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厭氧消化工藝設計要點分析
更新時間：2018-12-28
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厭氧消化的工藝設計主要體現(xiàn)在對消化池型、攪拌方式和工藝運行參數的選擇上。總的設計原則是：a）在參考相似工程案例及設計規(guī)范的基礎上，試驗得到佳工藝運行參數，如停留時間、運行溫度、固體負荷、有機負荷；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）簡單、穩(wěn)定的運行保障，如易于操作維護的設備，避免溫度波動的良好換熱設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)。
工藝設計需要確定的內容：a）消化方式的設計；b）消化池形選擇；c）消化池中污泥的混合攪拌方式確定；d）設計參數的選定；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）安全防護措施的保證；j）監(jiān)測和控制方法的確定；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、主要設計參數、消化池中污泥的混合攪拌方式對消化池的工程造價和使用效果影響很大，應謹慎選擇。
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消化方式的設計
①消化溫度，厭氧消化根據運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因其它影響因素發(fā)生較大變化。高溫消化的特點是，分解速率快、產氣速率高、停留時間短，進而提高消化處理能力，節(jié)省消化池容積；另外衛(wèi)生學指標較好，對寄生蟲卵的殺滅率可達95％，大腸菌指數可達10-100；能耗高，溫度控制較難。中溫消化的特點是，相對高溫消化的各項優(yōu)勢較為遜色，但中溫消化運行穩(wěn)定、易于控制，能耗相對較低，設計運行經驗成熟。目前，國內、外多采用中溫厭氧消化。
②消化等級，按照消化池的數量分為一級消化和兩級消化。其中一級消化指污泥厭氧消化是在一個消化池內完成；兩級消化指污泥厭氧消化在兩個消化池內完成，級消化池設有加熱、攪拌裝置及氣體收集裝置，不排上清液和浮渣，第二級消化池不進行加熱和攪拌，僅利用級的余熱繼續(xù)消化，同時排上清液和浮渣。兩級消化工藝的土建費用較高，運行操作比一級消化復雜，在有機物的分解率方面略有提高，產氣率比一級消化約高10％。基于節(jié)省投資費用和運行的簡易穩(wěn)定，目前國內多采用一級消化方式。
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消化池型的選擇
標準的消化池應該具有良好的混合攪拌、良好的去除浮渣泡沫條件、結構條件好和沒有死區(qū)等特點。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)，通過下面的簡單描述為設計提供參考。
平底圓柱形在歐洲應用較為普遍，其高度：直徑=1。這種平底對循環(huán)攪拌系統(tǒng)要求較為單一，多采用可在池內多點安裝的懸掛噴入式沼氣攪拌技術。
錐底圓柱形在我國應用較多，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循環(huán)，熱量損失相對于平底圓柱形要小，攪拌系統(tǒng)可選擇性好。存在的缺點是，底部容積較大，易堆積砂料，需要定期進行清理。另外從結構上看，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上進行的改進，該池形相對上兩類消化池有很多優(yōu)點，如：a）攪拌效果好，池底不容易板結；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）從結構上看，卵形結構受力好，節(jié)省建材；e）外形美觀。
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消化池攪拌方式的選擇
厭氧消化是菌體與底物的接觸反應，在反應過程中需要使兩者充分混合，因此攪拌就變得十分重要。通過設計合理的攪拌方式，達到以下目標：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）防止池內產生大量浮渣。
常用的攪拌方式有三大類，分別是：氣體攪拌、機械攪拌(包括機械葉輪攪拌、機械提升循環(huán)攪拌)和污泥循環(huán)攪拌。國內、外常采用的攪拌方式是沼氣攪拌和機械攪拌，污泥泵循環(huán)方式因電耗較大攪拌效果差很少使用。在攪拌器的設計選擇上，要綜合考慮消化池形、容積、投資費用和運行管理要求等。下面介紹幾種常用的攪拌設備：
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①螺旋槳機械攪拌器
螺旋槳式攪拌設備組成簡單，操作容易，維修量小，可以通過豎管向上或向下兩個方向推動污泥，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。但在池內的螺旋槳發(fā)生故障時，消化系統(tǒng)要停止運行，進入內部檢修。螺旋槳式攪拌器處理能力的表征用一天內將消化池污泥*攪拌次數或完成一次攪拌用的時間。
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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多點布置，并可分組運行。具有結構簡單；設置和操作靈活；由于可分組攪拌，使所需要的攪拌強度較小；對池的適應性強；不受液面控制等優(yōu)點。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。攪拌器的能力表征與螺旋槳式攪拌器相同。
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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入池中，延伸至池底部的釋放口。此攪拌器的特點是構造簡單，易操作。但容易堵塞，需在池頂各束管端頭增設觀察球及高壓水沖洗裝置。因沼氣釋放口的設置聚集在池底中部，適合于小直徑且坡度較大錐底的池形。攪拌器的選型根據整池的容積確定。
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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壁或池側面進入，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是構造簡單，易操作。但易堵塞，因沼氣釋放口的設置聚集在池底中部，適合于小直徑且坡度較大錐底的池形。攪拌器的選型根據整池的容積選擇。
在上述的四種常用的攪拌器中，螺旋槳機械攪拌器為機械式攪拌，其余三種均為沼氣攪拌。這主要是因為沼氣攪拌有很多優(yōu)勢：a）沼氣的流動帶動了污泥在內部的循環(huán)；b）造成的湍流效應防止了浮渣的產生、混合效果好且改善了氣體分離的效果；c）采用沼氣攪拌無需考慮池型和液位高度。沼氣攪拌同樣存在一些缺點：a）組成復雜，一般包含沼氣壓縮機、沼氣噴射管、沼氣循環(huán)管、冷凝水排放設備和沼氣過濾器等，造成了運行管理的復雜；b）沼氣是易燃易爆氣體，針對沼氣的設備需要特殊的安全措施。
與厭氧消化相比，好氧消化的目標是通過對可生物降解有機物的氧化產生穩(wěn)定的產物，減少質量和體積，減少病原菌，改善污泥特性，以利于進一步處理。
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行混合消化，這時的氧需求量大于對單獨的生物污泥進行處理。消化池宜設置格柵和撇渣設備，進水不宜含有過高的無機物，并宜經過磨碎，以防止雜物對曝氣設備的堵塞，即使如此，曝氣設施仍然需要進行充分的考慮，防止油脂和浮渣等在消化池表面積累。
美國、日本、加拿大等國家，目前都有不少中小型污水廠運用好氧消化技術，特別是丹麥大約有40％的污泥使用好氧消化法進行穩(wěn)定化處理。
