污泥消化池的選型與計(jì)算

模塊八污泥處理設(shè)備

任務(wù)二

污泥處理設(shè)備的選型與維護(hù)

知識(shí)點(diǎn)1污泥消化池的選型與維護(hù)教學(xué)內(nèi)容、目標(biāo)1.教學(xué)內(nèi)容污泥消化的原理和影響因素，污泥消化工藝，污泥消化池的類型和結(jié)構(gòu)，污泥消化池的計(jì)算方法，污泥消化池的運(yùn)行維護(hù)方法2.教學(xué)目標(biāo)1）知識(shí)目標(biāo)污泥厭氧消化的原理污泥消化工藝流程污泥消化池的類型和結(jié)構(gòu)2）技能目標(biāo)學(xué)會(huì)污泥消化池溶劑的計(jì)算方法能夠繪制污泥消化池設(shè)計(jì)草圖掌握污泥消化池運(yùn)行維護(hù)的方法3）素質(zhì)態(tài)度要求態(tài)度端正，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，積極和教師和同學(xué)教學(xué)交流遇到的疑問和學(xué)習(xí)心得。污泥消化池的選型與維護(hù)1污泥厭氧處理概述厭氧消化的機(jī)理影響厭氧消化效率的因素2污泥的厭氧消化池的選型與維護(hù)消化工藝消化池構(gòu)造消化池容積的計(jì)算及實(shí)例消化池的啟動(dòng)運(yùn)行與管理１厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。若有機(jī)物的降解產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，簡(jiǎn)稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，此全過程稱為完全的厭氧消化，簡(jiǎn)稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。

厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w等。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。１.１厭氧法的基本原理1.１厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌）1.１厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）

乙酸化階段甲烷化階段１.２厭氧法的影響因素一、溫度條件１.2厭氧法的影響因素二、pH值一般認(rèn)為，實(shí)測(cè)值應(yīng)7.2～7.4之間為好。低于7.0時(shí)，pH值并不穩(wěn)定，有繼續(xù)下降的趨勢(shì)。低于6.5時(shí)，將使正常的處理系統(tǒng)遭到破壞。如果有機(jī)物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過程的生化速率大大超過氣化速率，將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理機(jī)能。最終使氣化速率銳減，甚止停止。

一般原液的pH值為6～8。系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不超過3000mg/L為佳。

重碳酸鹽及氨氮等物質(zhì)是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要物質(zhì)。一般要求系統(tǒng)中堿度在2000mg/L以上，氨氮濃度以介于50～200ng/L為佳。１.2厭氧法的影響因素三、氧化還原電位厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的原因：氧和其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在(如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等)高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動(dòng)溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300～-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長(zhǎng)繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機(jī)廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的ORP值。１.2厭氧法的影響因素四、負(fù)荷率

容積負(fù)荷率：反應(yīng)器單位有效容積在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/m3·d或g/L·d。有機(jī)物量可用COD.BOD.S和VSS表示。污泥負(fù)荷率：反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/kg·d或g/g·d。投配率：每天向單位有效容積投加的新料的體積，單位為m3/m3·d。投配率的倒數(shù)為平均停留時(shí)間或消化時(shí)間，單位為d。投配率有時(shí)也可用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%。確定厭氧消化裝置的負(fù)荷率的原則是：在兩個(gè)轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標(biāo)（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。

三種發(fā)酵狀態(tài)

當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時(shí)，消化液顯酸性（pH<7），稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率適中時(shí)，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時(shí)地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時(shí)消化液中pH值維持在7～7.5之間，稱為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而由穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時(shí)，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高（大于7.5）稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。由于負(fù)荷偏低，是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。在通常的情況下：厭氧消化工藝處理高濃度工業(yè)廢水的有機(jī)負(fù)荷：中溫為2-3kgCOD/(m3·d)，在高溫下為4-6kgCOD/(m3·d)。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧濾池、厭氧流化床等新型厭氧工藝的有機(jī)負(fù)荷在中溫下為5-15kgCOD/(m3·d)，可高達(dá)30kgCOD/(m3·d)。１.2厭氧法的影響因素１.2厭氧法的影響因素五、污泥濃度各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施，如安裝三相分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。１.2厭氧法的影響因素六、攪拌和混合通過攪拌：消除池內(nèi)梯度，增加食料與微生物之間的接觸避免產(chǎn)生分層，促進(jìn)沼氣分離。進(jìn)料迅速與池中原有料液相混勻。攪拌程度與強(qiáng)度要適當(dāng)。攪拌的方法：機(jī)械攪拌器攪拌法消化液循環(huán)攪拌法沼氣循環(huán)攪拌法等沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細(xì)菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量１.2厭氧法的影響因素七、廢水的營(yíng)養(yǎng)比厭氧法中碳:氮:磷控制為200-300:5:1為宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對(duì)厭氧消化的影響更為重要。研究表明，合適的C/N為10-18:1。八、有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式、污泥馴化程度、廢水特性、操作控制條件等因素有關(guān)。2污泥厭氧消化處理對(duì)象：初次沉淀池污泥腐殖污泥剩余污泥2污泥厭氧消化一、消化工藝1、一級(jí)工藝

在一個(gè)消化池內(nèi)進(jìn)行酸化，甲烷化和固液分離。設(shè)備簡(jiǎn)單。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，池容積大。污泥易隨水流帶走，消化器內(nèi)難以保持大量的微生物細(xì)胞。一般不設(shè)攪拌。容積負(fù)荷為2~6kgCOD/m3?d常規(guī)消化池或普通消化池（conventionaldigester）污水間歇地或連續(xù)地進(jìn)入消化池，上部排水，頂部排沼氣，水力停留時(shí)間等于固體停留時(shí)間，無污泥回流?；钚晕勰酀舛炔桓?，一般5％。停留時(shí)間25~30d。2污泥厭氧消化2污泥厭氧消化一、消化工藝2、二級(jí)消化工藝2污泥厭氧消化二、消化池構(gòu)造(1)池型：圓柱形、蛋形(2)投配、排泥與溢流系統(tǒng)(3)沼氣的收集與貯存設(shè)備(4)加熱方法(5)攪拌方法2污泥的厭氧消化

按其形狀

圓柱形、橢圓形（卵形）和龜甲形等幾種形式

按其池頂結(jié)構(gòu)形式固定蓋式和浮動(dòng)蓋式的消化池

負(fù)荷率傳統(tǒng)消化池和高速消化池。二、消化池構(gòu)造分類厭氧消化池型

池型

1.圓柱形2.蛋形

圓柱形

1.池徑D：6-35m

2.池高/池徑h/D：0.8-1.03.D1(集氣罩)2-5m，高1-3m，傾角15-20o

消化池的結(jié)構(gòu)尺寸在確定了所需的消化池的有效容積后，就可計(jì)算消化池各部的結(jié)構(gòu)尺寸，其一般要求如下：①圓柱形池體的直徑一般為6~35m；②柱體高徑之比為1：2；③池總高與直徑之比為0.8~1.0；④池底坡度一般為0.08；⑤池頂部的集氣罩，高度和直徑相同，一般為2.0m；⑥池頂至少設(shè)兩個(gè)直徑為0.7m的人孔。消化池的工藝管道在消化池中還需要設(shè)置多種工藝管道，其中主要包括：①污泥管：進(jìn)泥管、出泥管、循環(huán)攪拌管；②上清液排放管；③溢流管；④沼氣管；取樣管；消化池的構(gòu)造

污泥投配，排泥與攪流系統(tǒng)

1.污泥投配池的容積

V=(1/3-1/2)ww為每日投加污泥量

V=60QT/103，當(dāng)抽升活性污泥時(shí)，T不小于15min,高程不足時(shí)，用污泥泵提升2.排泥靜水壓力排泥

沼氣的收集與貯存

柜容：日均產(chǎn)氣量的25%-40%，產(chǎn)氣量——即6-10h的平均產(chǎn)氣量計(jì)算

溢流裝置（安全裝置）1.作用：及時(shí)溢流，保持沼氣壓力恒定，防止投配過量、排泥不及時(shí)、氣量不平衡等情況發(fā)生。2.溢流管的方式：（1）大氣壓式，配重不同封式（2）倒虹管→溢流入低壓槽（淹沒狀，池內(nèi)外）3.注意事項(xiàng)：

溢流管的設(shè)計(jì)應(yīng)避免浮渣層，以避免堵塞

攪拌設(shè)備1.目的：污泥濃度不超過10%的差別，5-10h全池污泥攪拌一次2.攪拌方式：①泵加水射器：泵壓>0.2Mpa污泥面0.2-0.3m以下，吸泥量（生）1：3-5，池徑大于10m，可設(shè)>21m以上的水射器。

②聯(lián)合攪拌（推薦使用）

生污泥加溫與沼氣攪拌

③沼氣攪拌

5-7m3/min.1000m3池容，氣流速度7-15m/s2污泥厭氧消化二、消化池構(gòu)造攪拌方式有三種：池內(nèi)機(jī)械攪拌；沼氣攪拌；循環(huán)消化液攪拌。容積負(fù)荷為2~6kgCOD/m3?d2污泥厭氧消化二、消化池構(gòu)造2污泥厭氧消化二、消化池構(gòu)造2污泥厭氧消化二、消化池構(gòu)造1.方法：投配率消化池有機(jī)負(fù)荷

2.計(jì)算①V=w/n（W每日投加新鮮污泥量）②V=Sv/SSv為新鮮污泥中揮發(fā)性有機(jī)物重量

S為單位池容內(nèi)均勻分解有機(jī)物的數(shù)量（揮發(fā)性有機(jī)物負(fù)荷）中溫消化S——0.6-1.5kg/m3.d

高溫消化S——2.0-2.5kg/lm3.d消化容積計(jì)算2污泥厭氧消化三、有效容積的計(jì)算生活污水污泥，中溫高速消化池可采用5%～12%，傳統(tǒng)消化池2%～3%。例題：P2492污泥厭氧消化四、消化池的啟動(dòng)、運(yùn)行和管理（1）啟動(dòng)（2）正常運(yùn)行的化驗(yàn)指標(biāo)（3）正常運(yùn)行的控制指標(biāo)（4）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的異?，F(xiàn)象及解決辦法（5）消化池的維護(hù)與管理（5）消化池的運(yùn)行管理

消化污泥的培養(yǎng)與馴化

正常運(yùn)行的化學(xué)指標(biāo)1.逐步培養(yǎng)法初沉污泥+濃縮后的活性污泥→投入消化池→加熱30-40d2.一次培養(yǎng)法池塘污泥，經(jīng)2×2mm孔徑過濾后投入

1.產(chǎn)氣量（CO230%、CH450%）

2.投配污泥含水率94-96%3.有機(jī)物含量60-70%4.有機(jī)物分解程度45-55%5.脂肪酸與總堿度2000mg/l6.NH3—N500---1000mg/l

正常運(yùn)行控制參數(shù)

維護(hù)與管理1.投配率，溫度；2.攪拌:連續(xù)或間歇攪拌；3.排泥（先排上清液，再排泥）,池內(nèi)污泥濃度不低于30g/l；4.正常沼氣氣壓：1177---1961Pa.1.保溫、防止在空氣中的CH4占空氣5-16%，避免爆炸。2.高溫甲烷菌不能用中溫條件下的甲烷菌直接接種,但可馴化馴化

時(shí)，升溫速度為1℃

/h