剩余污泥 深度：厌氧消化工艺设计详解

厌氧消化的工艺设计主要体现在对消化池型、搅拌方式和工艺运行参数的选择上。

总的设计原则是：
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a）在参考相似工程案例及设计规范的基础上，试验得到最佳工艺运行参数，如停留时间、运行温度、固体负荷、有机负荷；
) G* b  {& j, F* t. E) @- j  Cb）适合的池型选择；
c）良好的搅拌方式，搅拌均匀，不存死角；
1 _/ `5 X  R/ s6 A* R3 ud）简单、稳定的运行保障，如易于操作维护的设备，避免温度波动的良好换热设备以及容易去除浮渣的措施等；
e）安全可靠的沼气输送系统。

工艺设计需要确定的内容：

a）消化方式的设计；
b）消化池形选择；
c）消化池中污泥的混合搅拌方式确定；
! `& |9 U/ e- b% N6 Ad）设计参数的选定；
  j' A( D! R! T2 W8 R0 \: r4 @6 ~e）污泥加热方式的确定；
f）污泥投配方法的确定；
g）污泥及沼气排放方式的确定；
+ r5 `  |5 d: e! g6 I' g. fh）浮渣及上清液的排除方法；
i）安全防护措施的保证；
j）监测和控制方法的确定；
4 t$ _& w5 w! D% Wk）其它附属装置的选用。

1 W3 ^: s/ p' I  l! H! R上述诸多方面中，厌氧消化的方式、消化池的池形、主要设计参数、消化池中污泥的混合搅拌方式对消化池的工程造价和使用效果影响很大，应谨慎选择。
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01

消化方式的设计

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( V& G* z- R+ p7 s①消化温度

厌氧消化根据运行温度的不同分为中温消化（30～36℃）和高温消化（50～55℃），其中中温消化的最佳温度为35℃，高温消化的最佳温度会因其它影响因素发生较大变化。
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高温消化的特点是，分解速率快、产气速率高、停留时间短，进而提高消化处理能力，节省消化池容积；另外卫生学指标较好，对寄生虫卵的杀灭率可达95％，大肠菌指数可达10-100；能耗高，温度控制较难。

/ Z  |- b/ C) N6 z" c中温消化的特点是，相对高温消化的各项优势较为逊色，但中温消化运行稳定、易于控制，能耗相对较低，设计运行经验成熟。
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目前，国内、外多采用中温厌氧消化。
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②消化等级
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按照消化池的数量分为一级消化和两级消化。

. s) O2 n/ \, \0 `4 S2 C4 L& [其中一级消化指污泥厌氧消化是在一个消化池内完成；两级消化指污泥厌氧消化在两个消化池内完成。

第一级消化池设有加热、搅拌装置及气体收集装置，不排上清液和浮渣，第二级消化池不进行加热和搅拌，仅利用第一级的余热继续消化，同时排上清液和浮渣。
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, q3 H  h0 Y/ i2 d两级消化工艺的土建费用较高，运行操作比一级消化复杂，在有机物的分解率方面略有提高，产气率比一级消化约高10％。

基于节省投资费用和运行的简易稳定，目前国内多采用一级消化方式。
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02

消化池型的选择

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标准的消化池应该具有良好的混合搅拌、良好的去除浮渣泡沫条件、结构条件好和没有死区等特点。消化池型很多，较为常用的有三种，三种消化池各有优劣，适用于不同的地区，通过下面的简单描述为设计提供参考。

平底圆柱形在欧洲应用较为普遍，其高度：直径=1。这种平底对循环搅拌系统要求较为单一，多采用可在池内多点安装的悬挂喷入式沼气搅拌技术。

锥底圆柱形在我国应用较多，其中部高度：直径=1，上下皆为圆锥体，下底坡度1.0-1.7，顶部坡度0.6-1.0。这类消化池有利于内循环，热量损失相对于平底圆柱形要小，搅拌系统可选择性好。存在的缺点是，底部容积较大，易堆积砂料，需要定期进行清理。另外从结构上看，圆锥部分难以施工，且受力集 中，需要特殊处理。
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卵形消化池是在锥底圆柱形的基础上进行的改进，该池形相对上两类消化池有很多优点，如：
" W. t# v6 Q  h- Wa）搅拌效果好，池底不容易板结；
b）一定池容条件下，池体总表面积小，热量损失少；
" K% J; R2 b6 M4 o. N6 dc）池顶部表面积小，易于去除浮渣和易于沼气收集；
6 o3 L+ |. i$ md）从结构上看，卵形结构受力好，节省建材；
e）外形美观。

03

消化池搅拌方式的选择

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厌氧消化是菌体与底物的接触反应，在反应过程中需要使两者充分混合，因此搅拌就变得十分重要。通过设计合理的搅拌方式，达到以下目标：

; e6 {$ P/ M, K1 C  za）使新鲜污泥与富含消化菌的消化污泥充分混合，加快反应速度；
+ q( J& _# J3 \( X7 jb）使气体顺利与污泥分离，溢出液面；
: ]& s/ U6 |, X  d% @) ac）使系统温度和PH保持均匀，避免消化菌受温度和PH变化的影响；
& A8 ]) g/ `! [8 B; Gd）防止池内产生大量浮渣。
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常用的搅拌方式有三大类，分别是：气体搅拌、机械搅拌(包括机械叶轮搅拌、机械提升循环搅拌)和污泥循环搅拌。

国内、外常采用的搅拌方式是沼气搅拌和机械搅拌，污泥泵循环方式因电耗较大搅拌效果差很少使用。

在搅拌器的设计选择上，要综合考虑消化池形、容积、投资费用和运行管理要求等。
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+ h' r1 H0 w: \  g% s下面介绍几种常用的搅拌设备：

①螺旋桨机械搅拌器


螺旋桨式搅拌设备组成简单，操作容易，维修量小，可以通过竖管向上或向下两个方向推动污泥，因此在固定污泥液面的前提下，能够有效地消除浮渣层，适用卵形或者坡度较大锥底的圆柱形消化池。
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/ b2 H/ L( g" M0 h但在池内的螺旋桨发生故障时，消化系统要停止运行，进入内部检修。螺旋桨式搅拌器处理能力的表征用一天内将消化池污泥完全搅拌次数或完成一次搅拌用的时间。
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" B, a! ~/ V* _8 Z1 L: }②悬挂喷嘴式沼气搅拌器
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* a" y- }2 e" k( H/ C' r* k悬挂喷嘴式沼气搅拌器由悬挂在池顶部的沼气输送竖管和喷嘴组成。搅拌器可以按需要在池内多点布置，并可分组运行。

+ t4 F- E3 a" ^- {$ h2 p具有结构简单；设置和操作灵活；由于可分组搅拌，使所需要的搅拌强度较小；对池的适应性强；不受液面控制等优点。

此类形的搅拌器适合于上述的各种池形，用在平底或底部锥形较缓的消化池中更显示出其优点。搅拌器的能力表征与螺旋桨式搅拌器相同。
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0 D$ l% R, z1 O, H3 G; K( W③多根束管式沼气搅拌器

多根束管式沼气搅拌器由多根沼气输送管（束管）和沼气释放口组成。束管由消化池顶部的中间位置进入池中，延伸至池底部的释放口。
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: l4 l# ?3 c1 F9 \4 y- G此搅拌器的特点是构造简单，易操作。但容易堵塞，需在池顶各束管端头增设观察球及高压水冲洗装置。

因沼气释放口的设置聚集在池底中部，适合于小直径且坡度较大锥底的池形。搅拌器的选型根据整池的容积确定。
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④底部多根吹管式沼气搅拌器
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底部多根吹管式沼气搅拌器主要由多根沼气输送管和沼气释放口组成。

沼气输送管可从池顶部侧壁或池侧面进入，沿池底伸入到池中部与沼气释放口连接。与多根束管式沼气搅拌器类似，此方式搅拌器的特点是构造简单，易操作。
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3 ^7 c& q' L$ T  i: G但易堵塞，因沼气释放口的设置聚集在池底中部，适合于小直径且坡度较大锥底的池形。

: \% L2 _& j  [) X  a+ W搅拌器的选型根据整池的容积选择。

6 X3 q7 }$ W% _/ n/ x在上述的四种常用的搅拌器中，螺旋桨机械搅拌器为机械式搅拌，其余三种均为沼气搅拌。这主要是因为沼气搅拌有很多优势：
a）沼气的流动带动了污泥在内部的循环；
b）造成的湍流效应防止了浮渣的产生、混合效果好且改善了气体分离的效果；
2 ~; N! @; e( t! \- k) Dc）采用沼气搅拌无需考虑池型和液位高度。

沼气搅拌同样存在一些缺点：
a）组成复杂，一般包含沼气压缩机、沼气喷射管、沼气循环管、冷凝水排放设备和沼气过滤器等，造成了运行管理的复杂；
& k+ A( J) \9 q( l) n5 yb）沼气是易燃易爆气体，针对沼气的设备需要特殊的安全措施。

# A0 H& |, N0 Z& I; P与厌氧消化相比，好氧消化的目标是通过对可生物降解有机物的氧化产生稳定的产物，减少质量和体积，减少病原菌，改善污泥特性，以利于进一步处理。
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* S- l) @; i, }+ Z8 B0 O好氧消化通常用于处理能力小于1.89×104m3/d的污水厂，而且通常将初沉污泥与二沉污泥进行混合消化，这时的氧需求量大于对单独的生物污泥进行处理。

3 l4 s! g4 `) U消化池宜设置格栅和撇渣设备，进水不宜含有过高的无机物，并宜经过磨碎，以防止杂物对曝气设备的堵塞，即使如此，曝气设施仍然需要进行充分的考虑，防止油脂和浮渣等在消化池表面积累。
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3 e/ ^/ h+ j; k# v美国、日本、加拿大等国家，目前都有不少中小型污水厂运用好氧消化技术，特别是丹麦大约有40％的污泥使用好氧消化法进行稳定化处理。

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