《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥厭氧消化工藝設計與運行管理指南》

1、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥厭氧消化工藝設計與運行管理指南11 總則編制目的為了深化對城鎮(zhèn)污水處理廠污泥厭氧消化技術(shù)原理和工藝的理解，提升我國污泥厭氧消化的工藝設計和運行管理水平，在查閱國內(nèi)外相關技術(shù)材料、 調(diào)研國內(nèi)相關工程的基礎上，依據(jù)國家和行業(yè)相關法律法規(guī)和標準規(guī)范，編制本指南。適用范圍本指南適用于城鎮(zhèn)污水處理廠污泥厭氧消化的工藝設計和運行管理。22 術(shù)語和定義污泥厭氧消化sludge anaerobic digestion在無氧條件下， 使污泥中的有機物生物降解和穩(wěn)定的過程，該過程可產(chǎn)生沼氣。T/CECS 496-2017，術(shù)語消化時間digestion time污泥在消化池中的平均停留時間。GB

2、 50014-2006（2016年版），術(shù)語揮發(fā)性固體volatile solids污泥固體物質(zhì)在 600時所失去的重量，代表污泥中可通過生物降解的有機物含量水平。GB 50014-2006（2016年版），術(shù)語揮發(fā)性固體容積負荷volume loading rate of volatile solids單位時間內(nèi)對單位消化池容積投入的原污泥中揮發(fā)性固體重量。GB 50014-2006（2016年版），術(shù)語沼氣biogas污泥厭氧消化時有機物分解產(chǎn)生的氣體，主要成分為甲烷和二氧化碳， 并有少量的氫、氮和硫化氫等。T/CECS 496-2017，術(shù)語沼液digestion effluent污泥厭

3、氧消化后的上清液。T/CECS 496-2017，術(shù)語33 污泥厭氧消化工藝3.1原理與作用污泥厭氧消化及其優(yōu)缺點污泥厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應， 分解有機物質(zhì)， 實現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化和資源化的一種處理工藝。污泥厭氧消化具有以下優(yōu)點：產(chǎn)生甲烷這一能源氣體，除滿足厭氧消化自身的能量需求外，多余的甲烷氣體可以用來供熱及發(fā)電，或是用作電機燃料；由于揮發(fā)性固體在厭氧消化過程中轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和水，降低了固體總量。約 30%40%的總固體被分解， 40%60%的揮發(fā)性固體被分解，考慮到遠距離運輸及最終污泥處置問題時，這一優(yōu)點更為突出；厭氧消化過程可削減污泥中的有機物，減少臭味，并

4、殺死部分病原菌和寄生蟲卵，消化后的污泥性能穩(wěn)定，適宜進行土地利用。污泥厭氧消化也存在一些缺點：厭氧消化系統(tǒng)易受到非正常條件的干擾， 要求相對較高的操作控制水平；潛在安全問題，尤其是火災和爆炸風險，對安全管理的要求較高；厭氧消化污泥的脫水性能可能有所降低；消化后產(chǎn)生的沼液含有較高濃度的 COD、懸浮物及氮磷， 沼液處理難度較大。污泥厭氧消化原理厭氧消化是由多種微生物參與的、 多階段的復雜生化過程， 至今有多種理論來對其進行闡釋，包括兩階段理論、三階段理論、四階段理論和四種群理論等，目前公認的是 Bryant提出的三階段理論。第一階段，有機物在水解與發(fā)酵細菌的作用下， 使碳水化合物、 蛋白質(zhì)與脂肪

5、，經(jīng)水解和發(fā)酵轉(zhuǎn)化為單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、 CO2和 H2等；第二階段，在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，把第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成H2、 CO2和乙酸。第三階段，通過兩組生理特性不同的產(chǎn)甲烷菌作用，將H2和CO2轉(zhuǎn)化為 CH44或?qū)σ宜崦擊犬a(chǎn)生 CH4。產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)生的能量絕大部分用于維持細菌生存，只有很少能量用于合成新細菌，故細胞的增殖很少。 在厭氧消化過程中， 由乙酸形成的 CH4約占總量的 2/3，由 CO2還原形成的 CH4約占總量的 1/3。三階段厭氧消化的模式如圖所示。4H 2282476復雜有機物較高級有機酸CH4水解與發(fā)酵527220乙酸生成甲烷生成乙酸與脫氫第一階段第二階段第三階段

6、圖3.1-1 有機物厭氧消化模式3.2 工藝類型按消化溫度分類污泥厭氧消化工藝按照消化溫度可分為中溫或高溫消化。中溫厭氧消化溫度維持在 35± 2，固體停留時間應大于 20d；高溫厭氧消化溫度控制在 55± 2，停留時間可縮短至 1015d。與中溫厭氧消化相比，高溫厭氧消化具有以下優(yōu)勢：固體負荷率更高，揮發(fā)性固體降解率更高；有效殺滅各種病原菌和寄生蟲卵；高溫有助于抑制浮渣和泡沫形成；產(chǎn)品具有更好的脫水性能。高溫厭氧消化的限制性表現(xiàn)在以下方面：嗜熱細菌對溫度的快速變化更為敏感，高溫厭氧消化的操作要求更高；能耗較高，運行費用較高。對于采用高溫熱水解等預處理的厭氧消化工藝，由于預

7、處理出泥溫度較高，5采用高溫厭氧消化可減少熱損失。對于具體項目， 應通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定采用中溫或高溫厭氧消化工藝。按消化級數(shù)分類污泥厭氧消化工藝按照消化級數(shù)分可為單級或兩級消化。單級厭氧消化是指污泥在同一個厭氧消化池中完成整個厭氧消化過程。 兩級厭氧消化將整個消化過程分為兩級， 第一級消化池加熱、 攪拌和收集沼氣； 第二級消化池不加熱不攪拌， 利用第一級消化后的余熱繼續(xù)消化， 其主要功能是濃縮污泥和排除上清液。 兩級厭氧消化池的容積比應根據(jù)其運行操作方式， 通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定，一般為 2:14:1。在不延長總消化時間的前提下， 兩級厭氧消化對有機固體的分解率并無提高。一般由于第二級的靜置沉

8、降和不加熱， 提高了厭氧消化污泥的濃度， 減少了污泥脫水的規(guī)模和投資， 但隨著污泥脫水技術(shù)的發(fā)展， 厭氧消化污泥濃度對脫水設施影響減小，污泥厭氧消化多采用單級。按消化相數(shù)分類污泥厭氧消化工藝按照消化相數(shù)可分為單相或兩相消化。非產(chǎn)甲烷菌種類繁多， 生長快，對環(huán)境條件變化不太敏感； 產(chǎn)甲烷菌則恰好相反，專一性很強，對環(huán)境條件要求苛刻，繁殖緩慢。單相厭氧消化是指包括水解、酸化、產(chǎn)甲烷等反應均在一個反應器中完成。 兩相厭氧消化是將產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個階段分離在兩個串聯(lián)反應器中， 使非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌各自在最佳環(huán)境條件下生長的厭氧消化工藝， 這樣不僅有利于充分發(fā)揮其各自的活性， 而且提高了處理效果，達到了

9、提高容積負荷率、 減小反應器容積、增加運行穩(wěn)定性的目的。但兩相厭氧因相分離會導致操作復雜，且酸化階段會產(chǎn)生高濃度的硫化氫。按固體濃度分類污泥厭氧消化工藝按照消化固體濃度可分為常規(guī)濃度或高含固濃度消化。常規(guī)濃度厭氧消化的進料含固率一般為3%5%，處理對象為濃縮污泥。常規(guī)濃度厭氧消化啟動較簡單，但過高的含水率大大增加了處理設備的占地面積，提高了投資成本，且有機負荷相對較低，產(chǎn)氣率不高，使得能量回收率低。6高含固厭氧消化的進料含固率一般為8%12%。高含固濃度厭氧消化處理負荷高，所需反應器容積大大減小，保溫能量需求降低，工程效益顯著提高。對于收集污水處理廠污泥集中處理的厭氧消化工程，采用高含固厭氧消

10、化工藝， 有助于減少稀釋水的用量。厭氧消化工藝發(fā)展1、高含固厭氧消化工藝高含固厭氧消化工藝在提高單位體積處理量和產(chǎn)能效率方面具有顯著的優(yōu)勢，近年來新建的污泥厭氧消化工程大多采用高含固厭氧消化工藝。高含固厭氧消化系統(tǒng)的組成及工藝流程如圖3.2-1所示。各污水處理廠含水率80%的脫水污泥經(jīng)漿化調(diào)質(zhì)后進入?yún)捬跸到y(tǒng)，當依托其中一個污水廠建設時，該廠的剩余污泥可直接泵送至漿化池。二次污染防治系統(tǒng)消化污泥脫水系統(tǒng)沼液處理系統(tǒng)沼氣火炬尾氣凈化脫水污泥脫水系統(tǒng)后續(xù)處理處置煙氣沼氣發(fā)電沼氣收集處理利用系統(tǒng)消化系統(tǒng)預處理系統(tǒng)收集系統(tǒng)沼氣凈化沼氣貯存沼氣厭氧消化池消化污泥熱量漿化調(diào)質(zhì)車輛運輸車輛運輸車輛運輸脫水

11、污泥脫水污泥脫水污泥（A污水廠）（B污水廠）（ 污水廠）精制天然氣煙氣沼氣鍋爐稀釋水泵送（當依托于剩余污泥一個污水廠（污水廠）時采用）圖3.2-1 高含固厭氧消化工藝流程圖72、基于高溫熱水解預處理的高含固厭氧消化工藝高溫熱水解預處理工藝采用高溫、 高壓對污泥進行熱水解與閃蒸處理， 使污泥中的胞外聚合物和大分子有機物發(fā)生水解、 并破解污泥中微生物的細胞壁。 高溫熱水解預處理對于改善污泥厭氧消化性能的作用體現(xiàn)在：增加懸浮性顆粒污泥的可溶性。由于溶解性物質(zhì)較顆粒性污泥易降解，熱水解預處理增加了厭氧消化的有機物降解率和產(chǎn)氣量；降低污泥的粘滯性。在相同的含固率和溫度條件下，熱水解后污泥的粘滯性僅為熱水

12、解前的 1/10，改善物料的流動性；改善污泥的衛(wèi)生性能。高溫高壓反應條件和較長的反應時間，能殺滅污泥中的病原菌等有害微生物，有利于厭氧消化后沼渣的資源化利用。另一方面，盡管在熱水解預處理后厭氧消化的沼氣產(chǎn)量提高， 但產(chǎn)生的沼氣大多要用于熱水解工藝本身，沼氣收益相對較小。基于高溫熱水解預處理的高含固厭氧消化系統(tǒng)的組成及工藝流程如圖 3.2-2 所示。熱水解預處理主要包括預熱漿化、 熱水解反應和閃蒸泄壓三個階段， 具體包括：預熱階段：待處理污泥和閃蒸蒸汽混合，使污泥溫度升高至 80-100；反應階段：預熱污泥和來自蒸汽鍋爐的高溫蒸汽混合后， 溫度達到 150-170、壓力 5-6 bar，反應時間

13、保持 20-30min；閃蒸階段：通過泄壓，壓力從 5-6 bar降至 1 bar，蒸汽釋放到前端進行污泥預熱。8二次污染防治系統(tǒng)消化污泥脫水系統(tǒng)沼氣收集處理利用系統(tǒng)消化系統(tǒng)熱水解預處理系統(tǒng)收集系統(tǒng)沼液處理系統(tǒng)沼氣火炬尾氣凈化脫水污泥脫水系統(tǒng)后續(xù)處理處置煙氣沼氣發(fā)電沼氣凈化沼氣貯存精制天然氣煙氣沼氣沼氣鍋爐厭氧消化池消化污泥閃蒸熱量蒸汽供熱回收反應漿化集中調(diào)質(zhì)車輛運輸車輛運輸車輛運輸泵送脫水污泥脫水污泥脫水污泥剩余污泥（當依托于（A污水廠）（B污水廠）（ 污水廠）（污水廠）一個污水廠時采用）圖3.2-2 基于高溫熱水解預處理的高含固厭氧消化工藝流程圖3、協(xié)同厭氧消化工藝協(xié)同厭氧消化是指兩種或兩

14、種以上物料混合后共同進行厭氧處理， 不同物料混合后進行共消化對提高消化系統(tǒng)本身的性能， 以及提高整體的經(jīng)濟性都有積極作用。在提高消化系統(tǒng)本身的性能方面， 其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在： 提高了系統(tǒng)的碳氮比，有利于厭氧消化系統(tǒng)的高效運行； 餐廚垃圾和污泥協(xié)同互補， 降低了氨氮和重金屬離子等抑制物的濃度， 緩沖能力得到提升， 提高了厭氧消化系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。而在提高整體經(jīng)濟性方面， 協(xié)同厭氧消化的優(yōu)勢體現(xiàn)在： 不同的廢棄物共享處理設施， 減少廢棄物處理分支流程； 便于進行集中式規(guī)?；幚恚?發(fā)揮規(guī)模效應，降低運行成本。目前與城市污泥進行協(xié)同厭氧消化的物料一般為餐廚垃圾， 如鎮(zhèn)江市餐廚廢棄物及生活污泥協(xié)同處理工

15、程、 襄陽市有機廢棄物綜合處理中心等。 此外，動物糞便以及一些工業(yè)有機廢棄物也可作為污泥的協(xié)同消化物料。9污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化系統(tǒng)的組成及工藝流程如圖3.2-3所示。污泥的熱水解預處理為可選單元。 餐廚垃圾的預處理主要包括粗分、精分制漿、 除砂除渣和加熱提油四個步驟， 如采用一體化源頭分選打漿車收運，漿料進入廠內(nèi)后可僅進行提油處理。二次污染防沼液處理系統(tǒng)沼氣火炬尾氣凈化治系統(tǒng)消化污泥脫水系統(tǒng)脫水污泥脫水系統(tǒng)后續(xù)處理處置煙氣沼氣發(fā)電沼氣收集處沼氣凈化沼氣貯存精制天然氣理利用系統(tǒng)煙氣沼氣沼氣鍋爐消化系統(tǒng)消化污泥厭氧消化池蒸汽供熱蒸汽供熱閃蒸加熱提油預處理系統(tǒng)熱量反應回收除砂除渣漿化精分制漿集

16、中調(diào)質(zhì)粗分系統(tǒng)一體化源頭分選打漿收運車收集系統(tǒng)脫水污泥餐廚垃圾圖3.2-3 污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化工藝流程圖104 污泥厭氧消化設計4.1 工藝設計進料要求污水預處理過程的除砂、 除渣效果將直接影響污泥厭氧消化運行效果， 應通過格柵和沉砂池的優(yōu)化運行， 盡量減少污泥中的砂粒和纖維等物質(zhì)， 尤其是粒徑大于 0.2mm的砂粒和長度大于 40mm的纖維，實現(xiàn)對管道、閥門、泵體和厭氧消化池的保護，消除或減輕堵塞、纏繞、磨損、沉積等現(xiàn)象。可采用的設備包括污泥研磨機、污泥篩分機等。厭氧消化反應的理想 C/N比為 1020，就不同類型的污泥來說，我國污水廠初沉污泥的 C/N比為（ 9.4010.35）:

17、1，剩余污泥為（ 4.605.04）:1，混合污泥為（ 6.807.50）:1。初沉污泥有機物含量高、氣體產(chǎn)量大，比較適合厭氧消化，混合污泥次之，因此有初次沉淀池系統(tǒng)的污水廠， 剩余污泥宜和初沉污泥合并進行厭氧消化處理。當有條件時，污泥可和餐廚垃圾等有機廢棄物進行協(xié)同厭氧消化，C/N 比低的污泥與 C/N 比高的有機物混合后，使厭氧菌獲得了較佳的C/N比條件，進一步提高厭氧消化處理效率。設計參數(shù)1、消化溫度消化溫度是厭氧消化設計和能量平衡的重要工藝參數(shù)，對有機物負荷和產(chǎn)氣量有明顯影響。 根據(jù)微生物對溫度的適應性，可將污泥厭氧消化分為中溫（一般3038）厭氧消化和高溫 （一般 5057）厭氧消化

18、。大多數(shù)的厭氧消化系統(tǒng)設計成中溫范圍（ 35± 2），一些系統(tǒng)設計成高溫范圍（55± 2），當采用高溫熱水解預處理時，實際厭氧消化溫度也可能介于兩者之間。相對于消化溫度的選擇， 維持消化池內(nèi)操作溫度恒定更為重要。這是由于細菌（特別是產(chǎn)甲烷菌）對溫度變化很敏感，溫度變化大于1/d就會對消化過程產(chǎn)生嚴重影響。因此，溫度波動應控制在1/d以內(nèi)。2、消化時間在厭氧消化過程中， 微生物需要一定的時間來對有機物進行消化降解，消化11時間一般作為確定反應池容積的設計參數(shù)。在沒有污泥回流或者上清液排出的厭氧消化系統(tǒng)中，固體停留時間（SRT）等同于水力停留時間（ HRT ）。停留時間和厭氧消

19、化三段反應（水解、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷）的程度是直接相關的：增加SRT即增加反應深度；減小 SRT即減小反應深度。每一反應都對應一個最小SRT，如果SRT小于這一最小值，微生物就不能保證足夠的增長速度并大量流失，以那些微生物為媒介的反應也會終止，消化過程中斷。對于中溫厭氧消化過程，最短的SRT需要 10d，一般取 2030d，高溫厭氧消化 SRT一般取 1015d。確定消化時間時，必須考慮最高峰的負荷。3、揮發(fā)性固體容積負荷揮發(fā)性固體容積負荷是確定反應池容積的另一重要參數(shù)。揮發(fā)性固體容積負荷過低會造成消化池容積較大， 產(chǎn)氣量不足以供給維持消化池溫度所必需的能量，建設和運行費用均較高； 揮發(fā)性固體容積負

20、荷的上限則一般由有毒物質(zhì)積累速率、氨或甲烷形成的沖擊負荷決定。4、厭氧消化池有效容積厭氧消化池的總有效容積， 應根據(jù)厭氧消化時間或揮發(fā)性固體容積負荷計算，并將兩個參數(shù)的計算結(jié)果互相校核， 保證消化池設計合理， 運行可靠。厭氧消化池有效容積的計算公式如下：V Q0 td（ 4.1-1）WSV（ 4.1-2）LV式中：V消化池總有效容積（m3）；3Q0 每日投入消化池的原污泥量（m /d）；WS每日投入消化池的原污泥中揮發(fā)性固體重量（ kgVSS/d）；LV消化池揮發(fā)性固體容積負荷 kgVSS/（m3·d）。5、揮發(fā)性固體去除率厭氧消化通過去除揮發(fā)性固體以達到污泥穩(wěn)定的目的。揮發(fā)性固體去

21、除率是指通過厭氧消化，污泥中的有機物被降解去除的百分比，可按下式計算：12Q × ×-Q× ×iiidddVSR =×100Qi ×i ×i（ 4.1-3 ）式中：VSR 揮發(fā)性固體去除率（ %）；3Qi 進料污泥體積流量（ m /d）；3Qd 出料污泥體積流量（ m /d）；3i 進料混合液污泥濃度（kg/m ）；3d 出料混合液污泥濃度（kg/m ）；i 進料污泥有機物含量（干基），（%）；d 出料污泥有機物含量（干基），（%）。根據(jù)調(diào)查資料，我國現(xiàn)有的厭氧消化池設計有機固體分解率在30%50%，實際運行基本達到 40%

22、。現(xiàn)行國家標準城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準 GB 18918第條提出的污泥穩(wěn)定化控制指標為：采用厭氧消化時，有機物降解率 40%；室外排水設計規(guī)范 GB 50014規(guī)定，污泥消化后揮發(fā)性固體去除率應大于 40%；根據(jù)美國 EPA PART503規(guī)定，污泥厭氧消化后可揮發(fā)性固體降解率大于 38%，若未達到該要求，則繼續(xù)通過實驗室試驗進行判定。6、沼氣產(chǎn)率沼氣產(chǎn)率因消化池內(nèi)的不同有機物而存在差異。 表4.1-1列出了幾種基質(zhì)的具體產(chǎn)氣率。典型的市政污泥的沼氣產(chǎn)率一般為 0.751.10Nm3/kgVSS去除 。表4.1-1 典型基質(zhì)產(chǎn)氣率基質(zhì)去除單位質(zhì)量基質(zhì)的產(chǎn)氣量m3/kg甲烷含量， %脂肪1.

23、2-1.662-72浮渣0.9-1.070-75油脂1.168粗纖維0.845-50蛋白質(zhì)0.7737、典型工藝設計參數(shù)常規(guī)濃度厭氧消化工藝的設計參數(shù)如下：多級消化池的第一級或者單級消化池的消化溫度宜為33°C38°C；消化時間宜為 20d30d；13揮發(fā)性固體容積負荷取值：重力濃縮后的污泥宜為0.6kgVSS/（ m3·d）1.5kgVSS/（m3·d）；機械濃縮后的污泥不應大于2.3kgVSS/（m3·d）。我國部分常規(guī)濃度厭氧消化工程設計參數(shù)如表4.1-2所示。表4.1-2部分常規(guī)濃度厭氧消化工程主要設計參數(shù)參數(shù)處理量（ tDS/d ）消

24、化池類型單池有效容積（ m3）消化池數(shù)量（座）一級消化 SRT（d）二級消化 SRT（d）進泥含固率（ %）消化溫度（ °C）污泥氣日產(chǎn)量（萬 m3）污泥氣產(chǎn)率（m3/m3）攪拌強度（ W/m 3）青島麥島上海白龍港鄭州王新莊北京小紅門4820466132.5圓柱形卵形圓柱形卵形1270012400100001230028452024.3182063.8-4553.2353535351.444.45230.590.450.50.490.94.73高含固厭氧消化工藝的設計參數(shù)如下：消化池溫度宜為 33°C38°C；污泥含水率宜為 90%92%；消化時間宜為 20d3

25、0d；揮發(fā)性固體容積負荷取值宜為1.6kgVSS/（m3·d）3.5kgVSS/（m3·d）。我國已相繼建成了大連夏家河、鄭州馬頭崗、 長沙黑糜峰、 浙江寧海縣城北和湖北襄陽等多個高含固污泥厭氧消化處理設施，部分高含固厭氧消化工程的設計參數(shù)如表 4.1-3所示。表4.1-3部分高含固厭氧消化工程主要設計參數(shù)參數(shù)大連夏家河鄭州馬頭崗長沙黑糜峰處理量（ tDS/d）120160100脫水污泥稀釋至剩余污泥 + 化學污泥先重力脫水污泥熱水解濃縮方式濃縮至 98%，后與初沉污泥預處理至含固率含固率 10%混合共同機械濃縮至 90%10%-12%單池有效容積（ m3）22302200

26、10000消化池數(shù)量（座）12162消化 SRT（ d）22222014參數(shù)大連夏家河鄭州馬頭崗長沙黑糜峰進泥含固率（ %）10%10%10%消化溫度（ °C）3535-3753-55揮發(fā)性固體容積負荷2.47（VS/TS 按照2.472.75kgVSS/(m 3·d)0.55 計算）（VS/TS 按照 0.55 計算）污泥氣日產(chǎn)量2.7632（萬 m3 ）容積污泥氣產(chǎn)率1.030.841.0（ m3/m3）攪拌方式機械攪拌攪拌器 +循環(huán)泵污泥氣機械攪拌強度 （W/m 3）19.720+8.4以高溫熱水解作為預處理時，設計參數(shù)如下：厭氧消化池溫度宜為 37°C42

27、°C；污泥含水率宜為 88%92%；消化時間宜為 15d20d；揮發(fā)性固體容積負荷宜為2.8kgVSS/（ m3·d） 5kgVSS/（m3 ·d）。4.2 物料預處理污泥熱水解污泥熱水解工藝包括預熱、反應和閃蒸三個階段，具體步驟如下：待處理污泥和閃蒸蒸汽混合，使污泥溫度升高至80-100；預熱污泥和新鮮蒸汽充分混合，混合后的污泥溫度達到 150-170，送至熱水解反應罐；熱水解反應罐的反應時間為20-30min，通常采用多個反應罐，按既定程序連續(xù)運行，每個反應罐依次完成進泥、反應、卸泥的過程；熱水解污泥在緩沖罐中通過泄壓完成“閃蒸”過程，壓力從5-6 bar降至

28、1 bar，“閃蒸”過程中，污泥中所含的細胞膜破裂，細胞物質(zhì)溶出，其他微粒物質(zhì)也被打碎；出泥溫度較高，不能直接進入?yún)捬豕?，通過換熱器對污泥降溫處理；廢氣由熱水解污泥“閃蒸”過程中產(chǎn)生的可凝和不可凝氣體組成，從預熱罐中抽取廢氣送至廢氣處理系統(tǒng)，水蒸氣在廢氣處理系統(tǒng)中冷凝，不可凝氣體可通過水射器注入?yún)捬跸剡M行處理。15以預熱溫度 97、反應溫度 170、閃蒸后溫度 102為例， 說明污泥熱水解的主要計算步驟如下：（1）污泥溫度升高至預熱溫度所需的熱量-（ 4.2-1）式中：Q1 進泥溫度升高到預熱溫度的耗熱量，J/d；Ws 每天的進泥量， kg/d；Cp 污泥比熱， 4200J/kg；97 預

29、熱溫度， ；T1進料溫度， 。（2）與待處理污泥混合的閃蒸蒸汽量1=12677522 - 406185（ 4.2-2）式中： 與進泥混合的閃蒸蒸汽量，kg/d；2677522 102蒸汽含熱量， J/kg；406185 97水含熱量， J/kg。（3）反應罐的新鮮蒸汽需求量?+1 × 717199 - 4061852 =2754077 - 717199（ 4.2-3）式中： 反應罐的新鮮蒸汽需求量，kg/d；717199 170水含熱量， J/kg；406185 97水含熱量， J/kg；2754077通入蒸汽含熱量（假定0.6MPa，按實際取值）， J/kg。餐廚預處理餐廚垃圾的預

30、處理流程見圖3.2-3，采用逐級分離的工藝， 去除餐廚垃圾中的各類雜物。通過粗分、精分制漿兩級預處理工藝，最大化地將瓷盤、玻璃瓶、金屬物質(zhì)、貝殼、骨頭等硬性物質(zhì)和塑料、餐巾等輕物質(zhì)有效分離出來，避免對后16續(xù)設備造成磨損和堵塞。 除砂除渣工藝用于減少有機漿料中無機物含量和輕薄纖維物質(zhì)的含量。 由于我國餐廚垃圾的油脂含量較高， 會抑制厭氧消化， 且不利于沼渣的資源化利用，因此一般還需提油處理。上述預處理工藝也可采用一體化源頭分選打漿車實現(xiàn)， 可減輕廠內(nèi)壓力， 改善廠區(qū)環(huán)境，漿料進入廠內(nèi)后僅進行提油，提取的毛油可用于制造機械潤滑油、肥皂等產(chǎn)品。餐廚垃圾提油處理需將漿料加熱至70左右，需熱量按式 4

31、.2-4計算：-（ 4.2-4）式中：Q2 餐廚垃圾提油的耗熱量，J/d；Wf 餐廚垃圾每天的進料量，kg/d；Cp 物料比熱， 4200J/kg；70 加熱罐溫度， ；T1進料溫度， 。4.3 池體構(gòu)造池形選擇設計良好的厭氧消化池應具有工藝條件好、 防止沉淀、沒有死區(qū)、混合良好、易去除浮渣和泡沫等特點。 可根據(jù)工藝條件、 投資成本和景觀要求等因素選擇池形。常用的池形有以下幾種：（1）龜甲形厭氧消化池：優(yōu)點是土建造價低、結(jié)構(gòu)設計簡單，但對攪拌系統(tǒng)要求高，能確保防止和消除沉積物，因此相配套的設備投資和運行費用較高。龜甲形厭氧消化池在英國、美國采用的較多。（2）錐底圓柱形厭氧消化池：形狀為圓柱狀中

32、部（高徑比為 1）、圓錐形底部和頂部，下底坡度為 1.01.7，頂部坡度為 0.61.0。這類消化池有利于內(nèi)循環(huán)，熱量損失相對較小，攪拌系統(tǒng)可選擇性好。但底部容積較大，易堆積砂料，需要定期停運進行清理。 此外，在形狀變化的部分存在尖角， 應力很容易聚集在這些區(qū)域，使結(jié)構(gòu)處理較困難。 底部和頂部的圓錐部分， 在土建施工澆注時混凝土難密實，易產(chǎn)生滲漏。錐底圓柱形厭氧消化池在中歐及我國比較常用。17（3）卵形：卵形消化池通過構(gòu)造達到清除砂渣的目的，邊壁陡峭坡向頂部迫使浮渣集中在有限的區(qū)域內(nèi)， 既有利于清除也利于攪拌打碎成液狀； 陡峭的底坡使砂粒碎屑集中，便于清除。因此相對上述兩類消化池來說， 減少了

33、攪拌能耗。其他優(yōu)點還包括：一定池容條件下，池體總表面積小，熱量損失少；結(jié)構(gòu)受力好，節(jié)省建材；外形美觀等。卵形消化池池體上、 下錐體母線與水平面夾角宜取 45o，高度與最大內(nèi)徑之比宜為 1.501.75，最大內(nèi)徑不宜大于 25m。卵形消化池在德國采用較多，我國也有卵形消化池。（4）平底圓柱形：平底圓柱形池是一種土建成本較低的池形，圓柱部分的高度直徑 1，在歐洲應用較為普遍。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(nèi)多點安裝的懸掛噴入式沼氣攪拌技術(shù)。以上幾種厭氧消化池形示意圖如圖4.3-1所示。（a）龜甲形；（ b）錐底圓柱形；（ c）卵形；（ d）平底圓柱形圖4.3-1常見厭氧消化池形狀

34、近年來，一體化厭氧反應器的應用較普遍。 其主要結(jié)構(gòu)特點是： 反應器下部為厭氧消化區(qū)， 罐內(nèi)安裝側(cè)式攪拌器或立式攪拌器， 同時配套排砂、 排渣裝置和溫度調(diào)節(jié)等附屬設備， 部分一體化設施頂部設置沼氣儲柜。 一體化厭氧反應器一般采用鋼制結(jié)構(gòu)，可采用焊接、鋼板拼裝和螺旋雙折邊咬口結(jié)構(gòu)，容積一般在300010000m3，最大可達 30000m3 以上。由于攪拌設備的提升，一體化厭氧反應器較適用于高含固厭氧消化；其另一優(yōu)勢在于可縮短工期，建設周期可減少約50%。構(gòu)造要求1、頂蓋厭氧消化池的頂蓋用以收集氣體、 減少臭氣、保持內(nèi)部恒溫、維持厭氧條件。18頂蓋的類型有以下幾種：（1）固定式蓋：通常為圓頂形和水平

35、形，由鋼筋混凝土、鋼或玻璃纖維增強聚酯制作而成，缺點是引入空氣會形成爆炸性氣體， 或在池內(nèi)形成正壓或負壓。（2）浮動式蓋：通常用于單級厭氧消化池或兩級厭氧消化池的第二階段，最大垂直行程為 23m，當沼氣產(chǎn)量供大于求時可被貯存在浮動蓋內(nèi)。浮動蓋式消化池一般不需設計氣柜， 適用于小型污水處理廠的污泥消化， 以及高徑比較小的池形，國外采用較多，缺點是泡沫嚴重時會產(chǎn)生傾斜。（3）膜式蓋：由中央小型集氣穹頂支撐結(jié)構(gòu)和彈性氣膜組成，鼓氣系統(tǒng)通過給兩膜之間空隙打入空氣來改變貯氣空隙的體積。 隨著產(chǎn)氣體積的增加， 通過空氣釋放使空氣體積減少。隨著產(chǎn)氣量的減少，通過鼓風機向空隙補充空氣。厭氧消化池頂部宜預留一定

36、膨脹空間。這主要是考慮污泥屬于非牛頓流體，在攪拌間歇， 污泥粘度升高， 污泥中的氣體上升速度變慢， 氣體滯留在污泥中導致污泥體積膨脹， 一旦氣體快速釋放， 易造成污泥外溢和沼氣泄漏。 按照國外設計經(jīng)驗，膨脹空間的容積占總有效容積的 3%5%。頂蓋還需設置安全閥、 觀察窗和消泡裝置等設施。 安全閥可采用水封式安全閥。觀察窗用于觀測消化池內(nèi)池面的工況， 應采用雙層結(jié)構(gòu)， 并安裝內(nèi)部水刷和觀測燈，便于操作人員對池內(nèi)運行情況進行觀察。消泡裝置應采用旋轉(zhuǎn)式噴嘴，用于去除消化池內(nèi)泡沫和浮渣層。2、人孔厭氧消化池設計中應設置人孔， 以便定期清砂。一般應設置單獨的側(cè)壁人孔，其大小足以讓操作人員攜帶清理設備進出

37、。基于操作人員進出和重型設備搬運的方便性考慮，人孔距地面的距離不大于1000mm，一般取 600mm800mm。部分厭氧消化池還在頂壁設置人孔。防腐和保溫要求厭氧消化工程中， 厭氧菌將介質(zhì)中的硫酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧瘹洌瑫r好氧菌又將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫酸， 因此對混凝土或鋼結(jié)構(gòu)存在較大的腐蝕，池內(nèi)壁應進行防腐處理。特別是池內(nèi)壁液面以上及液面以下2m范圍內(nèi)應進行加強防腐處理，防腐等級可按強腐蝕要求執(zhí)行，池壁其余部分均應進行防腐涂層處理。厭氧消化池的池蓋、 池壁和池底等主體結(jié)構(gòu)層的外側(cè)應設置保溫層，以減少19消化池的熱損耗。 外表面一般采用高發(fā)泡聚氨酯、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料等材料進行保溫，保溫層厚度不宜小

38、于100mm。4.4 管道布置污泥管道涉及進泥口、出泥口、循環(huán)管和取樣管等。進泥口一般設置多個， 其位置應盡量避免污泥短流。 進泥口的設置位置分為消化池液面上方和下方， 液面上方進泥有助于攪拌均勻和破碎液面浮渣； 液面下方進泥有助于液位的穩(wěn)定。一般液面上方應至少設置一個進泥口。出泥口一般在不同液位設置多個， 通過改變液位， 改變消化池有效容積、 消化時間和內(nèi)部壓力。 應用液位可調(diào)式溢流口， 也可調(diào)整溢流管出泥的高度， 起到與在不同液位設置出泥口相同的作用。溢流管出口和表面排渣管出口不得設在室內(nèi)， 以免發(fā)生沼氣外泄， 危及人身安全。同時溢流管和排渣管必須設置水封裝置， 作用是減少沼氣泄漏， 并避

39、免空氣進入?yún)捬跸赜绊懴瘲l件。污泥循環(huán)一方面起到攪拌作用， 另一方面將循環(huán)污泥與進泥按一定比例混合，加熱后注入消化池。 厭氧消化池宜在不同液位設置污泥循環(huán)管， 目的是便于選擇循環(huán)污泥的選取區(qū)域，有利于污泥均勻混合。污泥取樣管應至少設置兩個，取樣管的管口位置應至少伸入最低泥位以下0.5m，最小管徑應為 100mm。污泥管道設計還有以下共性要求：除取樣管外，污泥管道直徑不應小于150mm；宜采用鋼管，并采取防腐措施；污泥投配和循環(huán)管道應進行保溫，防止熱量擴散損失；污泥易在管路中淤積，設計須考慮管道的清洗或沖洗，留有高壓水或蒸汽清掃的連接口，且管道布置應保留合理間距，便于維護檢修和清理。4.5

40、攪拌型式攪拌方式通過對厭氧消化池中物料的充分攪拌，有助于使生污泥與熟污泥充分接觸，20提高消化效果；使中間產(chǎn)物與代謝產(chǎn)物在消化池內(nèi)均勻分布；使池內(nèi)溫度和 pH 值保持均勻；通過攪拌及攪拌時產(chǎn)生的振動能更有效地使沼氣溢出液面； 同時可防止池內(nèi)產(chǎn)生浮渣。 可采用的攪拌方式包括池內(nèi)機械攪拌、 沼氣攪拌和池外泵循環(huán)攪拌，不同的攪拌方式有著不同的優(yōu)缺點。 攪拌方式的選擇和污泥濃度、 黏滯系數(shù)、池容、池形等因素有關。 機械攪拌和沼氣攪拌是目前厭氧消化池的主要攪拌方式，池外泵循環(huán)攪拌適用于小型厭氧消化池，或與其他攪拌方式結(jié)合使用。1、機械攪拌該攪拌方式通常使用低速轉(zhuǎn)動的螺旋葉輪槳， 通過池外電機驅(qū)動而轉(zhuǎn)動對

41、消化混合液進行攪拌。 可采用立軸式攪拌器或側(cè)裝式水下攪拌器。 立軸式攪拌器可配置垂直導流筒， 通過導流筒向上或向下兩個方向推動污泥， 起到消除浮渣層的作用。側(cè)裝式水下攪拌器的最佳攪拌半徑為 36m，對于直徑較大的消化池，可設置多個攪拌器，呈等邊三角形等均勻方式布置。機械攪拌設備組成簡單， 操作容易， 維修量小，相對來說更適用于卵形或者坡度較大錐底的圓柱形消化池。 缺點是對液位敏感，攪拌槳易被碎屑和纖維阻礙，當池內(nèi)的攪拌槳發(fā)生故障時，消化系統(tǒng)要停止運行，進入內(nèi)部檢修。2、沼氣攪拌沼氣攪拌利用消化產(chǎn)生的沼氣， 并經(jīng)過壓縮后在消化罐內(nèi)釋放， 從而使物料充分混合。沼氣攪拌又可分為氣提式攪拌、豎管式攪拌

42、和擴散式攪拌。（1）氣提式攪拌是利用氣提泵的原理，將沼氣壓入設在消化池中導流管的中部或底部， 沼氣和消化液混合后， 密度減小，含氣泡的污泥沿導流管上升到泥位以上，形成沿垂直方向循環(huán)攪拌的流態(tài)。 氣提式攪拌的特點是構(gòu)造簡單、 易操作；缺點是易堵塞。 因沼氣釋放口的設置聚集在池底中部， 適合于小直徑且錐底坡度較大的池形。（2）豎管式攪拌是在池內(nèi)均勻布置若干根豎管，經(jīng)過加壓的沼氣通過沼氣配氣總管分配到各根豎管， 再從豎管下端噴出， 起到攪拌混合的作用。 豎管式攪拌可以按需要在池內(nèi)多點布置， 并分組運行， 具有結(jié)構(gòu)簡單、 設置和操作靈活等特點。由于可分組攪拌，因此具有所需要的攪拌強度較小，對池的適應性

43、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。21（3）擴散式攪拌是經(jīng)過壓縮的沼氣通過安裝在消化池底部的氣體擴散器在消化池內(nèi)使消化液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動，起到攪拌混合作用。沼氣攪拌的優(yōu)勢在于： 沼氣的流動帶動了污泥在內(nèi)部的循環(huán)， 湍流效應防止了浮渣產(chǎn)生、 混合效果好且改善了氣體分離的效果， 不受液位變化的影響。 但其設備組成復雜， 運行管理復雜， 且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，同時在產(chǎn)氣不足或在啟動期間，攪拌無法充分進行。3、池外泵循環(huán)攪拌池外泵循環(huán)攪拌一般與進料和池外加熱合并一起進行：從反應器排出的厭氧消化

44、污泥被泵送入外部熱交換器，并與進泥混合， 加熱升溫后又被泵入反應罐的底部噴嘴或者穿過頂部的浮渣層送回至厭氧消化反應罐。一般要求外部泵葉輪直徑至少 100mm，管道直徑至少 200mm，但不得超過 600mm。這種攪拌方式適用于體積不超過 4000m3的消化池，對于大型消化池最好設置兩個或以上的泵。缺點是能耗較大，循環(huán)泵存在堵塞、葉輪被砂礫磨損等風險。典型設計參數(shù)消化池攪拌系統(tǒng)的一些典型設計參數(shù)如表4.5-1所示。表4.5-1消化池攪拌系統(tǒng)的設計參數(shù)參數(shù)攪拌系統(tǒng)典型值單位單位能耗機械系統(tǒng)48W/m 3 池容單位氣體流量沼氣攪拌系統(tǒng)47m3/1000m3·min速度梯度 G所有類型508

45、0S-1翻動時間沼氣攪拌和泵循環(huán)攪拌系統(tǒng)2030min速度梯度 G作為衡量混合程度的指標，是單位體積能耗、基質(zhì)黏度、氣體流量、氣體注入壓力等的函數(shù)，合適的 G值為 5080 S-1。翻動時間是消化池容積除以氣管內(nèi)氣體流速，這一概念一般僅用于通氣管氣體和機械泵送循環(huán)系統(tǒng)，典型的消化池翻動周期為2030min。每日將全池污泥完全攪拌（循環(huán)）的次數(shù)不宜少于3次。間歇攪拌時，每次攪拌的時間不宜大于循環(huán)周期的一半，這主要是考慮設備配置和操作的合理性，如果時間太短，設備投資增加太多；如果時間太長，接近循環(huán)周期時，間歇攪拌就失去了意義。224.6 加熱型式加熱方式為使污泥的厭氧生物處理系統(tǒng)維持要求溫度， 以

46、保證消化過程， 必須對消化池進行加熱。 加熱方式分池內(nèi)加熱和池外加熱兩類。 隨著技術(shù)的進步， 近年來新設計的污泥厭氧消化池，大多采用污泥池外熱交換方式加熱。1、池內(nèi)加熱池內(nèi)加熱系熱量直接通入消化池內(nèi)，對污泥進行加熱。池內(nèi)加熱包括熱水循環(huán)和蒸汽直接加熱兩種方式。 熱水循環(huán)熱效率較低， 循環(huán)熱水管外層易結(jié)泥殼， 進一步降低熱傳遞效率， 同時維護困難。 蒸汽直接加熱可以直接注入消化池底部， 也有通過噴嘴加入生污泥或循環(huán)污泥中的做法。 蒸汽注入的熱效率較高， 局部污泥雖有過熱現(xiàn)象， 會使厭氧菌暫時受到抑制， 但能立即恢復代謝作用， 一般不會造成微生物作用的降低； 主要的缺點是蒸汽不能循環(huán)利用，需要不斷補充蒸汽，且由于需注入蒸汽，會使污泥的含水率升高，增大污泥量。2、池外加熱池外加熱是指將污泥從消化池抽出， 通過安裝在循