生活廢水處理一體化裝置

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：     逄

生活廢水處理一體化裝置

傳統消化池：

傳統消化池又稱為低速消化池，在池內沒有設置加熱和攪拌裝置，所以有分層現象，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過程在進行，因此在傳統消化池中只有部分容積有效；傳統消化池的zui大特點就是消化反應速率很低，HRT很長，一般為30~90天。

2) 高速消化池

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

3) 兩級串聯消化池

兩級串聯，*級采用高速消化池，第二級則采用不設攪拌和加熱的傳統消化池，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。

消化池的類型與構造

厭氧消化池主要應用于處理城市污水廠的污泥，也可應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化為沼氣；② 將污泥中的一部分有機物轉化成為穩定性良好的腐殖質；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；也可以按其池頂結構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：傳統消化池和高速消化池。

厭氧生物處理的主要特征

三、厭氧生物處理技術是我國水污染控制的重要手段

我國高濃度有機工業廢水排放量巨大，這些廢水濃度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質、纖維素等有機物；我國當前的水體污染物還主要是有機污染物以及營養元素N、P的污染；目前的形勢是：能源昂貴、土地價格劇增、剩余污泥的處理費用也越來越高；厭氧工藝的突出優點是：① 能將有機污染物轉變成沼氣并加以利用；② 運行能耗低；③ 有機負荷高，占地面積少；④ 污泥產量少，剩余污泥處理費用低；等等；厭氧工藝的綜合效益表現在環境、能源、生態三個方面。

早期的厭氧生物反應器

這是厭氧消化應用于廢水處理的初級階段，是從1881年法國Mouras設計的自動凈化器開始到本世紀的20年代；主要代表有：① 1881年法國Mouras的自動凈化器：② 1891年英國Moncriff的裝有填料的升流式反應器：③ 1895年，英國設計的化糞池（Septic Tank）；④ 1905年，德國的Imhoff池（又稱隱化池、雙層沉淀池）；等等。

這些早期的厭氧生物反應器的共同特點是：

① 處理廢水的同時，也處理從廢水中沉淀下來的污泥；

② 前幾種構筑物由于廢水與污泥不分隔而影響出水水質；

③ 雙層沉淀池則有了很大改進，有上層沉淀池和下層消化池；

④ 停留時間很長，出水水質也較差；

⑤ 后兩種反應器曾在英、美、德、法等國得到廣泛推廣，在我國目前仍有應用。

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和推廣應用，厭氧生物處理被認為是效率低、HRT長、受溫度等環境條件的影響大，因此處于一種被遺棄的狀態；但好氧生物處理工藝的廣泛應用，產生的剩余污泥也越來越多，其穩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，使產氣速率顯著提高；隨后，又增加了機械(http://www.chemdrug。。ｃｏｍ/sell/22/)攪拌器，反應速率進一步提高；50年代初又開發了利用沼氣循環的攪拌裝置；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。

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5m3/d、10m3/d、15m3/d、20m3/d、25m3/d、30m3/d、40m3/d、50m3/d、60m3/d、70m3/d、80m3/d、90m3/d、100m3/d、150m3/d、200m3/d、250m3/d、300m3/d、500m3/d、1000m3/d

5t/d、10t/d、15t/d、20t/d、25t/d、30t/d、40t/d、50t/d、60t/d、70t/d、80t/d、90t/d、100t/d、150t/d、200t/d、250t/d、300t/d、500t/d、1000t/d

5立方米/天、10立方米/天、15立方米/天、20立方米/天、25立方米/天、30立方米/天、40立方米/天、50立方米/天、60立方米/天、70立方米/天、80立方米/天、90立方米/天、100立方米/天、150立方米/天、200立方米/天、250立方米/天、300立方米/天、500立方米/天、1000立方米/天

每天5噸、每天10噸、每天15噸、每天20噸、每天25噸、每天30噸、每天40噸、每天50噸、每天60噸、每天70噸、每天80噸、每天90噸、每天100噸、每天150噸、每天200噸、每天250噸、每天300噸、每天500噸、每天1000噸.

日處理5噸、日處理10噸、日處理15噸、日處理20噸、日處理25噸、日處理30噸、日處理40噸、日處理50噸、日處理60噸、日處理70噸、日處理80噸、日處理90噸、日處理100噸、日處理150噸、日處理200噸、日處理250噸、日處理300噸、日處理500噸、日處理1000噸.

0.5m3/h、1m3/h、1.5m3/h、2m3/h、3m3/h、4m3/h、5m3/h、10m3/h

0.5t/h、1t/h、1.5t/h、2t/h、3t/h、4t/h、5t/h、10t/h

0.5立方米/時、1立方米/時、1.5立方米/時、2立方米/時、3立方米/時、4立方米/時、5立方米/時、10立方米/時

2、消化池的構造

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) 消化池內的攪拌：

在高速消化池內均設有攪拌裝置，可以分為機械(http://www.chemdrug。。ｃｏｍ/sell/22/)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：在一個豎向導流管中安裝螺旋槳；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) 消化池內的加熱：

在高速消化池內一般需要將反應溫度控制在中溫范圍內，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部進行加熱。消化池內的加熱方式主要有：① 池內蒸汽直接加熱，其優點是設備簡單，但容易造成局部污泥過熱，會影響厭氧微生物的正常活動，而且蒸氣直接通入池內會增加污泥的含水率；② 池外加熱：將進入消化池的污泥預熱后再投配到消化池中，所需預熱的污泥量較少，易于控制；預熱溫度較高，有利于殺滅蟲卵；不會對厭氧微生物不利；但設備較復雜。

二、消化池的設計計算

消化池的設計計算的主要內容包括：① 消化池體積的計算與池體設計；② 消化池內攪拌設備的設計與計算；③ 消化池所需要的加熱保溫系統的設計與計算；等。

1、消化池的池體設計

目前，國內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、消化池內的反應溫度等有關，下表中的數據可供參考：

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、消化池的結構尺寸

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構尺寸，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；沼氣產率是指每處理單位體積的生污泥所產生的沼氣量，即m3沼氣/m3生污泥；產氣率與污泥的性質、污泥投配率、污泥含水率、發酵溫度等有關；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%，產氣率可達10~12 m3沼氣/m3生污泥；高溫消化，投配率為6~8%，產氣率可達22~26 m3沼氣/m3生污泥；投配率為13~15%，產氣率可達13~15 m3沼氣/m3生污泥

2、沼氣的收集：

在沼氣管道沿程上應設置凝結水罐；注意安全；設置阻火器；為防止在冬季結冰引起堵塞，有時在沼氣管上還應采取保溫措施。

一、厭氧生物處理工藝的發展簡史

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所發明的“自動凈化器”開始的，隨后人類開始較大規模地應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）。這些厭氧反應器現在通稱為“*代厭氧生物反應器”，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代化城市污水處理廠內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十分成功。

3、沼氣的貯存與利用：

一般需要采用沼氣柜來調節產氣量與用氣量之間的平衡；調節容積一般為日平均產氣量的25~40%，即6~10h的產氣量；注意防腐、防火。

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過程較為復雜，因為厭氧消化過程是由多種不同的性質、不同功能的厭氧微生物協同工作的一個連續的生化過程，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器的過程中需要很高的技術要求；

② 厭氧微生物特別是其中的產甲烷細菌對溫度、pH等環境因素非常敏感，也使得厭氧反應器的運行和應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廢水時常常可以達到很高的處理效率，但其出水水質仍通常較差，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化導致氨氮濃度的上升。

厭氧消化過程中沼氣產量的估算

糖類、脂類和蛋白質等有機物經過厭氧消化能轉化為甲烷和CO2等氣體，這樣的混合氣體統稱為沼氣（Biogas）；產生沼氣的數量和成分取決于被消化的有機物的化學組成，一般可以用下式進行估算：

理論上認為，1gCOD在厭氧條件下*降解可以生成0.25 gCH4，相當于標準狀態下的甲烷氣體體積為0.35L；沼氣中CO2和CH4的百分含量不僅與有機物的化學組成有關，還與其各自的溶解度有關；由于一部分沼氣（主要是其中的CO2）會溶解在出水中而被帶走，同時，一小部分有機物還會被用于微生物細胞的合成(http://www.chemdrug。。ｃｏｍ/article/8/)，所以實際的產氣量要比理論產氣量小。

厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進行降解或部分降解；因此，對于某些含有難降解有機物的廢水，利用厭氧工藝進行處理可以獲得更好的處理效果，或者可以利用厭氧工藝作為預處理工藝，可以提高廢水的可生化性，提高后續好氧處理工藝的處理效果。

但是，當進入上世紀50、60年代，特別是70年代的中后期，隨著世界范圍的能源危機的加劇，人們對利用厭氧消化過程處理有機廢水的研究得以強化，相繼出現了一批被稱為現代高速厭氧消化反應器的處理工藝，從此厭氧消化工藝開始大規模地應用于廢水處理，真正成為一種可以與好氧生物處理工藝相提并論的廢水生物處理工藝。這些被稱為現代高速厭氧消化反應器的厭氧生物處理工藝又被統一稱為“第二代厭氧生物反應器”，它們的主要特點有：① HRT大大縮短，有機負荷大大提高，處理效率大大提高；② 主要包括：厭氧接觸法、厭氧濾池（AF）、上流式厭氧污泥床（UASB）反應器、厭氧流化床（AFB）、AAFEB、厭氧生物轉盤（ARBC）和擋板式厭氧反應器等；③ HRT與SRT分離，SRT相對很長，HRT則可以較短，反應器內生物量很高。以上這些特點*改變了原來人們對厭氧生物過程的認識，因此其實際應用也越來越廣泛。

進入20世紀90年代以后，隨著以顆粒污泥為主要特點的UASB反應器的廣泛應用，在其基礎上又發展起來了同樣以顆粒污泥為根本的顆粒污泥膨脹床（EGSB）反應器和厭氧內循環（IC）反應器。其中EGSB反應器利用外加的出水循環可以使反應器內部形成很高的上升流速，提高反應器內的基質與微生物之間的接觸和反應，可以在較低溫度下處理較低濃度的有機廢水，如城市廢水等；而IC反應器則主要應用于處理高濃度有機廢水，依靠厭氧生物過程本身所產生的大量沼氣形成內部混合液的充分循環與混合，可以達到更高的有機負荷。這些反應器又被統一稱為“第三代厭氧生物反應器”。

主要優點

    與廢水的好氧生物處理工藝相比，廢水的厭氧生物處理工藝具有以下主要優點：

① 能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）；因為厭氧生物處理工藝無需為微生物提供氧氣，所以不需要鼓風曝氣，減少了能耗，而且厭氧生物處理工藝在大量降低廢水中的有機物的同時，還會產生大量的沼氣，其中主要的有效成分是甲烷，是一種可以燃燒的氣體，具有很高的利用價值，可以直接用于鍋爐燃燒或發電；

② 污泥產量很低；這是由于在厭氧生物處理過程中廢水中的大部分有機污染物都被用來產生沼氣——甲烷和二氧化碳了，用于細胞合成(http://www.chemdrug。。ｃｏｍ/article/8/)的有機物相對來說要少得多；同時，厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產酸菌的產率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產甲烷菌的產率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產率約為0.25~0.6kgVSS/kgCOD。