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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(rèn)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(jī)械攪拌器，反應(yīng)速率進(jìn)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(jī)廢水；它的主要作用是：① 將污泥中的一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣；② 將污泥中的一部分有機(jī)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(jìn)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(yùn)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(jìn)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(diǎn)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(jī)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(yùn)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(jī)械攪拌和沼氣攪拌兩種形式。其中的機(jī)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(jìn)行循環(huán)攪拌，一般與進(jìn)料和池外加熱合并一起進(jìn)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(jìn)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(kuò)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(jìn)入消化池的污泥或直接在消化池內(nèi)部進(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(jì)計(jì)算

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

1、消化池的池體設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)一般按污泥投配率來計(jì)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(jì)，m3/d；

p——污泥投配率。

一般當(dāng)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(shí)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(fù)荷率來計(jì)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(fù)荷率，kgVSS/m3.d。

一般認(rèn)為固體負(fù)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(fù)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(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(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；⑤ 取樣管；等。

三、沼氣的收集與利用

污泥和高濃度有機(jī)廢水進(jìn)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(rèn)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(dāng)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(dá)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(dá)22~26 m3沼氣/m3生污泥；投配率為13~15%，產(chǎn)氣率可達(dá)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(shí)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(diǎn)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(dá)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(dá)20~30天；② 雖然HRT相當(dāng)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?yàn)樵趨捬跸^程中原污泥中含有的有機(jī)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(diǎn)使得人們對于進(jìn)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(diǎn)

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(diǎn)：

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?yàn)閰捬跸^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(xì)菌的相互配合或平衡較難控制，因此在運(yùn)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(xì)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(yùn)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_(dá)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(jìn)行進(jìn)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(rèn)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(jī)氮在厭氧條件下的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致氨氮濃度的上升。