厭氧消化工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

厭氧消化的工藝設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在對(duì)消化池型、攪拌方式和工藝運(yùn)行參數(shù)的選擇上?？偟脑O(shè)計(jì)原則是：a）在參考相似工程案例及設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)得到佳工藝運(yùn)行參數(shù)，如停留時(shí)間、運(yùn)行溫度、固體負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷；b）適合的池型選擇；c）良好的攪拌方式，攪拌均勻，不存死角；d）簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的運(yùn)行保障，如易于操作維護(hù)的設(shè)備，避免溫度波動(dòng)的良好換熱設(shè)備以及容易去除浮渣的措施等；e）安全可靠的沼氣輸送系統(tǒng)。

工藝設(shè)計(jì)需要確定的內(nèi)容：a）消化方式的設(shè)計(jì)；b）消化池形選擇；c）消化池中污泥的混合攪拌方式確定；d）設(shè)計(jì)參數(shù)的選定；e）污泥加熱方式的確定；f）污泥投配方法的確定；g）污泥及沼氣排放方式的確定；h）浮渣及上清液的排除方法；i）安全防護(hù)措施的保證；j）監(jiān)測(cè)和控制方法的確定；k）其它附屬裝置的選用。上述諸多方面中，厭氧消化的方式、消化池的池形、主要設(shè)計(jì)參數(shù)、消化池中污泥的混合攪拌方式對(duì)消化池的工程造價(jià)和使用效果影響很大，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇。

1

消化方式的設(shè)計(jì)

①消化溫度，厭氧消化根據(jù)運(yùn)行溫度的不同分為中溫消化（30～36℃）和高溫消化（50～55℃），其中中溫消化的佳溫度為35℃，高溫消化的佳溫度會(huì)因其它影響因素發(fā)生較大變化。高溫消化的特點(diǎn)是，分解速率快、產(chǎn)氣速率高、停留時(shí)間短，進(jìn)而提高消化處理能力，節(jié)省消化池容積；另外衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)較好，對(duì)寄生蟲(chóng)卵的殺滅率可達(dá)95％，大腸菌指數(shù)可達(dá)10-100；能耗高，溫度控制較難。中溫消化的特點(diǎn)是，相對(duì)高溫消化的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)較為遜色，但中溫消化運(yùn)行穩(wěn)定、易于控制，能耗相對(duì)較低，設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟。目前，國(guó)內(nèi)、外多采用中溫厭氧消化。

②消化等級(jí)，按照消化池的數(shù)量分為一級(jí)消化和兩級(jí)消化。其中一級(jí)消化指污泥厭氧消化是在一個(gè)消化池內(nèi)完成；兩級(jí)消化指污泥厭氧消化在兩個(gè)消化池內(nèi)完成，級(jí)消化池設(shè)有加熱、攪拌裝置及氣體收集裝置，不排上清液和浮渣，第二級(jí)消化池不進(jìn)行加熱和攪拌，僅利用級(jí)的余熱繼續(xù)消化，同時(shí)排上清液和浮渣。兩級(jí)消化工藝的土建費(fèi)用較高，運(yùn)行操作比一級(jí)消化復(fù)雜，在有機(jī)物的分解率方面略有提高，產(chǎn)氣率比一級(jí)消化約高10％?；诠?jié)省投資費(fèi)用和運(yùn)行的簡(jiǎn)易穩(wěn)定，目前國(guó)內(nèi)多采用一級(jí)消化方式。

2

消化池型的選擇

標(biāo)準(zhǔn)的消化池應(yīng)該具有良好的混合攪拌、良好的去除浮渣泡沫條件、結(jié)構(gòu)條件好和沒(méi)有死區(qū)等特點(diǎn)。消化池型很多，較為常用的有三種，三種消化池各有優(yōu)劣，適用于不同的地區(qū)，通過(guò)下面的簡(jiǎn)單描述為設(shè)計(jì)提供參考。

平底圓柱形在歐洲應(yīng)用較為普遍，其高度：直徑=1。這種平底對(duì)循環(huán)攪拌系統(tǒng)要求較為單一，多采用可在池內(nèi)多點(diǎn)安裝的懸掛噴入式沼氣攪拌技術(shù)。

錐底圓柱形在我國(guó)應(yīng)用較多，其中部高度：直徑=1，上下皆為圓錐體，下底坡度1.0-1.7，頂部坡度0.6-1.0。這類消化池有利于內(nèi)循環(huán)，熱量損失相對(duì)于平底圓柱形要小，攪拌系統(tǒng)可選擇性好。存在的缺點(diǎn)是，底部容積較大，易堆積砂料，需要定期進(jìn)行清理。另外從結(jié)構(gòu)上看，圓錐部分難以施工，且受力集 中，需要特殊處理。

卵形消化池是在錐底圓柱形的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，該池形相對(duì)上兩類消化池有很多優(yōu)點(diǎn)，如：a）攪拌效果好，池底不容易板結(jié)；b）一定池容條件下，池體總表面積小，熱量損失少；c）池頂部表面積小，易于去除浮渣和易于沼氣收集；d）從結(jié)構(gòu)上看，卵形結(jié)構(gòu)受力好，節(jié)省建材；e）外形美觀。

3

消化池?cái)嚢璺绞降倪x擇

厭氧消化是菌體與底物的接觸反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中需要使兩者充分混合，因此攪拌就變得十分重要。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的攪拌方式，達(dá)到以下目標(biāo)：a）使新鮮污泥與富含消化菌的消化污泥充分混合，加快反應(yīng)速度；b）使氣體順利與污泥分離，溢出液面；c）使系統(tǒng)溫度和PH保持均勻，避免消化菌受溫度和PH變化的影響；d）防止池內(nèi)產(chǎn)生大量浮渣。

常用的攪拌方式有三大類，分別是：氣體攪拌、機(jī)械攪拌(包括機(jī)械葉輪攪拌、機(jī)械提升循環(huán)攪拌)和污泥循環(huán)攪拌。國(guó)內(nèi)、外常采用的攪拌方式是沼氣攪拌和機(jī)械攪拌，污泥泵循環(huán)方式因電耗較大攪拌效果差很少使用。在攪拌器的設(shè)計(jì)選擇上，要綜合考慮消化池形、容積、投資費(fèi)用和運(yùn)行管理要求等。下面介紹幾種常用的攪拌設(shè)備：

1

①螺旋槳機(jī)械攪拌器

螺旋槳式攪拌設(shè)備組成簡(jiǎn)單，操作容易，維修量小，可以通過(guò)豎管向上或向下兩個(gè)方向推動(dòng)污泥，因此在固定污泥液面的前提下，能夠有效地消除浮渣層，適用卵形或者坡度較大錐底的圓柱形消化池。但在池內(nèi)的螺旋槳發(fā)生故障時(shí)，消化系統(tǒng)要停止運(yùn)行，進(jìn)入內(nèi)部檢修。螺旋槳式攪拌器處理能力的表征用一天內(nèi)將消化池污泥*攪拌次數(shù)或完成一次攪拌用的時(shí)間。

2

②懸掛噴嘴式沼氣攪拌器

懸掛噴嘴式沼氣攪拌器由懸掛在池頂部的沼氣輸送豎管和噴嘴組成。攪拌器可以按需要在池內(nèi)多點(diǎn)布置，并可分組運(yùn)行。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；設(shè)置和操作靈活；由于可分組攪拌，使所需要的攪拌強(qiáng)度較小；對(duì)池的適應(yīng)性強(qiáng)；不受液面控制等優(yōu)點(diǎn)。此類形的攪拌器適合于上述的各種池形，用在平底或底部錐形較緩的消化池中更顯示出其優(yōu)點(diǎn)。攪拌器的能力表征與螺旋槳式攪拌器相同。

3

③多根束管式沼氣攪拌器

多根束管式沼氣攪拌器由多根沼氣輸送管（束管）和沼氣釋放口組成。束管由消化池頂部的中間位置進(jìn)入池中，延伸至池底部的釋放口。此攪拌器的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，易操作。但容易堵塞，需在池頂各束管端頭增設(shè)觀察球及高壓水沖洗裝置。因沼氣釋放口的設(shè)置聚集在池底中部，適合于小直徑且坡度較大錐底的池形。攪拌器的選型根據(jù)整池的容積確定。

4

④底部多根吹管式沼氣攪拌器

底部多根吹管式沼氣攪拌器主要由多根沼氣輸送管和沼氣釋放口組成。沼氣輸送管可從池頂部側(cè)壁或池側(cè)面進(jìn)入，沿池底伸入到池中部與沼氣釋放口連接。與多根束管式沼氣攪拌器類似，此方式攪拌器的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，易操作。但易堵塞，因沼氣釋放口的設(shè)置聚集在池底中部，適合于小直徑且坡度較大錐底的池形。攪拌器的選型根據(jù)整池的容積選擇。

在上述的四種常用的攪拌器中，螺旋槳機(jī)械攪拌器為機(jī)械式攪拌，其余三種均為沼氣攪拌。這主要是因?yàn)檎託鈹嚢栌泻芏鄡?yōu)勢(shì)：a）沼氣的流動(dòng)帶動(dòng)了污泥在內(nèi)部的循環(huán)；b）造成的湍流效應(yīng)防止了浮渣的產(chǎn)生、混合效果好且改善了氣體分離的效果；c）采用沼氣攪拌無(wú)需考慮池型和液位高度。沼氣攪拌同樣存在一些缺點(diǎn)：a）組成復(fù)雜，一般包含沼氣壓縮機(jī)、沼氣噴射管、沼氣循環(huán)管、冷凝水排放設(shè)備和沼氣過(guò)濾器等，造成了運(yùn)行管理的復(fù)雜；b）沼氣是易燃易爆氣體，針對(duì)沼氣的設(shè)備需要特殊的安全措施。

與厭氧消化相比，好氧消化的目標(biāo)是通過(guò)對(duì)可生物降解有機(jī)物的氧化產(chǎn)生穩(wěn)定的產(chǎn)物，減少質(zhì)量和體積，減少病原菌，改善污泥特性，以利于進(jìn)一步處理。

好氧消化通常用于處理能力小于1.89×104m3/d的污水廠，而且通常將初沉污泥與二沉污泥進(jìn)行混合消化，這時(shí)的氧需求量大于對(duì)單獨(dú)的生物污泥進(jìn)行處理。消化池宜設(shè)置格柵和撇渣設(shè)備，進(jìn)水不宜含有過(guò)高的無(wú)機(jī)物，并宜經(jīng)過(guò)磨碎，以防止雜物對(duì)曝氣設(shè)備的堵塞，即使如此，曝氣設(shè)施仍然需要進(jìn)行充分的考慮，防止油脂和浮渣等在消化池表面積累。

美國(guó)、日本、加拿大等國(guó)家，目前都有不少中小型污水廠運(yùn)用好氧消化技術(shù)，特別是丹麥大約有40％的污泥使用好氧消化法進(jìn)行穩(wěn)定化處理。