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厌氧消化工艺设计要点
1、消化方式的设计
①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℃),其中中温消化的温度为35℃,高温消化的温度会因其它影响因素发生较大变化。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。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。目前,国内、外多采用中温厌氧消化。
②消化等级,按照消化池的数量分为一级消化和两级消化。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,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,仅利用级的余热继续消化,同时排上清液和浮渣。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%。基于节省投用和运行的简易稳定,目前国内多采用一级消化方式。
2、消化池型的选择
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,需要处理。
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:a)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;c)池顶部表面积小,易于去除浮渣和易于沼气收集;d)从结构上看,卵形结构受力好,节省建材;e)外形美观。
3、消化池搅拌方式的选择
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,因此搅拌变得十分重要。通过设计合理的搅拌方式,达到以下目标:a)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;b)使气体顺利与污泥分离,溢出液面;c)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;d)防止池内产生大量浮渣。
常用的搅拌方式有类,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、投用和运行管理要求等。下面介绍几种常用的搅拌设备:
4、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,能够有效地浮渣层,适用卵形或者坡度较大锥底的圆柱形消化池。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内将消化池污泥完全搅拌次数或完成一次搅拌用的时间。
厌氧消化池装置的水泵循环搅拌的特点和基本要求
使用水泵抽取消化池内的部分混合液加压回流到消化池内、实现进水或进泥与原混合液充分混合的方法,称为水泵循环搅拌。水泵循环搅拌设备简单,维修方便,为了使混合液混合完全,需要的循环量较大,1m3有效池容积搅拌所需能耗一般为0.005kW。为提高混合效果,通常在消化池内设射流器,由水泵压送的混合液经射流器喷射,在射流器喉管处形成真空,吸进一部分池中的消化液或熟污泥,形成更为强烈的搅拌。
为了防止堵塞,循环混合液管道的小管径不能小于150mm。射流器的选择必须与水泵的扬程相匹配,所采用污水泵的扬程一般为15~20m,引射流量与抽吸流量之比一般为1:(3~5)。射流器的工作半径为5m左右,当消化池的直径超过10m时,可设置多个射流器。
采用水泵循环搅拌时,由于经过水泵叶轮的剧烈搅动和水封器喷嘴的高速射流,会将污泥打得粉碎,对消化污泥的泥水分离非常不利,有时会引起上清液SS过大。因此,这种搅拌方式比较适用于小型消化池。
污泥厌氧消化池装置的沼气搅拌方式
污泥厌氧消化池装置的搅拌是利用消化池产生的一部分沼气,经过压缩机加压后通过竖管或池底的扩散器再送入消化池,达到搅拌混合均匀的目的。沼气搅拌的方式有三种:
(1)气提式搅拌:将沼气压入设在消化池的导流管中部或底部,使沼气和消化液混合后,含沼气泡的污泥密度减小后沿导流管上升,使消化池内消化液不断循环搅拌达到混合的目的。
(2)竖管式搅拌:根据消化池直径大小,在池内均匀布置若干根竖管,经过加压的沼气通过沼气配气总管分配到各根竖管,再从竖管下端喷出,起到搅拌混合的作用。
(3)扩散式搅拌:经过压缩的沼气通过安装在消化池底部的气体扩散器在消化池内产生消化液的旋转流动,起到搅拌混合作用。
参数及主要配置
环境温度:30℃~60℃、消化时间:视环境温度,3~7天、有机玻璃厌氧池、Ø 350mm×500m、装置外形尺寸:800mm×500mm×1200mm、电源 220V、 功率600W配置:有机玻璃管制成厌氧池 1套、不锈钢加热恒温水箱1套、温度控制仪1套、湿式气体流量计1套、串激电机搅拌器1台、调压器1只、水泵1台、循环水泵1台1台、配水箱1只、电控箱1只、漏电保护开关、按钮开关、连接管道和球阀、带移动轮子不锈钢台架等组成。
厌氧消化池装置的型式
污泥厌氧消化池装置的型式有许多种,按径高比可以把它们大致分为三类:高型、中型和低型。
径高比1:0.4~<1、顶盖和底板坡度比较平缓,10~20°,为低型池。其中许多顶盖是浮动盖。扁平型池属于此类。低型池适合于沼气搅拌,它的适径高比为1:0.4。
中型池的径高比是1:1~<1.4,龟甲型等属于此类,这类型消化池上、下圆锥角度比较陡,45~55°,上、下锥角度可以是一样的,也可以不一样。国内的消化池都属于此型,径高比大1:1~1.1之间。
高型池的径高比为1:1.4~2.0。卵型、梨型、高矩型属于此类型。卵型消化池比较细高,有利于底部沉淀物的排除和浮渣的。该类型消化池它的结构和施工都很复杂,造价昂贵,但其有许多优点:①污泥循环搅拌效果号,没有死区,容积利用率高。②底部没有污泥和沉砂堆积。③不易形成浮渣层,形成的浮渣容易打碎。④单位体积的表面积小,热损失少。⑤和其他池型相比,用于搅拌的能量消耗少 [2]
实际中应用的消化池的直径为6~38m,池高度6~45m,单池容积为300~14200m3 。
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