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厭氧消化池

隨著活性污泥法、生物濾池等好氧生物處理工藝的開發(fā)和推廣應(yīng)用，厭氧生物處理被認為是效率低、HRT長、受溫度等環(huán)境條件的影響大，因此處于一種被遺棄的狀態(tài)；但好氧生物處理工藝的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生的剩余污泥也越來越多，其穩(wěn)定化處理的主要手段是厭氧消化，這是第二階段的主要特征；1927年，*在消化池中加上了加熱裝置，使產(chǎn)氣速率顯著提高；隨后，又增加了機械攪拌器，反應(yīng)速率進一步提高；50年代初又開發(fā)了利用沼氣循環(huán)的攪拌裝置；帶加熱和攪拌裝置的消化池被稱為高速消化池，至今仍是城市污水處理廠中污泥處理的主要技術(shù)。

一、消化池的類型與構(gòu)造

厭氧消化池主要應(yīng)用于處理城市污水廠的污泥，也可應(yīng)用于處理固體含量很高的有機廢水；它的主要作用是：① 將污泥中的一部分有機物轉(zhuǎn)化為沼氣；② 將污泥中的一部分有機物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定性良好的腐殖質(zhì)；③ 提高污泥的脫水性能；④ 使得污泥的體積減少1/2以上；⑤ 使污泥中的致病微生物得到一定程度的滅活，有利于污泥的進一步處理和利用。

1、消化池的分類：

消化池可以按其形狀分為：圓柱形、橢圓形（卵形）和龜甲形等幾種形式；也可以按其池頂結(jié)構(gòu)形式的不同將其分為：固定蓋式和浮動蓋式的消化池；或者還可以按其運行方式的不同分為：傳統(tǒng)消化池和高速消化池。

1) 傳統(tǒng)消化池：

傳統(tǒng)消化池又稱為低速消化池，在池內(nèi)沒有設(shè)置加熱和攪拌裝置，所以有分層現(xiàn)象，一般分為浮渣層、上清液層、活性層、熟污泥層等，其中只有在活性層中才有有效的厭氧反應(yīng)過程在進行，因此在傳統(tǒng)消化池中只有部分容積有效；傳統(tǒng)消化池的大特點就是消化反應(yīng)速率很低，HRT很長，一般為30~90天。

2) 高速消化池

與傳統(tǒng)消化池不同的是，在高速消化池中設(shè)有加熱和/或攪拌裝置，因此縮短了有機物穩(wěn)定所需的時間，也提高了沼氣產(chǎn)量，在中溫（30~35?C）條件下，其HRT可以為15天左右，運行效果穩(wěn)定；但攪拌使高速消化池內(nèi)的污泥得不到濃縮，上清液與熟污泥不易分離。

3) 兩級串聯(lián)消化池

兩級串聯(lián)，*級采用高速消化池，第二級則采用不設(shè)攪拌和加熱的傳統(tǒng)消化池，主要起沉淀濃縮和貯存熟污泥的作用，并分離和排出上清液；二者的HRT的比值可采用1 : 1~1 : 4，一般為1 : 2。

2、消化池的構(gòu)造

消化池一般由池頂、池底和池體三部分組成；消化池的池頂有兩種形式，即固定蓋和浮動蓋，池頂一般還兼做集氣罩，可以收集消化過程中所產(chǎn)生的沼氣；消化池的池底一般為倒圓錐形，有利于排放熟污泥。

1) 消化池內(nèi)的攪拌：

在高速消化池內(nèi)均設(shè)有攪拌裝置，可以分為機械攪拌和沼氣攪拌兩種形式。其中的機械攪拌又分為：① 泵攪拌：從池底抽出消化污泥，用泵加壓后送至浮渣層表面或其它部位，進行循環(huán)攪拌，一般與進料和池外加熱合并一起進行；② 螺旋漿攪拌：在一個豎向?qū)Я鞴苤邪惭b螺旋槳；③ 水射器攪拌：利用污泥泵從消化池中抽取污泥后通過水射器噴射進入消化池，可以起到循環(huán)攪拌的作用。而沼氣攪拌又可以分為：① 氣提式攪拌；② 豎管式攪拌；③ 氣體擴散式攪拌。

2) 消化池內(nèi)的加熱：

在高速消化池內(nèi)一般需要將反應(yīng)溫度控制在中溫范圍內(nèi)，即約為35?C左右，因此必須考慮對進入消化池的污泥或直接在消化池內(nèi)部進行加熱。消化池內(nèi)的加熱方式主要有：① 池內(nèi)蒸汽直接加熱，其優(yōu)點是設(shè)備簡單，但容易造成局部污泥過熱，會影響厭氧微生物的正?；顒?，而且蒸氣直接通入池內(nèi)會增加污泥的含水率；② 池外加熱：將進入消化池的污泥預(yù)熱后再投配到消化池中，所需預(yù)熱的污泥量較少，易于控制；預(yù)熱溫度較高，有利于殺滅蟲卵；不會對厭氧微生物不利；但設(shè)備較復(fù)雜。

二、消化池的設(shè)計計算

消化池的設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括：① 消化池體積的計算與池體設(shè)計；② 消化池內(nèi)攪拌設(shè)備的設(shè)計與計算；③ 消化池所需要的加熱保溫系統(tǒng)的設(shè)計與計算；等。

1、消化池的池體設(shè)計

目前，國內(nèi)一般按污泥投配率來計算所需的消化池容積，即：

式中：V——消化池的有效容積，m3；

     V’——每天需要處理的新鮮污泥的統(tǒng)計，m3/d；

p——污泥投配率。

一般當采用高速消化池來處理來自城市生活污水處理長的剩余污泥時，在消化溫度為30~35?C時，投配率p可取6~18%；在實際工程中，一般要求消化池不少于2個，以便輪流檢修。

而國外則多按固體負荷率來計算消化池的有效容積，即：

式中：Gs——每日需要處理的污泥干固體量，kgVSS/d；

       Lv——單位容積消化池固體負荷率，kgVSS/m3.d。

一般認為固體負荷率Lv值與污泥的含固率、消化池內(nèi)的反應(yīng)溫度等有關(guān)，下表中的數(shù)據(jù)可供參考：

污泥含固率（%） 固體負荷率（kgVSS/m3.d）

24?C 29?C 33?C 35?C

4 1.53 2.04 2.55 3.06

5 1.91 2.55 3.19 3.83

6 2.30 3.06 3.83 4.59

7 2.68 3.57 4.46 5.36

2、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)兩個直徑為0.7m的人孔。

3、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；⑤ 取樣管；等。

三、沼氣的收集與利用

污泥和高濃度有機廢水進行厭氧消化時均會產(chǎn)生大量沼氣；沼氣的熱值很高（一般為21000~25000 kJ/m3，即5000~6000 kCal/m3），是一種可利用的生物能源。

1、污泥消化過程中沼氣產(chǎn)量的估算：

沼氣成分：一般認為CH4 50~70%，CO2 20~30%，H2 2~5%，N2 ~10%，微量H2S等；沼氣產(chǎn)率是指每處理單位體積的生污泥所產(chǎn)生的沼氣量，即m3沼氣/m3生污泥；產(chǎn)氣率與污泥的性質(zhì)、污泥投配率、污泥含水率、發(fā)酵溫度等有關(guān)；當污泥來自城市污水處理廠，生污泥含水率為96%時：中溫消化，投配率為6~8%，產(chǎn)氣率可達10~12 m3沼氣/m3生污泥；高溫消化，投配率為6~8%，產(chǎn)氣率可達22~26 m3沼氣/m3生污泥；投配率為13~15%，產(chǎn)氣率可達13~15 m3沼氣/m3生污泥

2、沼氣的收集：

在沼氣管道沿程上應(yīng)設(shè)置凝結(jié)水罐；注意安全；設(shè)置阻火器；為防止在冬季結(jié)冰引起堵塞，有時在沼氣管上還應(yīng)采取保溫措施。

一、厭氧生物處理工藝的發(fā)展簡史

實際上，厭氧生物過程廣泛地存在于自然界中，但人類*次有意識地利用厭氧生物過程來處理廢棄物，則是在1881年由法國的Louis Mouras所發(fā)明的“自動凈化器”開始的，隨后人類開始較大規(guī)模地應(yīng)用厭氧消化過程來處理城市污水（如化糞池、雙層沉淀池等）和剩余污泥（如各種厭氧消化池等）。這些厭氧反應(yīng)器現(xiàn)在通稱為“*代厭氧生物反應(yīng)器”，它們的共同特點是：① 水力停留時間（HRT）很長，有時在污泥處理時，污泥消化池的HRT會長達90天，即使是目前在很多現(xiàn)代化城市污水處理廠內(nèi)所采用的污泥消化池的HRT也還長達20~30天；② 雖然HRT相當長，但處理效率仍十分低，處理效果還很不好；③ 具有濃臭的氣味，因為在厭氧消化過程中原污泥中含有的有機氮或硫酸鹽等會在厭氧條件下分別轉(zhuǎn)化為氨氮或硫化氫，而它們都具有十分特別的臭味。以上這些特點使得人們對于進一步開發(fā)和利用厭氧生物過程的興趣大大降低，而且此時利用活性污泥法或生物膜法處理城市污水已經(jīng)十分成功。

3、沼氣的貯存與利用：

一般需要采用沼氣柜來調(diào)節(jié)產(chǎn)氣量與用氣量之間的平衡；調(diào)節(jié)容積一般為日平均產(chǎn)氣量的25~40%，即6~10h的產(chǎn)氣量；注意防腐、防火。

社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心醫(yī)療污水處理系統(tǒng)【魯盛環(huán)?！?/strong>主要缺點

與廢水的好氧生物處理工藝相比，廢水厭氧生物處理工藝也存在著以下的明顯缺點：

① 厭氧生物處理過程中所涉及到的生化反應(yīng)過程較為復(fù)雜，因為厭氧消化過程是由多種不同性質(zhì)、不同功能的厭氧微生物協(xié)同工作的一個連續(xù)的生化過程，不同種屬間細菌的相互配合或平衡較難控制，因此在運行厭氧反應(yīng)器的過程中需要很高的技術(shù)要求；

② 厭氧微生物特別是其中的產(chǎn)甲烷細菌對溫度、pH等環(huán)境因素非常敏感，也使得厭氧反應(yīng)器的運行和應(yīng)用受到很多限制和困難；

③ 雖然厭氧生物處理工藝在處理高濃度的工業(yè)廢水時常?？梢赃_到很高的處理效率，但其出水水質(zhì)仍通常較差，一般需要利用好氧工藝進行進一步的處理；

④ 厭氧生物處理的氣味較大；

⑤ 對氨氮的去除效果不好，一般認為在厭氧條件下氨氮不會降低，而且還可能由于原廢水中含有的有機氮在厭氧條件下的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致氨氮濃度的上升。