目錄TOC\o"1-4"\h\z\u79541設計說明書 3283771.1工程概況 316961.1.1設計題目 3308461.1.2原始數據及操作條件要求 363751.2厭氧消化處理概述 3129921.2.1厭氧消化定義 420231.2.2厭氧消化處理對象 493541.2.3厭氧消化影響因素 411727底物組成 46694溫度 43106pH值 525521抑制 5435攪拌 53024強化處理 526851.2.4厭氧消化的基本原理 669341.2.5厭氧工藝類型 6226191.2.6工藝流程圖 7216481.3污泥消化系統主要構筑物 8841.3.1污泥投配池 898721.3.2沼氣儲氣柜 8223271.3.3消化池構造 8152022設計計算書 1019438（1）消化池容積 10176183其他設計說明 18300733.1污泥投配池的設計 181903.2污泥泵及污泥管道 18311533.3閥門控制 18100493.4浮渣破碎裝置 19233693.5儀表裝置 19141433.6厭氧處理后污泥設計 19288323.7污泥烘干 21318403.8污泥最終處置 214711參考文獻 231設計說明書1.1工程概況1.1.1設計題目日處理10t污泥的厭氧消化處理系統設計1.1.2原始數據及操作條件要求某城市污水處理廠，初次污泥量與剩余活性污泥量約3:2，含水率均為96%，采用中溫兩級消化處理。消化池的停留天數為30d，其中一級消化為20d,二級消化為10d。消化池控制溫度為33～37℃，計算溫度為35℃。新鮮污泥年平均溫度為17.3℃，日平均最低溫度為12℃。池外介質為空氣時，全年平均氣溫為11.6℃，冬季室外計算氣溫，采用歷年平均每年不保證5d的日平均溫度-9℃。池外介質為土壤時，全年平均溫度為12.6℃，冬季計算溫度為4.2℃。一級消化池進行加熱、攪拌，二級消化池不加熱，不攪拌。均為固定蓋形式。1.2厭氧消化處理概述我國已建成運轉的城市污水處理廠有400余座，日處理能力2534萬m，污泥產量(以含水率97％計)在7.602萬和12.67萬之間，這些污泥中蘊含著大量的生物質能，它們一般具有可生化降解性。如何妥善處置污水處理廠產生污泥是污水凈化成功與否的決定性因素之一。有效利用這類生物質能源，對減少污泥污染、實現環境和經濟的可持續發展具有重要意義。但污泥厭氧消化的投資高、處理技術較復雜已經投入使用的污泥消化池中，能夠正常運行的為數不多。常規的城市污水處理廠中的生污泥一般包括初次污泥和剩余活性污泥，也有的污水處理廠將各處理構筑物中產生的浮渣送到消化池中進行消化，但由于浮渣的進入會帶來一系列問題，所以浮渣最好不進消化池。在實際設計上，一般是以去除污染物質的數量通過物料平衡計算來確定污泥量。通常，初次污泥量主要是以去除SS為基礎來計算的，剩余活性污泥量主要是以去除BOD為基礎來計算的。厭氧消化產生的甲烷能抵消污水廠所需要的一部分能量；使污泥固體總量減少25%～50%，減少了后續污泥處理的費用；消化污泥是一種很好的土壤調節劑，它含有一定量的灰分和有機物，能提高土壤的肥力和改善土壤的結構；消化過程尤其是高溫消化過程(50℃～60℃條件下)，能殺死致病菌。1.2.1厭氧消化定義污泥厭氧消化是指污泥在無氧的條件下，由兼性菌及專性厭氧細菌將污泥中可生物降解的有機物分解為二氧化碳和甲烷氣，使污泥得到穩定。1.2.2厭氧消化處理對象污泥厭氧消化法的處理對象主要是初次沉淀污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥、食品廢料、城市廢水污泥、高濃度有機工業廢水、生活污水污泥、高濃度生產污水如屠宰場污水、酒精加工廠污水、食品廠污水及成分的石油化工污水等。特別對于處理那些生化需氧量極高，在缺氧的情況下易于分解的生活污水非常有效。1.2.3厭氧消化影響因素底物組成不同污泥組成，其可生化降解性大不相同。污泥組成不同，在消化過程中的營養需求與調控也不同。一般厭氧消化適宜的C／N比為(30~20)：1，氮含量過多，pH值可能上升，氨鹽容易積累，會抑制消化過程。厭氧消化對磷(磷酸鹽)的需求量大約為氮的1/5。如果污泥中碳、氮、磷比不能很好地滿足厭氧消化的需要，可以通過投加一定的輔助原料，以達到厭氧消化適宜的C／N比。溫度按照厭氧消化的溫度范圍可以分為常溫厭氧消化、中溫厭氧消化和高溫厭氧消化。中溫發酵條件下，溫度控制在28℃～38℃。高溫消化可以比中溫消化有更短的固體停留時間和更小的反應器容積，溫度控制在48℃～60℃。高溫消化所需熱量多，需要加溫和保溫設備，對設備工藝、材料要求高，運行也不穩定。常溫消化的主要特點是消化溫度隨著自然氣溫的四季變化而變化，其反應速率、產氣率、有機物分解率均明顯低于中、高溫消化，為獲得同一程度的產氣率和有機物分解率，中高溫需要12～30d，常溫消化通常需要150d以上的停留時間。由資料表明，對于原始污泥來說，中溫最佳溫度是其所生存的原始溫度，即消化處理溫度37℃。在污泥的厭氧消化處理工程中，溫度的控制是一個十分重要的方面，因為甲烷菌對溫度的急劇變化比較敏感，要求厭氧發酵過程溫度相對穩定，一天內的變化范圍在±2℃內。pH值水解過程與發酵菌及產氫產乙酸菌對pH值的適應范圍大致為5～6．5，而對產甲烷菌的pH值的適應范圍為6.6～7.5。pH值的微小波動有可能導致微生物代謝活動的終止，pH值低于6.1或高于8.3時，產甲烷菌可能會停止活動。研究發現，污泥經過適當的堿液處理或者調節pH值至8.0以上，可以提高污泥的水解速率。將剩余污泥的pH值控制為酸性4.0～6.0或者堿性8.0～11.0，在較長時間的厭氧發酵過程中(大于4d左右)，SCOD值與時間成正比。抑制厭氧消化過程中抑制作用包括pH抑制、氫抑制、氨抑制、弱酸弱堿抑制、長鏈脂肪酸抑制等。當氨氮濃度從740mg/L至3500mg/L時，有機物降解速度急劇下降。常溫消化當總氨氮濃度從0.40g/L依次升至1.20、3.05、4.92、5.77g/L時，呈現慢性抑制的現象。常溫下污泥的含水率低于91％時甲烷產量減少，這主要由于系統中高氨含量對氫營養甲烷菌的抑制作用。滲濾液回流與pH值調節相結合可以降低酸積累的抑制效應，加速消化降解速率。然而當系統中活性產酸菌和產甲烷菌數量較少時，回流滲濾液會引起長鏈脂肪酸積聚。攪拌污泥厭氧消化中，水解階段為整個反應的限制性階段。消化過程中應充分混以促進反應器中酶和微生物的均勻分布。試驗表明降低攪拌程度可以提高反應器的效率。在啟動階段應采取適量攪拌，此時反應器內底物濃度較大，高強度攪拌對水解起促進作用。因此為達到有機物厭氧轉化的最佳條件，應綜合考慮攪拌所帶來的積極和負面影響[3]。強化處理污泥固體的生物可降解性低，完全的厭氧消化需相當長的時間，既使20～30d的停留時間僅能去除30％～50％的揮發性固體，厭氧消化的速度較慢，對固體廢物采用預處理可以提高甲烷產氣量。目前對固態厭氧消化底物的預處理方法很多，有物理、化學和生物技術等，對物理和化學預處理方法研究較多，采用熱解、堿處理、臭氧氧化、超聲處理等物理化學方法等強化處理技術能有效促進污泥中細胞的分解，使釋放出來的細胞物質快速得以降解利用，提高污泥有機物的利用率，縮短厭氧消化停留時間，提高厭氧消化產氣率。利用溶菌酶對污泥進行預處理，有機物的降解程度大大地提高，投加能分泌胞外酶細菌的溶胞技術在經濟合理、操作簡單、環保節能方面顯示較大的優勢，為提高厭氧消化效率開辟了新的途徑。1.2.4厭氧消化的基本原理厭氧消化是一種普遍存在于自然界的生物學過程，是一個復雜的過程。筆者所提出的厭氧消化工藝是人為地控制厭氧消化所需要的環境條件和營養條件，使整個發酵過程快速、高效、穩態地進行，將自然厭氧發酵的時間降低了幾十倍。厭氧發酵過程可分為4個階段：水解、酸化階段在一定溫度下，借厭氧生物菌群的作用，將不溶性大分子的有機物(蛋白質、纖維素、脂肪、淀粉等)分解為小分子水溶性的低脂肪酸(葡萄糖、甘油、脂肪酸、氨基酸等)。不溶性大分子有機物經過水解溶入水中。發酵細菌將有機單體轉化為H2、CH3COOH、CH3CH20H等。酸化階段產酸過程進行得很快，致使料液pH值迅速下降，發出腐霉性的氣味。②產氫產乙酸階段(又叫酸性衰退階段)專性產氫產乙酸菌對還原性有機物的氧化作用，生成H2、H2C03、CH3COOH。同型產乙酸細菌將H、HC03-轉化為CH3C00H。生成少量的CH4、CO2、N2。此階段會產生硫化氫、硫酸、糞臭素等副產物。在此階段，由于大量有機酸的分解導致pH值上升。③甲烷化階段產甲烷菌將醋酸轉化為CH4、和C02，利用H2還原C02成甲烷，或利用其他細菌產

程，是一個復雜的過程。筆者所提出的厭氧消化生甲酸形成甲烷。1.2.5厭氧工藝類型厭氧消化處理通過技術革新逐步形成了以濕式完全混合厭氧消化、厭氧干發酵、兩相厭氧消化等為主的工藝形式。濕式完全混合厭氧消化工藝的應用最早也最為廣泛。此工藝條件下固體含量維持在15％以下，液化、酸化和產氣3個階段在同一個反應器中進行，具有工藝過程簡單、投資小、運行和管理方便的優點。這種工藝條件下漿液處于完全混合的狀態，容易受到氨氮、鹽分等物質的抑制，因此產氣率較低。厭氧干發酵又稱高固體厭氧消化，在傳統的厭氧消化工藝中固體含量通常較低，而高固體消化中固體含量可達到20％～35％。高固體厭氧消化主要優點是單位容積的產氣量高、需水量少、單位容積處理量大、消化后的沼渣不需脫水即可作為肥料或土壤調節劑。隨著固體濃度的加大，干發酵工藝中需設計抗酸抗腐蝕性強的反應器，同時還得解決干發酵系統中輸送流體粘度大以及高固體濃度帶來的抑制問題。兩相厭氧消化工藝即創造兩個不同的生物和營養環境條件，如溫度和pH等。Ghosh最早提出優化各個階段的反應條件可以提高整體反應效率，增加沼氣產量，從而提出了兩相厭氧消化。兩相消化比傳統單相式反應器甲烷產量提高20％左右。兩相厭氧工藝的主要優點不僅是反應效率的提高，而且還增加了系統的穩定性，加強了對進料的緩沖能力。1.2.6工藝流程圖二沉池二沉池污泥投配池一級消化池二級消化池污水處理系統沼氣攪拌裝置沼氣上清液儲氣罐污泥處置污泥圖1污泥二級厭氧消化處理流程圖1.3污泥消化系統主要構筑物污泥消化系統所涉及的構筑物包括：污泥投配池、污泥消化他、污泥消化控制室和沼氣儲氣罐等。污泥投配池應根據處理廠的處理流程按照停留時間等因素進行設計。而污泥消化池、污泥消化控制室和沼氣柜三者的布置卻比較靈活。在近期建造的污水處理廠較多地借鑒了國外的設計方式，將污泥消化池和污泥消化控制室結合在一起，多布置成四角為一組消化池，中間為多層的污泥消化控制室，在構造上使它們連接起來，這樣可以縮短連接管路，降低工程造價，并單獨設置沼氣柜。如果采用浮動蓋消化池，則可以利用消化池頂部能夠浮動的空間貯存沼氣，這樣就可以不設沼氣柜。也可以把一級消化池設計成固定蓋式的，而把二級消化池設計成浮動蓋的，這樣即可利用二級消化池的頂部空間貯存沼氣，而勿需再建沼氣柜。1.3.1污泥投配池污泥投配池應根據處理廠的處理流程按照停留時間等因素進行設計，用于調節進入一級厭氧消化池的污泥的性質。消化停留時間一般為20-30d，即總投配率為3%-5%。一級消化池與二級消化池的停留天數的比值，可采用l:l、2:l或3：2。進入消化池的新鮮污泥含水率，應盡量減少，但根據污泥中有機物的含量以及污泥泵抽送的困難和保持消化池的充分混合等要求，污泥固體含量設計采用值－般為3%-4%，目前最大可行的污泥固體濃度范圍為10%-12%。二級消化后的污泥含水率一般可達92%左右。1.3.2沼氣儲氣柜沼氣儲氣罐主要是用于儲存由一級消化池發酵而得到的沼氣，起儲存作用。使用儲存的沼氣，作為一級消化池的攪拌氣體。使用沼氣儲氣罐時，應注意安全條件。1.3.3消化池構造消化池一般是一個錐底或平底的圓池。大型消化池由現澆鋼筋混凝土制成，體積較小的消化池一般用預制構件或鋼板制成。圓形消化池的設計直徑：6～30m，柱體的高約為直徑的一半，而總高接近直徑。消化池的密封頂蓋有兩種形式：①浮動式頂蓋，隨著污泥體積和氣體體積的變化頂蓋上下浮動。②固定式頂蓋，池外另設壓力儲氣罐。當排除污泥或上清液時，可以把氣體壓回消化池，否則，污泥或上清液排除時形成的真空可能損壞消化池。2設計計算書（1）消化池容積1、由于按干基10t計算，則初次沉淀污泥與剩余活性污泥總量為,其中密度取1kg/L,則初次沉淀污泥量為150，剩余活性污泥量為100。2、一級消化池總容積；63、采用2座一級消化池，則每座池子的有效容積為，取2500m34、消化池直徑D采用18m（參見圖9）5、集氣罩直徑d1：采用2m；6、池底下錐底直徑d2采用2m；7、集氣罩高度h1采用2m；8、上錐體高度h2采用3m；9、消化池柱體高度h3應大于=9m，采用10m；10、下錐體高度h4采用lm；11、則消化池總高度為H=h1+h2+h3+h4=16m圖2消化池12、消化池各部分容積的計算：集氣罩容積為弓形部分容積為圓柱部分容積為下錐體部分容積為則消化池的有效容積為二級消化池總容積為采用1座二級消化池，每兩座一級消化池串聯一座二級消化池，則每座二級消化池的有效容積，取2500二級消化池各部尺寸同一級消化池。（2）消化池各部分表面計算1、集氣罩表面積為2、池頂表面積為3、則池蓋總表面積為4、池壁表面積為（地面以上部分）（地面以下部分）5、池底表面積為（3）消化池熱工計算a．提高新鮮污泥溫度的耗熱量1、中溫消化溫度TD=35℃2、新鮮污泥年平均溫度為Ts=17.3℃3、日平均最低氣溫為T=12℃4、每座一級消化池投配的最大生污泥量為5、則全年平均耗熱量為6、最大耗熱量為b．消化池體的耗熱量1、消化池各部傳熱系數采用：2、池蓋℃)]3、池壁在地面以上部分為℃)]4、池壁在地面以下部分及池底為℃)]5、池外介質為大氣時，全年平均氣溫為℃6、冬季室外計算溫度為℃7、池外介質為土壤時，全年平均溫度為℃，冬季計算溫度℃8、池蓋部分全年平均耗熱量為9、最大耗熱量為10、池壁在地面以上部分全年平均熱量為：11、最大耗熱量為：12、池壁在地面以下部分全年平均熱量為：13、最大耗熱量為：14、池底部分全部平均耗熱量為：15、最大耗熱量為：16、每座消化池池體全年平均熱量為：17、最大耗熱量為：c.每年消化池總耗熱量為最大耗熱量為d.熱交換器的計算消化池的加熱，采用池外套管式泥－水熱交換器。全天均勻投配。生污泥在進入一級消化池之前，與回流的一級消化池污泥先行混合后進入熱交換器，其比例為1：2。1、每個池子的生污泥量為2、回流的消化污泥量為3、進入熱交換器的總污泥量為4、生污泥的日平均最低溫度為5、生污泥與消化污泥混合后的溫度為6、熱交換器的套管長度按下式計算7、熱交換器按最大總耗熱量計算8、內管管徑選用DN60mm時，則污泥在內管中的流速為9、外管管徑選用DN100mm平均溫差的對數按下式計算10、污泥循環量11、熱交換器的入口熱水溫度采用Tw＝85oC采用10oC（見圖10）12、則循環熱水量為圖313、核算內外管之間熱水的流速為則14、熱交換器的傳熱系數選用,則每座消化池的套管式泥－水熱交換器的總長度為15、設每根長4m,則其根數為e.消化池保溫結構厚度計算1、消化池各部傳熱系數允許值采用2、池蓋為3、池壁在地上部分及池底為4、池壁在地下部分及池底為5、池蓋保溫材料厚度的計算6、設消化池池蓋混凝土結構厚度為，導熱系數7、采用聚氨酯硬質泡沫塑料作為保溫材料，導熱系數，則保溫材料的厚度為8、池壁在地面以上部分保溫材料厚度的計算9、設消化池池壁混凝土結構厚度為10、采用采用聚氨酯硬質泡沫塑料作為保溫材料，則保溫材料的厚度為11、池壁在地面以上的保溫材料延伸到地面以下的深度為凍深加上0.5m。12、池壁在地面以下部分以土壤作為保溫層時，其最小厚度的計算土壤導熱系數為λB=1.163w/(m·K)[1.0kcal/(m·h·℃)]13、設消化他池壁在地面以下的混凝土結構厚度為δG=400mm，則保溫層厚度為池底以下土壤作為保溫層，其最小厚度（）的計算14、消化池池底混凝士結構厚度為=700rnm,地下水位在池底混凝土結構厚度以下，大于1.7m，故不加其它保溫措施。池蓋、池壁的保溫材料采用聚氨酯硬質泡沫塑料。其厚度經計算分別為25mm及27mm，均按27mm計，乘以1.5的修正系數，采用50mm。二級消化池的保溫材料及厚度與一級消化池相同。（4）沼氣混合攪拌計算消化池的混合攪拌采用多路曝氣管式（氣通式）沼氣攪拌。a．攪拌用氣量單位用氣量采用6m3/(min·l000m3池容），則用氣量q=6×2500/1000=15m3/min=0.25m3/sb．曝氣立管管徑曝氣立管的流速采用12m/s，則所需立管的總面積為0.25/12=0.0208m2選用立管的直徑為DN=60mm時，每根斷面A=0.00283m2，所需立管的總數則為0.0208/0.00283=7.35根，采用8根。核算立管的實際流速為，符合要求3其他設計說明3.1污泥投配池的設計至少設置兩個，其容積一般按12h的貯泥量設計。需要時可在來泥管處設篩網。池中應設液位指示儀表。池子應加蓋、設排氣管、溢流管及排除上清液管等。3.2污泥泵及污泥管道污泥泵至少為兩臺。電極一般選用防爆型，按自灌運行設計。污泥壓力管道的最小流速，按下表設計，經濟流速為0.9—1.5m/s。表污泥壓力管最小流速3.3閥門控制閥門操作間需設置在消化池附近。沼氣管線及其閥門應盡量減少穿過其它機械設備的情況。3.4浮渣破碎裝置當城市污水中含有屠宰、造紙、纖維工廠等工業污水時，極易形成浮渣，必須進行預處理．污水格柵截留的柵渣、沉淀池的浮渣，最好不要回到消化池中，應另行處理。設計污泥攪拌設備時，應考慮能同時破碎浮渣。3.5儀表裝置在消化池的中心或池壁處需設置溫度計，同時還應測定消化他的液位以決定污泥的投入量和排除量，用吹氣法測定液位較為準確．同時還應設置pH計和壓力計等．3.6厭氧處理后污泥設計經過厭氧消化的污泥，含水率還是很高，在80%以上。還需要進行進一步的處理，才能達到處置的條件。污泥脫水的目的是降低含水率，水、污泥烘干及焚燒等。減小污泥體積。污泥脫水的方法主要有干化、機械脫水、污泥烘干及焚燒等。由于工藝的不同，污泥脫水主要可以使用自然干化、真空過濾、加壓過濾、離心脫水和帶式壓濾。1.真空過濾真空過濾主要用于初次污泥和消化污泥的脫水。它可以連續生產，運行平穩，可以自動控制，但附屬設備多，工序復雜，運行費用較高。真空過濾機一般采用折帶式過濾機和盤式過濾機。經厭氧消化處理后的污泥，在真空過濾脫水之前，應進行預處理。一般先對污泥進行淘洗，污泥淘洗后的堿度一般要求為400—600mg/L（以CaCO3計）。淘洗的方式一般有單級淘洗和二級逆流淘洗。2.加壓過濾加壓過濾（壓濾）一般是間歇操作，初投資高，脫水效率較低。但脫水效果好，一般泥餅含水率在65%以下。整個壓濾機是密封的，過濾壓力一般為0.392—0.49MPa以上。目前常用的加壓過濾設備有板框壓濾機和框式壓濾機。（l）用壓濾機為城市污泥脫水時，過濾能力一般為2—10kg干污泥/m2·h；當為城市消化污泥時，投加三氯化鐵量為4%—7%，氧化鈣為11%—22.5%，過濾能力一般為24kg干污泥/

m2·h，過濾周期一般為1.5—4h。（2）壓濾機設置臺數應不少于2臺。（3）污泥壓入過濾機一般有兩種方式：一種是用高壓污泥泵直接壓入；另一種是用壓縮空氣，通過污泥罐將污泥壓人過濾機，常用的高壓污泥泵有離心式或柱塞式．當采用柱塞式污泥泵時，應設減壓閥及旁通回流管。每臺過濾機應單獨配備一臺污泥泵。壓濾機脫水工藝流程見圖14。（4）污泥壓濾后需用壓縮空氣來剝離泥餅，所需的空氣量按濾室容積每平方米需氣2m3/m3·min計算，壓力為0.1—0.3MPa。（5）當用轉送帶運送污泥時，應考慮卸落時的沖力，并應附有破碎泥餅的鋼絲格柵，以防泥餅塑化。3.離心脫水離心脫水機的特點是結構緊湊，附屬設備少，臭味小，能長期自動連續運轉．缺點是噪聲大，脫水后污泥含水率較高，污泥中若含有砂礫，則易磨損設備。離心脫水機種類很多，適用城市污泥脫水的一般是臥式螺旋卸料離心脫水機。4.帶式壓濾帶式過濾包括輥壓型和擠壓型等。該脫水方法的特點是：濾帶可以回旋，脫水效率高、噪聲小、能源消耗省，附屬設備少，操作管理維修方便，但必須正確地選用有機高分子混凝劑。污泥必須預先進行充分的絮凝，形成大而強度高的絮凝體。脫水后泥餅的含水率較高，大致與離心脫水相等。由于考慮運行的連續性、脫水效果、操作難度、維護難度以及投入資金，本設計使用帶式壓濾的方法，對經過厭氧消化的污泥進行進一步的脫水。帶式壓濾的工藝流程見圖16。3.7污泥烘干通過污泥烘干，其含水率可降到30%以下，變為干固體。污泥烘干前，要選用適當的脫水機，先進行機械脫水，最大限度地把污泥顆粒中的游離水分離出去。污泥烘干的溫度一般為300℃。對其散發惡臭的蒸汽或排出的尾氣，可經過600—900℃的加熱裝置，或濕式凈化裝置，進行脫臭處理。污泥烘干所需的凈熱量可按下式計算：H=r△t（kJ/kg）式中r—污泥平均比熱[kJ/(kg·K)]；△t—污泥的溫差（℃）。計算中采用的比熱值：水0—100℃4.19kJ/(kg·K)[1.00kcal/(kg·℃)]污泥的干固體1.26kJ/kg·K[0