UASB基本工艺设计算.doc

UASB工艺系统设计方法探讨

介绍：本文全方面介绍了UASB系统设计问题，介绍了厌氧预处理工艺和UASB反应器负荷设计标准和设计方法。关键介绍了混凝土结构矩形UASB反应器各个部分尺寸计算和确定标准。对UASB进水配水系统和布水方法进行了具体介绍。对于三相分离器和UASB建筑材料等问题也进行讨论。
关键字：UASB反应器，预处理，配水系统，三相分离器，建筑材料，设计
介绍：本文全方面介绍了UASB系统设计问题，介绍了厌氧预处理工艺和UASB反应器负荷设计标准和设计方法。关键介绍了混凝土结构矩形UASB反应器各个部分尺寸计算和确定标准。对UASB进水配水系统和布水方法进行了具体介绍。对于三相分离器和UASB建筑材料等问题也进行讨论。
关键字：UASB反应器，预处理，配水系统，三相分离器，建筑材料，设计
 一、概述
　　厌氧处理已经成功地应用于多种高、中浓度工业废水处理中。即使中、高浓度废水在相当程度上得到了处理，不过当污水中含有抑制性物质时，如含有硫酸盐味精废水在处理上仍有一定难度。在厌氧处理领域应用最为广泛是UASB反应器，所以本文关键讨论UASB反应器设计方法。不过，其和其它厌氧处理工艺有一定共同点，比如，流化床和UASB全部有三相分离器。而UASB和厌氧滤床对于布水要求是一致，所以结果也能够作为其它反应器设计参考。

包含厌氧处理单元水处理过程通常包含预处理、厌氧处理(包含沼气搜集、处理和利用)、好氧后处理和污泥处理等部分，能够用图1所表示步骤表示。
二、UASB系统设计
　　1、预处理设施
　　通常预处理系统包含粗格栅、细格栅或水力筛、沉砂池、调整(酸化)池、营养盐和pH调控系统。格栅和沉砂池目标是去除粗大固体物和无机可沉固体，这对对于保护多种类型厌氧反应器布水管免于堵塞是必需。当污水中含有砂砾时，比如以薯干为原料酿酒废水，怎么强调去除砂砾关键性也不过分。不可生物降解固体，在厌氧反应器内积累会占据大量池容，反应器池容不停降低最终将造成系统完全失效。
　　因为厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感，所以对于工业废水合适尺寸调整池，对水质、水量调整是厌氧反应稳定运行确保。调整池作用是均质和均量，通常还可考虑兼有沉淀、混合、加药、中和和预酸化等功效。在调整池中设有沉淀池时，容积需扣除沉淀区体积；依据颗粒化和pH调整要求，当废水碱度和营养盐不够需要补充碱度和营养盐(N、P)等；可采取计量泵自动投加酸、碱和药剂，经过调整池水力或机械搅拌达中和作用。
　　同时，酸化池或两相系统是去除和改变，对厌氧过程有抑制作用物质、改善生物反应条件和可生化性也是厌氧预处理关键手段，也是厌氧预处理目标之一。仅考虑溶解性废水时，通常不需考虑酸化作用。对于复杂废水，可在调整池中取得一定程度酸化，不过完全酸化是没有必需，甚至是有坏处。因为达成完全酸化后，污水pH会下降，需采取投药调整pH值。另外有证据表明完全酸化对UASB反应器颗粒过程有不利影响。对以下情况考虑酸化或相分离可能是有利：
　　1) 当采取预酸化可去除或改变对甲烷菌有毒或抑制性化合物结构时；
　　2) 当废水存在有较高Ca2+时，部分酸化可避免颗粒污泥表面产生CaCO3结垢；
　　3) 当处理含高含悬浮物和/或采取高负荷，对非溶解性组分去除有限时；
　　4)在调整池中取得部分酸化效果能够经过调整池合理设计取得。比如，上向流进水方法，在反应器底部形成污泥层(1.0m)。底部布水孔口设计为5～10m2/孔即可。
　2、UASB反应器体积设计
　　a)负荷设计法
　　采取有机负荷(q)或水力停留时间(HRT)设计UASB反应器是现在最为关键方法。一旦q或HRT确定，反应器体积(V)能够很轻易依据公式(1或2)计算。对某种特定废水，反应器容积负荷通常应经过试验确定。
　　V = QSo/q　　　　　　　　　　　　 (1)
　　V =KQ.HRT　　　　　　　　　　　　(2)
　　式中：Q---废水流量，m3/d；
　　So---进水有机物浓度，gCOD/L或gBOD5/L。
　　表1给出不一样类型废水中国外采取UASB反应器处理负荷数据，需要说明是表中无法一一注明采取预处理条件和厌氧污泥类型等情况，这些条件对选择设计负荷是至关关键。下表供设计人员设计时参考，选择前必需进行必需试验和深入查询相关技术资料。
表1中国外生产性UASB装置设计负荷统计表
序号
废水类型
负荷kgCOD/m3·d
(国外资料)　
负荷kgCOD/m3·d
(中国资料)　
平均
最高
最低
厂家数
平均
最高
最低
厂家数
1
酒精生产
11.6
15.7
7.1
7
6.5
20
2
15
2
啤酒厂
9.8
18.8
5.6
80
5.3
8
5
10
3
造酒厂
13.9
18.5
9.9
36
6.4
10
4
8
4
葡萄酒厂
10.2
12
8
4

5
清凉饮料
6.8
12
1.8
8
5
5
5
12
6
小麦淀粉
8.6
10.7
6.6
6

7
淀粉
9.2
11.4
6.4
6
5.4
8
2.7
2
8
土豆加工等
9.5
16.8
4
24

9
酵母业
9.8
12.4
6
16
6
6
6
1
10
柠檬酸生产
8.4
14.3
1
3
14.8
20
6.5
3
11
味精

3.2
4
2.3
2
12
再生纸、纸浆
12.3
20
7.9
15

13
造纸
12.7
38.9
6
39

14
食品加工
9.1
13.3
0.8
10
3.5
4
3
2
15
屠宰废水
6.2
6.2
6.2
1
3.1
4
2.3
4
16
制糖
15.2
22.5
8.2
12

17
制药厂
10.9
33.2
6.3
11
5
8
0.8
5
18
家畜饲料厂
10.5
10.5
10.5
1

19
垃圾滤液
9.9
12
7.9
7

b) 经验公式方法
　　Lettinga等人采取一样经验公式描述不一样厌氧处理系统处理生活污水HRT和去除率(E)之间关系，而且对不一样反应器处理生活污水数据进行了统计，得出了参数值。

　式中：C1 ,C2——反应常数。
　　c) 动力学方法
很多研究者致力于动力学研究，Henxen和Harremoes(1983)依据众多研究结果汇总了酸性发酵和甲烷发酵过程关键动力学常数(见表2)。到现在为止，动力学理论发展，还没有使它能够在选择和设计厌氧处理系统过程中成为有力工具，经过评价所取得试验结果经验方法现在仍是设计和优化厌氧消化系统唯一选择。
表2厌氧动力学参数(Henxen和Harremoes，1982)
培养
mm(d-1)
Y(mgVSS/mgCOD)
Km[mgCOD/(mgVSS?d)]
Ks(mgCOD/L)
产酸菌
2
0.15
13
200
甲烷菌
0.4
0.03
13
50
混合培养
0.4
0.18
2
---

3、UASB反应器具体设计
　　1) 反应器体积和高度
　　采取水力停留时间进行设计时，体积(V)按公式(1)或(2)计算。选择反应器高度标准是设计、运行和经济上综合考虑结果。从设计、运行方面考虑：高度会影响上升流速，高流速增加系统扰动和污泥和进水之间接触。但流速过高会引发污泥流失，为保持足够多污泥，上升流速不能超出一定限值，从而使反应器高度受到限制；高度和CO2溶解度相关，反应器越高溶解CO2浓度越高，所以，pH值越低。如pH值低于最优值，会危害系统效率。
　　从经济上考虑:土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反；考虑当地气候和地形条件，通常将反应器建造在半地下降低建筑和保温费用。最经济反应器高度(深度)通常是在4到6m之间，而且在大多数情况下这也是系统最优运行范围。
　　2) 反应器升流速度
对于UASB反应器还有其它流速关系(图2)。对于日平均上升流速推荐值见表3，应该注意对短时间(如2～6h)高峰值是能够承受(即临时高峰流量能够接收)。
表3UASB和EGSB许可上升流速(平均日流量)
UASB反应器
Vr＝0.25~3.0m/h 0.75~1.0m/h
颗粒污泥絮状污泥
Vs≤1.5m/h
絮状污泥
≤8m/h
颗粒污泥
Vo≤12m/h
颗粒污泥
≤3.0m/h
絮状污泥
Vg＝1m/h
提议最小值

　3) 反应器截面积和反应器长、宽(或直径)
　　在确定反应器容积和高度(H)以后，可确定反应器截面积(A)。从而确定反应器长和宽，在一样面积下正方形池周长比矩形池要小，矩形UASB需要更多建筑材料。以表面积为600m2反应器为例，30×20m反应器和15m×40m反应器周长相差10%，这意味着建筑费用要增加10%。但从布水均匀性考虑，矩形在长/宽比较大较为适宜。从布水均匀性和经济性考虑，矩形池在长/宽比在2:1以下较为适宜。长/宽比在4:1时费用增加十分显著。
　　圆形反应器在一样面积下，其周长比正方形少12%。但这一优点仅仅在采取单个池子时才成立。当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器能够采取共用壁。对于采取公共壁矩形反应器，池型长宽比对造价也有较大影响。假如不考虑其它原因，这是一个在设计中需要优化参数。
　　4) 单元反应器最大致积和分格化反应器
　　在UASB反应器设计中，采取分格化对运行操作是有益。首先，分格化单元尺寸不会过大，可避免体积过大带来布水均匀性等问题；同时多个反应器对系统开启也是有益，可首先开启一个反应器，再用这个反应器污泥去接种其它反应器；另外，有利于维护和检修，可放空一个反应器进行检修，而不影响系统运行。从现在实践看最大单体UASB反应器(不是最优)可为1000-m3。
　　5) 单元反应器系列化
　　单元标准化依据三相分离器尺寸进行，三相分离器型式趋向于多层箱体设备化结构。以2×5m三相分离器为例，标准上讲有多个配合形式。但从标准化和系列化考虑，要求含有通用性和简单性。所以，池子宽度是以5m为模数，长度方向是以2m为模数。部署单元尺寸方法可分成单池单个分离器和单池两个分离器形式。标准上假如采取管道或渠道布水，池子长度是不受限制。如前所述，因为长宽比包含到反应器经济性，所以要结合池子组数考虑合适长宽比。对宽度为10m单个反应器，2:1长宽比反应器可达成m3池容。对更大反应器，假如需要也可采取双池共用壁型式。
三、反应器配水系统设计
　　1、配水孔口负荷
　　一个进水点服务最大面积问题是应该进行深入试验研究。对于UASB反应器Lettinga提议在完成了起动以后，每个进水点负担2.0到4.0m2对取得满意去除效率是足够。不过在温度低于20℃或低负荷情况，产气率较低而且污泥和进水混合不充足时，需要较高密度布水点。对于城市污水De Man和Van der Last (1990)提议1～2m2/孔。表4是Lettinga等人依据UASB反应器大量实践推荐进水管负荷。
表4采取UASB处理关键为溶解性废水时进水管口负荷
污泥经典
每个进水口负荷(m2)
负荷(kgCOD/m3·d)
颗粒污泥
0.5～1
2
1～2
2～4
>2
>4
凝絮状污泥 >40kgDS/m3
6.5～1
<1.0
1～2
1～2
2～3
>2
中等浓度絮状污泥 120～40kg/m3
1～2
<1～2
2～5
>2
2、进水分配系统
　　进水分配系统合理设计对UASB处理厂良好运转是至关关键，进水系统兼有配水和水力搅拌功效，为了这两个功效实现，需要满足以下标准：a) 确保单位面积进水量基础相同，以预防短路等现象发生；b) 尽可能满足水力搅拌需要，确保进水有机物和污泥快速混合；c) 很轻易观察到进水管堵塞；d) 当堵塞被发觉后，很轻易被清除。
　　在生产装置中采取进水方法大致可分为间歇式(脉冲式)、连续流、连续和间歇相结合等方法；从布水管形式有一管多孔、一管一孔和分枝状等多个形式。
　　1) 连续进水方法(一管一孔)
　　为了确保进水均匀分布，每个进水管线仅仅和一个进水点相连接，是最为理想情况(图3a)。为确保每一个进水点流量相等，提议用高于反应器水箱(或渠道式)进行分配，经过渠道或分配箱之间三角堰来确保等量进水。这种系统好处是轻易观察到堵塞情况。

2) 脉冲进水方法
　　中国UASB反应器和国外最为显著特点是很多采取脉冲进水方法。有些研究者认为脉冲方法进水，使底层污泥交替进行收缩和膨胀，有利于底层污泥混合。图3a为北京环科院采取一个脉冲布水器原理图，该系统借鉴了给水中虹吸滤池布水方法。
　　3) 一管多孔配水方法
　　采取在反应器池底配水横管上开孔方法布水，为了配水均匀，要求出水流速大于2.0m/s。这种配水方法可用于脉冲进水系统。一管多孔式配水方法问题是轻易发生堵塞，所以，应该尽可能避免在一个管上有过多孔口。
　　4) 分枝式配水方法
　　这种配水系统特点采取较长配水支管增加沿程阻力，以达成布水均匀目标(图3c)。依据笔者实践，最大分枝布水系统负荷面积为54m2。大阻力系统配水均匀度好，但水头损失大。小阻力系统水头损失小，假如不影响处理效率，可降低系统复杂程度。
　　对其它类型布水方法，中国也有很多设计和运行经验。和三相分离器一样，不一样型式布水装置之间，极难比较孰优孰劣。实际上，多种类型布水器全部有成功经验和业绩。
　　3、配水管道设计
　　对重力布水方法，污水经过三角堰进入反应器时可能吸入空气，会引发对甲烷菌抑制；进入大量气体和产生沼气会形成有爆炸可能混合气体；同时，气泡太多可能还会影响沉淀功效。因为，大于2.0mm直径气泡在水中以大约0.2～0.3m/s速度上升，采取较大管径使液体在管道垂直部分流速低于这一数值，可合适地避免超出2mm直径空气泡进入反应器，同时还可避免气阻。在反应器底部用较小直径，形成高流速产生较强扰动，使进水和污泥之间混合加强。
　　污水中存在大物体可能堵塞进水管，设计良好进水系统要求可疏通堵塞；对于压力流采取穿孔管布水器(一管多孔或分枝状)，需考虑设液体反冲洗或清堵装置，可采取停水分池分段反冲；采取一管多孔布水管道，布水管道尾端最好兼作放空和排泥管，以利于清除堵塞；采取重力流布水方法(一管一孔)，假如进水水位差仅仅比反应器水位稍高(水位差小于10cm)将常常发生堵塞。在水箱中水位(三角堰底部)和反应器中水位差大于30cm极少发生这种堵塞。不管采取那一个布水方法，尽可能少地采取弯头等非直管。
四、气、固、液三相分离装置
　　三相分离器是UASB反应器最有特点和最关键装置。它同时含有两个功效：
　　1) 能搜集从分离器下反应室产生沼气；
　　2) 使得在分离器之上悬浮物沉淀下来。
　　三相分离器设计关键点汇总：
　　1) 集气室隙缝部分面积应该占反应器全部面积15～20％；
　　2) 在反应器高度为5～7m时，集气室高度在1.5～2m；
　　3) 在集气室内应保持气液界面以释放和搜集气体，预防浮渣或泡沫层形成；
　　4) 在集气室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；
5) 反射板和隙缝之间遮盖应该在100～200mm以避免上升气体进入沉淀室；
　　6) 出气管直管应该充足以确保从集气室引出沼气，尤其是有泡沫情况。
　　对于低浓度污水处理，当水力负荷是限制性设计参数时，在三相分离器缝隙处保持大过流面积，使得最大上升流速在这一过水断面上尽可能低是十分关键。
五、建筑材料
　　选择合适建筑材料对于UASB反应器持久性是很关键。防腐较差UASB反应器在使用3-5年后全部出现了严重腐蚀，最严重腐蚀出现在反应器上部气、液交界面。此处H2S可能造成直接化学腐蚀，同时硫化氢被空气氧化为硫酸或硫酸盐，使局部pH下降造成间接化学腐蚀。因为厌氧环境下氧化-还原电位为-300mV，而在气水交界面氧化-还原电位为100mV，这就在气水交界面组成了微电池，形成电化学腐蚀。不管一般钢材和通常不锈钢在此处全部会被损害。
　　厌氧反应器应该尽可能避免采取金属材料，即使昂贵不锈钢也会受到严重腐蚀，而油漆或其它涂料仅仅能起到部分保护。通常反应器池壁最适宜建筑材料是钢筋混凝土结构，即使混凝土也可能受到化学侵蚀。假如碳酸根和钙离子浓度积低于碳酸钙溶解度，钙离子将从混凝土中溶出，造成混凝土结构剥蚀。混凝土结构也需要采取在气水交界面上下一米采取环氧树脂防腐。对部分特殊部件可采取非腐蚀性材料，如PVC用做进出水管道，三相分离器一部分或浮渣挡板采取玻璃钢或不锈钢。
UASB反应器设计计算
1 设计参数
(1) 污泥参数
设计温度T=25℃
容积负荷NV=8.5kgCOD/(m3.d)  污泥为颗粒状
污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD,
产气率0.5m3/kgCOD
(2) 设计水量Q=2800m3/d=116.67m3/h=0.032 m3/s。
(3) 水质指标
表5  UASB反应器进出水水质指标
水 质 指 标
COD（㎎∕L）
BOD（㎎∕L）
SS（㎎∕L）
进 水 水 质
3735
2340
568
设计去除率
85%
90%
/
设计出水水质
560
234
568

2 UASB反应器容积及关键工艺尺寸确实定
(1) UASB反应器容积确实定
   本设计采取容积负荷法确立其容积V     V=QS0/NV
V—反应器有效容积(m3)
S0—进水有机物浓度(kgCOD/L)
V=3400 *3.735/8.5=1494m3
    取有效容积系数为0.8,则实际体积为1868m3
(2) 关键结构尺寸确实定
UASB反应器采取圆形池子，布水均匀，处理效果好。
取水力负荷q1=0.6m3/（m2·d）
 反应器表面积   A=Q/q1=141.67/0.6=236.12m2
反应器高度     H=V/A=1868/236.12=7.9m     取H=8m
采取4座相同UASB反应器，则每个单池面积A1为：
A1=A/4=236.12/4=59.03m2

 取D=9m
则实际横截面积   A2=3.14D2/4=63.6 m2
实际表面水力负荷  q1=Q/4A2=141.67/5 63.6=0.56
q1在0.5—1.5m/h之间，符合设计要求。
3 UASB进水配水系统设计
(1) 设计标准
① 进水必需要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基础相等，预防短路和表面负荷不均；
② 应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生沼气搅拌；
③ 易于观察进水管堵塞现象，假如发生堵塞易于清除。
本设计采取圆形布水器，每个UASB反应器设30个布水点。
(2)    设计参数
每个池子流量 
Q1=141.67/4=35.42m3/h
(3) 设计计算
查相关数据[6]，对颗粒污泥来说，容积负荷大于4m3/(m2.h)时，每个进水口负荷须大于2m2
   则  布水孔个数n必需满足 пD2/4/n>2    即n<пD2/8=3.14*9*9/8=32    取n=30个
   则  每个进水口负荷  a=пD2/4/n=3.14* 9* 9/4/30=2.12m2
   可设3个圆环，最里面圆环设5个孔口，中间设10个，最外围设15个，其草图见图4
① 内圈5个孔口设计
    服务面积： S1=5 *2.12=10.6m2
折合为服务圆直径为：   

 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
则圆环直径计算以下：
3.14*d12/4=S1/2       

 ② 中圈10个孔口设计
    服务面积： S1=10 *2.12=21.2m2
    折合为服务圆直径为：  

 则中间圆环直径计算以下：
3.14 *(6.36^2－d2^2)/4=S2/2      
    则 d2=5.2m
③ 外圈15个孔口设计
     服务面积： S3=15 *2.12=31.8m2
     折合为服务圆直径为   

 则中间圆环直径计算以下：3.14* (9^2－d3^2)=S3/2      
     则 d3=7.8m
布水点距反应器池底120mm；孔口径15cm

图4  UASB布水系统示意图
4 三相分离器设计
(1) 设计说明  UASB关键结构是指反应器内三相分离器结构，三相分离器设计直接影响气、液、固三相在反应器内分离效果和反应器处理效果。对污泥床正常运行和取得良好出水水质起十分关键作用，依据已经有研究和工程经验， 三相分离器应满足以下几点要求：
沉淀区表面水力负荷<1.0m/h；
三相分离器集气罩顶以上覆盖水深可采取0.5～1.0m；
沉淀区四壁倾斜角度应在45?～60?之间，使污泥不积聚，立即落入反应区内；
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；
分离气体挡板和分离器壁重合在20mm以上；
以上条件如能满足，则可达成良好分离效果。
(2) 设计计算
本设计采取无导流板三相分
① 沉淀区设计
沉淀器（集气罩）斜壁倾角  θ=50°
沉淀区面积：   A=3.14 *D^2/4=63.6m2
表面水力负荷q=Q/A=141.67/(4 *63.6)=0.56m3/(m2.h)<1.0 m3/(m2.h)    符合要求
② 回流缝设计
   h2取值范围为0.5—1.0m,    h1通常取0.5
   取h1=0.5m  h2=0.7m  h3=2.4m 
   依据图8中几何关系，则    b1=h3/tanθ
b1—下三角集气罩底水平宽度，
θ—下三角集气罩斜面水平夹角
h3—下三角集气罩垂直高度，m
b1=2.4/tan50=2.0m       b2=b－2b1=9－2 2.0=5.0m
下三角集气罩之间污泥回流缝中混合液上升流速v1,可用下式计算：
V1=Q1/S1=4Q1/3.14b2
Q1—反应器中废水流量（m3/s）
S1—下三角形集气罩回流缝面积（m2）

 符合要求
上下三角形集气罩之间回流缝流速v2计算：  V2=Q1/S2
S2—上三角形集气罩回流缝面积（m2）
CE—上三角形集气罩回流缝宽度，CE>0.2m   取CE=1.0m
CF—上三角形集气罩底宽，取CF=6.0m
EH=CE *sin50=1.0* sin50=0.766m
EQ=CF+2EH=6.0+2*1.0*sin50=7.53m
S2=3.14(CF+EQ).CE/2=3.14 (6.0+7.53) *1.0/2=21.24m2
v2=141.67/4/21.24=1.67m/h
                       v2<v1<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－b2)/2=0.5m
      EG=EH+HG=1.266m
      AE=EG/sin40=1.266/sin40=1.97m
    BE=CE *tan50=1.19m
      AB=AE－BE=0.78m
      DI=CD *sin50=AB *sin50=0.778* sin50=0.596m
h4=AD+DI=BC+DI=2.15m
h5=1.0m
气液分离设计
    由图5可知，欲达成气液分离目标，上、下两组三角形集气罩斜边必需重合，重合水平距离（AB水平投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡直径越小，对沉淀区固液分离效果影响越小，所以，重合量大小是决定气液分离效果好坏关键。
由反应区上升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va，同时假定A点气泡以速度Vb垂直上升，所以气泡运动轨迹将沿着va和vb合成速度方向运动，依据速度合成平行四边形法则，则有：

 要使气泡分离后进入沉淀区必需条件是：

在消化温度为25℃，沼气密度 =1.12g/L；水密度 =997.0449kg/m3；
水运动粘滞系数v=0.0089×10^-4m2/s；取气泡直径d=0.01cm

依据斯托克斯（Stokes）公式可得气体上升速度vb为

vb—气泡上升速度（cm/s）
g—重力加速度（cm/s2）
β—碰撞系数，取0.95
μ—废水动力粘度系数，g/(cm.s)    μ=vβ

水流速度 ,Va=V2=1.67m/h
校核：

             图5  三相分离器设计计算草图
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排泥管，天天排泥一次。
6 产气量计算
每日产气量  G=3726×0.85×0.5×3400×10^－3 =5397 m3/d=224.9 m3/h
储气柜容积通常根据日产气量25%～40%设计，大型消化系统取高值，小型取低值，本设计取38%。储气柜压力通常为2～3KPa，不宜太大。
7 加热系统
设进水温度为15°C，反应器设计温度为25°C。那么所需要热量：
QH= dF. γF.( tr－t) . qv /η
    QH－加热废水需要热量，KJ/h；
      dF－废水相对密度，按1计算；
      γF－废水比热容，kJ/(kg.K)；
     qv－废水流量，m3/h
     tr－反应器内温度，°C
     t－废水加热前温度，°C
      η－热效率，可取为0.85
所以        QH=4.2*1*(25－15) *141.67/0.85=7000KJ/h
天天沼气产量为5397 m3，其关键成份是甲烷，沼气平均热值为22.7 KJ/L
每小时甲烷总热量为：（5397/24）*22.7 *10^3=5.1 *10^6 KJ/h，所以足够加热废水所需要热量。
8 加碱系统
在厌氧生物处理中，产甲烷菌最好节pH值是6.8~7.2，因为厌氧过程复杂性，极难正确测定和控制反应器内真实pH值，这就要和靠碱度来维持和缓冲，通常碱度要~5000mgCaCO3/L时，就会造成其pH值下降，所以，反应器内碱度须保持在1000mgCaCO3/L以上，因为为确保厌氧反应器内pH值在合适范围内，必需向反应器中直接加入致碱或致酸物质。间接调整pH值。关键致碱药品有：NaCO3、NaHCO 3、NaOH和Ga(OH)2[6]。
在UASB反应器中安装pH指示仪，并在加碱管路上设有计量装置，将计量装置和pH指示仪用信号线连接起来，依据UASB反应器中pH值大小来调整加碱量，当UASB反应器中pH值过低时，打开加碱管路上开关，往UASB反应器中加碱，使pH值下降；反之，当UASB反应器中pH值过高时，关闭加碱管路上开关，停止加碱，使pH值上升。
9 活性污泥培养和驯化 
对于一个新建UASB反应器来说，开启过程关键是用未驯化絮状污泥（如污水处理厂消化污泥）对其进行接种，并经过一定时间开启调试运行，使反应器达成设计负荷并实现有机物去除效果，通常这一过程会伴伴随污泥颗粒化实现，所以也称为污泥颗粒化。因为厌氧生物，尤其是甲烷菌增殖很慢，厌氧反应器开启需要很长时间。不过，一旦开启完成，在停止运行后再次开启能够快速完成。当没有现成厌氧污泥或颗粒污泥时，采取最多是城市污水处理厂消化污泥。除了消化污泥之外，可用作接种物料很多，比如牛粪和各类粪肥、下水道污泥等。部分污水沟污泥和沉淀物或微生物河泥也能够被用于接种，甚至好氧活性污泥也能够作为接种污泥，并一样能培养出颗粒污泥。污泥接种浓度以6~8kgVSS/m3（按反应器总有效容积计算）为宜，最少不低于5 kgVSS/m3，接种污泥填充量应不超出反应器容积60%。从负荷角度考虑UASB首次开启和颗粒化过程，可分为三个阶段：
阶段1：即开启初始阶段，这一阶段是低负荷阶段(＜2Kg COD/(m3·d))。
阶段2：即当反应器负荷上升至2～5Kg COD/(m3·d)开启阶段。在这阶段污泥洗出 量增大，其中大多为细小絮状污泥。实际上，这一阶段在反应器里对较重污泥颗粒和分散、絮状污泥进行选择。使这一阶段末期留下污泥中开始产生颗粒状污泥或保留沉淀性能良好污泥。所以在5.0 Kg COD/(m3·d)左右是反应器中以颗粒污泥或絮状污泥为主一个关键分界。
阶段3：这一阶段是反应器负荷超出5.0 Kg COD/(m3·d)。在此时，絮状污泥变得快速降低，而颗粒污泥加速形成直到反应器内不再有絮状污泥存在。
当反应器负荷大于5.0 Kg COD/(m3·d)，因为颗粒污泥不停形成，反应器大部分被颗粒污泥充满时其最大负荷能够超出20 Kg COD/(m3·d)。当反应器运行在小于5.0 Kg COD/(m3·d)，系统中即使可能形成颗粒污泥，不过，反应器污泥性质是由占主导地位絮状污泥所确定。