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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。

装置的加热方式
污泥厌氧消化一般都采用中温35℃消化，为保持消化池内的温度适中，必须对进泥进行加热升温。厌氧消化池的常用加热方式有在消化池外热交换器预热、用蒸汽直接在消化池内加热、在消化池内部安装热水加热盘管等三种。还有在消化池外建预热投配池对生污泥加热后再投加到消化池中的方式。
甲烷菌对温度波动非常敏感，一般应将消化污泥的温度波动控制在土1℃范围内。温度波动即加热的效果与进泥次数、进泥历时和每次的进泥量有关，进泥次数少必然导致每次进泥量较多，使加热系统超负荷，供热不足引起温度的降低。因此，进泥应尽量均匀和接近连续。

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 。

厌氧消化池装置中厌氧消化的影响因素
1、 酸碱度
酸碱度是污泥厌氧消化限速因子之一。厌氧消化整个过程，通常水解、产酸和产甲烷三个阶段同时存在，各种酸碱综合作用，体现为消化液pH值。改变pH可以引起水解酸化过程中微生物种群和代谢途径的剧烈变化。产酸菌和产甲烷菌均在特定pH值范围才能发挥代谢作用，见表1。当水解和产酸速率超过产甲烷阶段，会造成有机酸的累积而抑制反应;产甲烷与产酸速率接近，则无大量有机酸累积，消化液的pH值升高。发酵产酸中间产物难以控制，产量不稳定，但pH值可以作为综合各个阶段消化状态的一个指标。研究认为，碳水化合物和蛋白质的水解挥发性脂肪酸(VFA)的产生量和产生速率在pH等于7条件时达到，以TOC和COD表示的水解效率高达80%以上。
2 、温度
厌氧消化根据消化温度差异，可以分为高温消化(50℃以上)、中温消化(30~36℃)、常温消化三种方式。当温度在55~60℃左右时，消化效率，厌氧消化也比较稳定，消化时间仅需要10d左右。从微生物活性来说，产甲烷菌正常生存的温度范围10~60℃，其活性随着温度升高而。当温度低于10℃，虽能存活，但代谢将基本停止;当温度超过70℃活性降低。
国内污泥厌氧消化早期多集中于中温条件，高温消化被认为需要消耗更大能量。张辰研究认为，高温厌氧消化对VS和COD具有更高的去除率，提供更多的产甲烷基质和沼气量。无论高温或中温消化均会导致污泥脱水性能变差，且高温消化污泥的毛细吸水时间(CST)高于中温消化污泥。对病原菌的杀灭方面研究发现，中温厌氧消化粪大肠菌群数较少，小于2×106MPN/g，高温厌氧消化满足小于1000MPN/g，说明高温厌氧消化残渣制作肥料更可靠。为保持消化池内的温度适中，必须进行加热升温。厌氧消化池的常用加热方式包括：在消化池外热交换器预热、用蒸汽直接在消化池内加热、在消化池内部安装热水加热盘管三种。
3 、营养与碳氮比
合成细胞所需要的碳源具有双重任务。一是作为反应过程的能源，二是合成新细胞。合成细胞的C/N比约为5∶1，要求C/N比约为(10~20)∶1。如果氮量不足，则消化液缓冲能力低，pH容易降低。反之，pH可能上升，铵盐容易累积，会抑制消化过程。孙洪伟等认为，碳氮比C/N对胞外聚合物(EPS)及其组分具有显著影响。当C/N由0升高至15，EPS和紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)含量逐渐升高，而松散型胞外聚合物(LB-EPS)含量逐渐降低。此外，C/N导致毛细吸水时间(CST)和污泥比阻(SRF)值显著，污泥的脱水性能变差。实际生产中，污泥碳氮比较低，易产生氨抑制，污泥单厌氧消化存在产气量低、系统不稳定等问题。利用果蔬、厨房垃圾等易腐有机废物与污泥共消化可以提高甲烷产率与单位处理效率。
4 、其他
搅拌，厌氧消化池存在分层现象，透过搅拌可以分层，增加污泥与微生物的接触，使进泥与原有原料充分接触，加快消化速度。实际生产多采用间歇搅拌方式或多级搅拌方式。由于产甲烷菌的增殖较慢，对环境变化敏感，生物固体停留时间(污泥龄)也是厌氧消化的影响因素之一。污泥池中的硝酸盐将被还原成氮气，由于细胞增殖很少，很少氮转化为细胞，大部分转化为消化液中的氨，氮平衡也是重要的影响因素。另外，重金属及胺类等有毒物质也是影响因素。
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