S3,则d3=12.12m
4.2.3三相分离器工艺构造设计
(1)设计原则
反应器内最重要的部件是三相分离器，用来进行气、液、固三相的分离，因此对UASB的工艺构造设计主要就是设计三相分离器，它的设计直接影响气、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：
①沉淀器斜壁角度约为 45°，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内；
②沉淀区的表面水力负荷应在1m3/(m2·h)以下，进入沉淀区前；
③通过沉淀槽底缝隙的流速不大于2.0m/h；
④分离器（两个或多个）间的空隙表面积应是反应器截面积的15%~20%；
⑤水力停留时间介于 1.5~2h；
⑥为使气体释放及便于去除浮渣，应保持足够液气接触面积；
⑦分离气体的挡板与分离器壁重叠20cm以上，以免出流气泡进入沉淀区；
⑧出气管直径应足够大，使气室中气体较易排出。
⑨三相分离器设计须确定三相分离区数量，大小斜板尺寸、斜角和相互关系。
⑩总沉淀水深应≥1.5m；
如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。
(2)尺寸计算
沉淀器（集气罩）取斜壁倾角 θ=45°

uasb设计计算图
回流缝设计计算:
取 h1=0.5m,h2=0.5m,h3=4.0m
∴b1= h3/tgθ= h3/tg45°=4m. (b1——下三角集气罩底水平宽度)
b2=D－2b1=14－2×4=6m.
下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速
V1=Q1/S1=47.5/18.84=1.85m/h.
V1<2.0m/h，符合要求。
上下三角形集气罩之间的污泥回流缝中流速
V2可用下式计算：
V2=Q/ S2，（S2为上三角形集气罩污泥回流缝之面积）
取回流缝宽 CD=0.8m,
上集气罩下底宽 CF=8m,
DH=CD·sin45°=0.56m，
DE=10+2=12m，
S2=π（CF+DE）/2=3.14×（8+12）/2=31.4m2,
则 V2= Q1/ S2=47.5/25.66=1.85<2 m/h，符合要求。
确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，
CH=CD·sin45°=DH=0.56m，
DE=2DH+CF=2×0.56+8=12m,
AI=1/2 (DE-b2) tg45°=1/2×(12-6)=3，
h 4=CH+AI=0.56+3=3.56m，
h 5=1.2m，
由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径：CF-2 h 5·tg45°=8-2.4
=5.6m，
BC=CD/ sin45°=0.8/ sin45°=1.13m，
DI=1/2×(DE-b2)=1/2× (12-6)=3 m，
AD=DI/ cos45°=4.28m，
BD=DH/ cos45°=0.56/ cos45°=0.8m，
AB=AD-BD=4.28-0.8=3.48m.
（3）脱气条件校核
如果水是静止得，则沼气将以Up=0.9～1.0cm/s的流速上升，可以进入气室中。但由于在三相分离器中，水是变相流动，因此沼气气泡不仅获得了水的加速，而且运动发生了方向改变[7]。气泡进入气室，必须保证满足以下公式要求：
Up/v＞L2/L1
式中 Up——气泡垂直上升速度；
v——气泡实际缝隙流速；
L2——回流缝垂直长度；
L1——小斜板与大斜板重叠长度；
根据三分离器设计结果，得：

可见Up/v＞＞L2/L1，满足脱气条件要求。
4.2.4 出水渠设计计算
每个UASB反应器沿周边设一条环行出水渠，渠内侧设溢流堰，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。
（1）出水渠设计计算
环行出水渠在运行稳定，溢流堰出水均匀时，可假设为两侧支渠计算。
单个反应器流量13L/s，侧支渠流量为6.17 L/s。
根据均匀流计算公式

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。
计算得 （m3/s）
假定渠宽b=0.30m,则有
W=0.15h
X=2h+0.15
R=W/X=0.15h/(2h+0.15)
式中 h——渠中水深，m；
X——渠湿周，m。
代入
即
则有
解方程得：h=0.3(m)
可见渠宽b=0.30(m)，水深h=0.30(m)
则渠中水流流速约为
＞0.40m/s
符合明渠均匀流要求。
（2）溢流堰设计计算
每个UASB反应器处理水量13 L/s，溢流负荷为1～2 L/(m·s)。
设计溢流负荷取=1.0 L/(m·s)，则堰上水面总长为

设计90°三角堰，堰高H=40mm，堰口宽B=80mm，堰上水头h=20mm，则堰口水面宽b=40mm。
三角堰数量(个)设计取n=100(个)
出水渠总长为3.14(7-0.3)=21.05(m)
设计堰板长(80+130)×10=210(mm)，共10块，每块堰10个80mm堰口，10个间隙。
堰上水头校核：
每个堰出流率为
按90°三角堰计算公式
则堰上水头为

4.2.5 UASB排水管设计计算
单个UASB反应器排水量13 L/s，选用DN125钢管排水，v约为0.