1、IC反应器设计参考 loser1. 设计说明IC反应器，即内循环厌氧反应器，相似由 2层 UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成。在处理高浓度有机废水时，其进水负荷可提高至3550kgCOD/(m 3d)。与 UASB反应器相比，在获得相同处理速率的条件下，IC反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，IC 反应器的平均升流速度可达处理同类废水 UASB反应器的 20倍左右。设计参数（1） 参数选取设计参数选取如下：第一反应室的容积负荷 NV135kgCOD/(m 3d)，：第二反应室的容积负荷 NV212kgCOD/(m 3d)；污泥产率 0.03kgMLSS/kgCOD；产气率
2、0.35m3/kgCOD（2） 设计水质设 计 参 数CODcr BOD5 SS进水水质/ (mg/L)12000 6000 890去除率/ % 85 80 30出水水质/ (mg/L)1800 1000 623（3） 设计水量Q3000m 3/d125m 3/h=0.035m3/s2. 反应器所需容积及主要尺寸的确定（见附图 6-4）（1） 有效容积 本设计采用进水负荷率法，按中温消化（3537） 、污泥为颗粒污泥等情况进行计算。V veNCQ)(0式中 V反应器有效容积，m 3；Q废水的设计流量，m 3/d；本设计流量日变化系数取 Kd=1.2,Q=3600 m3/dNv容积负荷率，kgC
3、OD/（m 3d） ；C0进水 COD浓度，kg/m 3； mg/L =10 -3kg/m3，设计取 24.074 kg/m3Ce出水 COD浓度，kg/m 3。 设计取 3.611kg/m3本设计采用 IC反应器处理高浓度废水，而 IC反应器内部第一反应室和第二反应室由于内部流态及处理效率的不同，这里涉及一，二反应室的容积。据相关资料介绍，IC 反应器的第一反应室（相当于 EGSB）去除总COD的 80左右，第二反应室去除总 COD的 20左右。第一反应室的有效容积V1 veNCQ80)(0 700m 3dmkgODd33/580).12(/ 第二反应室的有效容积V1 veNCQ20)(0
4、510m 3dmkgODd33/220)8.1(/ IC反应器的总有效容积为 V7005101210m 3，这里取 1250m3（2） IC反应器几何尺寸 小型 IC反应器的高径比（H/D）一般为48，高度在 1520m,而大型 IC反应器高度在 2025m,因此高径比相对较小，本设计的 IC反应器的高径比为 2.5.H=2.5/DVAH HD4245.3则 D = 8.2m，取 9m，已知体积 V利用高径比3/1)5.24(3/1)5.20(m推直径 D，再由 D反推 IC高度。 （这部可以直接求得底面积）H2.5922.5m，取 23m。每个 IC反应器总容积负荷率：NV 24.5kgCO
5、D/(m 3d)CQe)(01250)8.(3IC反应器的底面积 A 63.6m 2，则4D9.2第二反应室高 H 2 8m.V6.3510第一反应室的高度 H 1HH 223815m（3） IC反应器的循环量进水在反应器中的总停留时间为 tHRT 10hQV1250设第二反应室内液体升流速度为 4m/h（IC 反应器里第二反应室的上升流速一般为 210m/h） ，则需要循环泵的循环量为 256m3/h。(可能为VA=254.4m3/h)第一反应室内液体升流速度一般为 1020m/h，主要由厌氧反应产生的气流推动的液流循环所带动。第一反应室产生的沼气量为Q 沼气 Q（C 0C e）0.80.3
6、5式中废水量 Q=3000m3/d, C0和 Ce分别为进出水 COD浓度，0.8 为第一反应室的效率，0.35 为每千克去除的 COD转化为 0.35m3的沼气。则第一反应室沼气量为：3000（121.8）0.80.358568m 3/d每立方米沼气上升时携带 12m 3左右的废水上升至反应器顶部，顶部气水分离后，废水从中心管回流至反应器底部，与进水混合后。由于产气量为 8568 m3/d，则回流废水量为 856817136 m3/d，即 357714 m3/h，加上 IC反应器废水循环泵循环量 256 m3/h，则在第一反应室中总的上升水量达到了 613970 m3/h， （V 流速 =Q
7、/A）上流速度可达 9.6815.25m/h，IC 反应器第一反应室上升流速一般为 1020m/h）,可见 IC反应器设计符合要求。（4） IC反应器第一反应室的气液固分离 不同于 UASB反应器顶部的三项分离系统，IC 第一反应室的顶部功能主要为气体收集和固液两相分离。较高的上升流速的废水流至第一反应室顶部，大部分液体和颗粒污泥随气体流入气室上升 IC反应器顶部的气液固分离器，部分液体和固体流入三相分离器,颗粒污泥在分离器上部静态区沉淀，废水从上部隔板流入第二反应室。图6-4为第一反应室顶部气液固分离器流态示意。IC反应器第一反应室的气液固分离设计 第一反应室三相分离器的气液固三相分离是 I
8、C最重要组成部分，是 IC反应器最有特点的装置，它对该种反应器的高效率起了十分重要的作用。其设计直接影响气液固三项分离及内部循环效果。高效的三项分离器应具备以下几个功能：气液固混合液中气体不得进入沉淀区，即流体（污泥与水混合物）进入沉淀区之前，气体必须进行有效地分离去除，避免气体在沉淀区干扰固，液的分离；沉淀区液流稳定，使其具备良好的固液分离效果；沉淀分离的部分固体（污泥）能迅速通过斜板返回到反应器内，以维持反应器内很高的污泥浓度和较长的泥龄；防止上浮污泥洗出，提高出水净化效果。为了达到上述要求，进行了许多研究开发。IC反应器有上.下两个三相分离器，第一反应室三相分离器严格 意义上讲是不分离三
9、相物质，不分离气体，仅分离液固体。IC 反应器的第二反应器流态与 UASB极为相似。一反应室的气液固分离器结构设计。第一反应室气液固三相分离器通过挡板将气液固收集，气体和颗粒污泥受挡板的导流通过集气罩进入上升导流管，其中颗粒污泥受强大水流的作用（在上升管中流速大于 0.5m/s）和气液一起流入反应器顶部的气液（固）分离器。部分液体（含少量颗粒污泥）通过上下导流板进入分离器上部的沉淀区，在该区域所受水流影响较小，颗粒沉降从回流缝回到反应区域，废水则进入第二反应室处理。图 6-5为第一反应室三相分离器设计示意图。图 6-6为第一反应室三相分离器俯视图。（6） IC反应器第一反应室的气液固分离几何尺
10、寸沉淀区设计 三相分离器沉淀区固液分离是靠重力沉淀达到的，其设计的方法与普通二沉池设计相似，主要考虑沉淀面积和水深两相因素。一般情况下沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积；沉淀区的表面负荷率的大小与需要去除的污泥颗粒重力沉降速度 vs数值相等，但方向相反。据报道，颗粒污泥沉降速度一般在 100m/h以上，沉降速度50m/h 的颗粒污泥被认为沉降性能良好。颗粒在水中的沉降速度常用 Stokes 公式计算。颗粒污泥沉降性能的好坏主要取决于颗粒的有效直径和密度。处于自由沉降状态的污泥的自由沉降速度可用公式（6-2）计算。根据 Stokes：v s 18)(2psgd)02.37.1(5T式中 颗粒污
11、泥沉降速度，cm/s 或 36m/hsv颗粒污泥密度，g/cm 3s清水密度，g/cm 3s颗粒直径。cmpd重力加速度，981cm/s 2g水的粘滞系数，g/(cm.s)水的运动粘滞系数，cm 2/s水温，T上式可求出不同粒径颗粒污泥在清水中的自由沉降速度，并以它近似地代表颗粒污泥的实际自由沉降速度。设温度为 35，则水的运动粘滞系数为： )02.37.1(5Tv= )3.0(12=0.0071(cm2/s)IC反应器由于升流速度较大，细小颗粒容易被冲刷而使反应器内细小颗粒的比例减小，因此颗粒污泥的粒径较粗。平均直径在 1.02.0mm,最大颗粒直径为 3.143.57mm；颗粒密度为 1.
12、041.06g/cm 3。清水密度近似取 1g/cm3,则 =0.0071g/(cms)；颗粒污泥密度取1.05g/cm3，一般 IC反应器中颗粒直径大于 0.1cm,算得沉降速度 vs:vs =18)(2psgd )/(2.138)/(8.3071.8.9)5.(2 hmsc三相分离器单元结构结构示意图见图 6-7。三相分离器中物质流态示意图见图 6-8，图中 v1为上升液流流速，v s为气泡上升速度。计算 B-B间的负荷可以确定相邻两上挡板间的距离。三相分离器平面上共有 10个气固液分离单元，中部被集气罩分隔（如图 6-5，图 6-6所示） 。B-B间水流上升速度一般小于 20m/h(1.
13、0mm直径的颗粒污泥沉降速度在100m/h以上)，则 B-B间总面积 S为：S 12.7m 220Q54式中 Q为 IC反应器循环泵的流量。S= ,则 =0.45m,4)3(1b1b即相邻两上挡板间的间距为 450mm。两相邻下挡板间的间距 b2200mm；上下挡板间回流缝 b3150mm，板间缝隙液流速度为 30m/h；气封与下挡板间的距离 b4100mm；两下挡板间距离（CC ）b 5400mm，板间液流速度大于 25m/h。沉淀区斜壁角度与分离器高度设计 三相分离器沉淀区斜壁倾斜角度选 50（一般 4560 之间） ，上挡板三角顶与集气罩相距 300mm。设计IC反应器 =0.85m,
14、=0.7m。1h2气液分离的设计 欲达到较好的气液分离效果，气罩需与下挡板有一定的重叠。重叠的水平距离（C 的投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离的效果影响越小。所以重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键所在，重叠量一般为 1020cm。根据以上计算，上下三角形集气罩在反应器内的位置已经确定。对已确定的三相分离器的构造进行气，液分离条件的校核。如图 6-8所示，当混合液上升至 A点后，气泡随液体以速度 v1沿斜面上升，同时，气泡受浮力的作用有垂直上升的速度 vg,所以气泡将沿着 v1和vg合成速度 v 合 的方向运动。要使气泡不随回流缝液体流向沉淀区，v g+v
15、1的合成速度（v 合 ）必须大于回流缝中液体流速 v 回流 （30m/h） 。图 6-9是气泡在下挡板边缘流态示意图。气泡上升流速 v1的大小与其直径.大小.水温液体和气体的密度.液体的粘滞系数等因素有关。当气泡直径很小（d0.1mm）时围绕气泡的水流呈层流状态，Re1,这时气泡上升速度用 Stokes公式计算：18)(21psgdv式中 气泡直径，cm 取 0.01cm；d液体密度，g/cm 3，取 1.02g/cm3；1沼气密度，g/cm 3，取 1.210-3g/cm3g废水动力粘滞系数，g/(cms) 废水的 一般比净水大，这里 取 210-2 g/(cms)碰撞系数，取 0.95重力
16、加速度，cm/s 2(取 981 cm/s2)g所以， 。)/(95.0)/(64.010281.).(95.031 hmscv 那么合速度的计算量为： )8(cov121 sgg合1.07945.959. ）（回 流合 hmv/30328/h可见合速度大于回流缝的回流速度，保证气相不进入沉淀区。反应器顶部气液分离器的设计 IC顶部气液分离器的目的是分离气和固液由于采用切线流状态，上部分离器中气和固液分离较容易，这里设计直径为 3m的气液分离器，筒体高 2m，下锥底角度 65，上顶高 500mm。IC反应器进水配水系统的设计设计说明 布水区位于反应器的下端，其基本功能：一是将待处理的废水均匀地
17、分布在反应区的横断面上，因为生产装置的横断面往往很大，均匀布水的难度高，需设置复杂的进水分布系统；二是水力搅拌，因为进入水流的动能会使进水孔口周围产生纵向环流，有助于废水中污染物与颗粒污泥的接触，从而提高反应速率，同时也有利于颗粒污泥上粘附的微小气泡脱离，防止其上浮。为实现这两个功能，设计时应满足下列原则。1.确保各单位面积的进水量基本相同，以防短路或表面符合不均匀等现象的发生。实践证明，只有当负荷过低或配水系统不合理时会发生沟流。2.尽可能满足水力搅拌需要，促使水中污染物与污泥迅速混合。3.易于观察到进水管的堵塞，一旦发生堵塞，便于疏通。4.IC反应器进水管上设置调节阀和流量计，以均衡流量。布水方式 采用切线进水的布水方式，布水器具有开闭功能，即泵循环时开口出水，停止运行时自动封闭。本工程拟每 25m 2设置一布水点，出口水流速度 25m/s。拟设 24个布水点，每个负荷面积为 Si 2.65m 2。46.3配水系统形式 本工程采用无堵塞式进水分配系统（见附图 6-10） 。为了配水均匀一般采用对称布置，各支管出水口向着池底，出水口池底约20cm，位于服务面积的中心点。管口对准池底反射锥体，使射流向四周均匀散布于池底，出水口支管直径约 20mm，每个出水口的服务面积为 24m 2。此种配水系统的特点是比较简单，只要施工安装正确，配水可基本达到均匀分布的要求。
