水质生物净化工程-污水污泥厌氧消化处理

第五章污水、污泥的厌氧消化处理与污泥处置内容提要:1.厌氧生物处理的特点;2.污泥的性质及污泥处置的一般方法;3.污泥浓缩;4.污泥厌氧消化;5.污水厌氧处理;6.污泥脱水方法及设备第五章污水、污泥的厌氧消化处理与污泥处置§5.1概述厌氧处理是生物处理的又一大方法，由于它不需供氧，越来越引起人们的重视。一、厌氧处理的应用情况1、污泥的处理初沉池和二沉池排出的污泥，均需进一步处理，通常采用厌氧消化法，即在兼性菌与厌氧菌的作用下，使有机物分解产生沼气。2、高浓度污水的处理例如酿造业、制革、屠宰等排出高浓度有机污水，BOD上万mg/L，若采用好氧处理，则需消耗大量的氧，采用厌氧处理方法，就不必考虑供氧的问题。生物处理好氧厌氧§5.1二、厌氧处理的优越性1、能回收有效的生物能——甲烷（沼气）厌氧消化产沼气，而且其处理过程本身需要的能量少，只有好氧处理的1/10。2、有机负荷高负荷量为4~7KgCOD/m3·d，BOD去除率为70%~80%，每吨有机物可产沼气6000m3。3、处理污水时，产生的污泥量少。只有好氧法的1/6~1/10，而且消化后的污泥容易脱水（处理污泥的费用低）。4、完全密封，不影响环境卫生（好氧敞开，味道难闻）。5、不受氧转移的控制（根本上不需要供氧）。6、厌氧技术与发酵工业相同，管理人员不需特殊培训。§5.1三、污泥处置的目的与方法1、目的⑴分解有机物，使之稳定，不发臭。⑵使污泥易于脱水，减少体积。⑶杀死细菌、病原微生物、蛔虫卵等。⑷回收有用物质（沼气）。⑸使肥效更易于被植物吸收。§5.1三、污泥处置的目的与方法（续）2、污泥处理的一般流程浓缩干燥与焚烧脱水预处理消化污泥自然干化→污泥利用污泥与沼气利用污泥利用污泥利用（具体流程，可因地制宜，进行取舍与组合,P.328）§5.2污泥的性质与排除一、污泥的分类与特性沉淀物沉渣（以无机物为主）污泥（以有机物为主）生污泥初沉池污泥(P=95~97%)二沉池污泥剩余活性污泥（活性污泥法）（P=99.2~99.6%)腐殖污泥（生物膜法）（P=96%）化学污泥（化学法↓）熟污泥（消化污泥）（P=97%）来源所含成分§5.2二、表示污泥性质的指标⑴污泥含水率——污泥中所含水分的重量与湿污泥重量之比的百分数。（用P表示）当P＞95%时，污泥比重r≈1。⑵污泥的体积，重量与固体浓度之间的关系。设Vi，Wi，Ci分别为含水率为Pi时的污泥体积、重量和固体浓度，则：V1V2W1W2100-P2100-P1C2C1===§5.2二、表示污泥性质的指标（续1）公式推导：=V1,W1,γ1C1,P1G1①∵W1=γ1V1

W2=γ2V2∴②由污泥的干固体G1=G2（浓缩）W1(100–P1)%=W2(100–P2)%γ1V1γ2V2W1W2V1V2=P＞95%,γ水=1γ1=γ2≈γ水V1,W1,γ1C1,P1=V2,W2,γ2C2,P2G2V2,W2,γ2C2,P2W1W2100-P2100-P1∴=§5.2二、表示污泥性质的指标（续2）Gi，Wi，Vi，γi，Ci，Pi分别为：Gi——污泥的干固体重Wi——湿污泥重量Vi——湿污泥的体积γi——湿污泥的容重Ci——污泥固体浓度Pi——污泥含水率③∵C1=C2=W1(100–P1)%V1W2(100–P2)%V2V1V2W1V2W2V1100–P1100–P2C1C2∴=·W1W2=100–P1100–P2从而有V1V2W1W2100-P2100-P1C2C1===公式应用：例污泥含水率从97.5%降低至95%时，求污泥体积。V1V2100-P2100-P1=P1=97.5%P2=95%V2=V1·=V1=V1100-P2100-P1100–97.5100-9512§5.2二、表示污泥性质的指标（续3）⑶湿污泥的比重湿污泥的比重=湿污泥的重量同体积水的重量湿污泥的重量湿污泥的体积水的比重为1=W·P%1W(100-P)%γs+W=100γsPγs+(100–P)液体（水）的体积干固体体积γs——干固体平均比重§5.2二、、表表示示污污泥泥性性质质的的指指标标（（续续4）⑷干固固体体平平均均比比重重γs令干干固固体体中中挥挥发发性性固固体体所所占占百百分分数数为为Pv，比重重为为γV，灰分分的的比比重重为为γf。干固固体体总总体体积积=挥发发分分体体积积+灰分分体体积积挥发发性性固固体体———近似似表表示示有有机机物物含含量量。。灰分分———无机机物物含含量量。。可消消化化度度———能被被消消化化的的有有机机物物量量,P.329式(8-2)。肥分分———污泥泥中中含含氮氮、、磷磷、、钾钾和和植植物物生生长长所所必必需需营营养养素素量量。。100γsPvγV100-Pv=+100··γγf·γγV100γγV+Pv(γf–γV)∴γs=γf§5.2三、污污泥量量污泥处处理包包括初初沉池池来的的污泥泥和二二沉池池的剩剩余污污泥。。1、初次次沉淀淀池的的污泥泥量⑴按设设计人人口的的产泥泥量标标准计计算⑵按污污水中中悬浮浮物的的沉淀淀效率率计算算SNT1000W=（（m3）S———每人每每天产产泥量量标准准（L/人·日）N———设计人人口（（人））T———两次排排泥的的间隔隔（日日）Q———污水流流量（（m3/d）η———沉淀效效率（（%）C———污水中中SS浓度（（mg/L）100CηQ103(100-P)ρW=污泥含含水率率污泥密密度（（Kg/m3）§5.2三、污污泥量量（续续）2、二沉沉池剩剩余污污泥量量ΔXT==(YQSr–KdXv··V)/f（Kg/d）ΔXVfMLVSSMLSSf=湿污泥泥量Qs=（m3/d）ΔXVf··XR剩余污污泥浓浓度3、污水水处理理厂干干固体体物质质平衡衡（P332-333）§5.2四、污污泥流流动的的水力力特征征与与管道道输送送污泥含含水率率P＞95%时，γ≈1（与水相相同））。但：污污泥在在管道道中流流动的的情况况和水水流不不相同同。污泥的的流动动阻力力有其其特征征：在层流流状态态时，，污泥泥粘滞滞性大大，初初始剪剪切力力大（（比水水大）），污污泥流流动的的阻力力比水水流阻阻力大大。在紊流流状态态（v↑）时，污污泥流流动的的阻力力反而而比水水流阻阻力小小。§5.2四、污污泥流流动的的水力力特征征与与管道道输送送（续续）因此，，污泥泥输送送往往往采用用较大大流速速，使使污泥泥处于于紊流流状态态。重力输输泥管管i=0.01~0.02压力输输泥管管Vmin=1.0~2.0m/s长距离离输泥泥管，，水头头损失失（沿沿程））hf=6.82L———管长（（m）D———管径（（m）V———污泥流流速（（m/s）CH——哈森—威廉系系数（（P.336T.8-4）与污泥泥浓度度有关关LD1.17VCH1.85沿程损损失（（m）局部水水头损损失P337（8-20），T8-5§5.3污泥浓浓缩(ppt.5)空隙水吸附水内部水污泥颗粒毛细水污泥中中所含含的水水空隙水水（约约占污污泥水水分的的70%）毛细细水水（（毛毛细细管管水水））20%吸附附水水内部部水水10%§5.3污泥泥浓浓缩缩（（续续））污泥泥浓浓缩缩脱脱水水的的对对象象：：空空隙隙水水污泥泥浓浓缩缩的的目目的的：：缩缩小小污污泥泥体体积积污泥泥浓浓缩缩的的作作用用：：减小小消消化化池池的的容容积积由于于V的减减小小减减少少加加温温污污泥泥所所需需的的热热量量减少少混混凝凝剂剂投投加加量量及及机机械械脱脱水水设设备备的的数数量量浓缩缩的的方方法法：：重重力力浓浓缩缩，，气气浮浮浓浓缩缩§5.3一、、重重力力浓浓缩缩法法1、污污泥泥静静态态沉沉降降试试验验沉淀淀的的类类型型自自由由沉沉淀淀絮凝凝沉沉淀淀拥挤挤沉沉淀淀（（成成层层沉沉降降））二二沉沉池池后后期期浓缩缩池池前前期期压缩缩沉沉降降———浓缩缩池池的的浓浓缩缩当悬悬浮浮颗颗粒粒浓浓度度很很高高时时(SS﹥﹥500mg/L)，每个个颗颗粒粒的的沉沉降降受受其其周周围围颗颗粒粒存存在在的的影影响响。。在在沉沉淀淀过过程程中中，，相相邻邻颗颗粒粒之之间间互互相相妨妨碍碍、、干干扰扰，，沉沉速速大大的的颗颗粒粒也也无无法法超超越越沉沉速速小小的的颗颗粒粒，，各各自自保保持持相相对对位位置置不不变变，，并并在在聚聚合合力力的的作作用用下下,颗粒粒群群结结合合成成一一个个整整体体向向下下沉沉淀淀,水流流有有一一种种通通过过彼彼此此的的颗颗粒粒间间的的缝缝隙隙向向上上流流动动的的倾倾向向。。这这样样彼彼此此接接触触的的颗颗粒粒往往往往以以层层状状下下沉沉，，与与澄澄清清水水之之间间形形成成清清晰晰的的液液—固界界面面,沉淀淀显显示示为为界界面面下下沉沉。。这这种种沉沉淀淀称称之之为为成成层层沉沉降降。。（沉沉速速有有所所降降低低））§5.3一、、重重力力浓浓缩缩法法（（续续1）污泥泥浓浓缩缩具具有有成成层层沉沉降降的的特特性性，，在在下下沉沉过过程程中中，，上上清清液液与与污污泥泥层层之之间间有有一一明明显显的的界界面面（（分分层层））。。====泥面高度度（H）清水区（（澄清区区）阻滞区过渡区压缩区t时间污泥静态态试验各区的特点阻阻滞区：：界面等等速下降降，污泥泥浓度均均匀，一一致。过渡区：：污泥层层逐渐变变浓，界界面的沉沉降速度度逐渐减减小。压缩区：：与过渡渡区交界界的界面面以某一一速度上上升。§5.3一、重力力浓缩法法（续2）2、连续式式重力浓浓缩池工工况=入流Q0，C0（入流污泥泥浓度））溢流Qe，Ce底流Qu，Cu高度Ce清水区（（澄清区区）阻滞区过渡区压缩区固体浓度度CCu浓缩效果果要好，，要求Ce小，Cu大。浓缩池表表面积A，取决于澄澄清（Ce↓）和浓缩（（Cu↑），既要澄清清好，又又要浓缩缩好，以以澄清和和浓缩控控制。水力负荷荷固体通量量§5.3一、重力力浓缩法法（续3）3、重力浓浓缩池的的主要设设计参数数⑴水力负负荷——单位时间间内单位位表面积积上的上上清液流流量（m3/m2·h）。（表面溢流流率）⑵固体通通量——单位时间间内单位位表面积积所通过过的固体体重量（（Kg/m2·h）。（固体过流流率）浓缩城市市污水的的活性污污泥，固固体通量量一般采采用1.0~6.0Kg/m2·h。§5.3一、重力力浓缩法法（续4）4、重力式连续流流浓缩池池表面积积的计算算[迪克(Dick)理论]根据固体体通量确确定浓缩缩池的面面积A=Q0C0GLA———浓缩池面面积（m2）Q0——入流污泥泥量（m3/h）C0——入流污泥泥浓度（（Kg/m3）GL——极限固体体通量（（见P.339~340）采用图解解法或公公式法确确定。二次沉淀淀池设计计表表面面负荷法法（澄清清，竖流流流速））固体通量量法（固固体）A=Q(1+R)C0GL二沉池连续式浓缩缩池固体通通量同二沉沉池既既有底底流——底流通量又有沉降——重力通量二者叠加，，求GL§5.3一、重力浓浓缩法（续续5）⑴GL图解法=uviiQu，Cu单位时间通通过某一截截面(i—i)的固体通量量有两部分分：重力沉降引引起通量(v↓)底流排泥引引起通量（（泥面下降降u↓)①静沉时，成成层沉降(i—i)重力沉降(自重压密)引起的固体体通量：Gi=vi·Ci正常活性污污泥初始浓浓度为Ci时的成层(界面)沉降速度，，而vi=f1(Ci)（沉速与浓度度有关）污泥浓度§5.3一、重力浓浓缩法（续续6）=C1C2C3Cn…H0Htt1t2……v1=H0t1v2=H0t2vn=H0tn……CnC2C1而Gi=vi·Ci=f1(Ci)·Ci=f(Ci)试验数据点点：CiC1C2……Cntit1t2……tnv1v2……vnG1G2…Gn=vn·Cnvi=H0tiGi=vi·CiGiCGi=f(Ci)§5.3一、重力浓浓缩法（续续7）②底流排泥泥时引起的的固体通量量(i—i)Gu=u··Ciu——由于底流排排泥引起的的污泥(界面)下沉速度GuGu=u··CiC（见下图））污泥浓度若底部排泥量量为Qu浓缩池断面面积为A则u=QuA§5.3一、重力浓浓缩法（续续8）③连续式重重力浓缩池池（或二沉沉池）既有有重力沉降降，也有底底流排泥，，因此，既既有重力沉沉降引起的的通量，也也有底流排排泥引起的的通量，总总的固体通通量应是二二者叠加。。即G=Gi+Gu=vi·Ci+u··CiGCGLCLG=Gi+GuGu=u··CiGi=vi·Ci图解结果,存在极限固固体通量GL——G曲线的极小小值.CL为极限固体体浓度,固体浓度如如果大于CL,就通不过这这个截面;极限固体通通量GL的物理意义义:在浓缩池的的深度方向向,必存在一个个控制断面面,这个控制断断面的固体体通量最小小(即GL),其他断面的的固体通量量都大于GL,按此通量(GL)设计断面积积,考虑了最不不利情况。。（得出最最大浓缩池池或二沉池池断面面积积）A=Q0C0GL§5.3一、重力浓浓缩法（续续9）⑵GL数值法Dick（迪克）等人人发现，v=f1(C),C———污泥固体浓浓度成层(界面)沉降速度v=f1(C)=gC-h（g，h为经验常数））而G=Gi+Gu=v··C+u··C=gC-h·C+u··C=gC1-h+u··C…………※※Gi=v··CGu=u··C由于底流排排泥产生的污泥(界面)下沉速度。。§5.3一、重力浓浓缩法（续续10）微分=g(1-h)C-h+u令=0即g(1-h)C-h+u=0（极值点）求极值点：：CL=代入上※式即即得GL=[g(1-h)]····u1°有了GL，面积可求了了。2°浓缩池的有有效水深一一般采用4m，当为竖流式式浓缩池时时，其水深深可按沉淀淀部分上升升流速不大大于0.1mm/s进行校核。。dGdCdGdCg(1-h)u1/h1/hh1-h1-hh=vv≯0.1mm/sh=v·t停留时间重力式连续流浓浓缩池表面面积的计算算(续)柯伊—克里维什理理论(P.340-341)肯奇理论(P.341-343)重力浓缩池池生产运行行数据(P.344,T.8-8)重力式连续续流浓缩池池深度的设设计P.344-345,例8-5§5.3一、重力浓浓缩法（续续11）5、重力式浓浓缩池的类类型与设计计类型连连续式式——用于大、中中型污水厂厂间歇式——用于小型污污水厂⑴连续式重重力浓缩池池池型同竖流流式或辐流流式沉淀池池，设计方方法同二沉沉池固固体通通量法经验公式法法⑵间歇式重重力浓缩池池排泥管上清液①进泥（间间歇进泥））②浓缩③排上清液液④排浓缩污污泥当浓缩二沉沉池的剩余余活性污泥泥时，浓缩缩时间一般般不小于12小时，容积积V=Q·t浓缩效果P=99.2%→97%§5.3二、气浮浓浓缩法原理：在压力溶气气罐中溶入入过量的空空气，而在在气浮池中中释放出来来，产生大大量微气泡泡并附着在在泥粒周围围，使其比比重减小而而强制上浮浮。适用于于比重近于于1的活性污泥泥的浓缩。。1、工艺流程程(有回流)[无回流P.347,图8-16(a)]==溶气罐污泥Q0，C0浮渣减压阀压缩空气RQ0回流加压溶气出水澄清液§5.3二、气浮浓浓缩法（续续1）2、设计与计计算⑴确定溶气气比（气固固比）Aa/S气固比Aa/S——气浮时有效空空气重量与污污泥中固体物物重量之比。。即气浮单位重重量的固体所所需的空气量量（重量）。。公式：无回流流时：Aa/S=……①（污泥全加压溶溶气）有回流时：Aa/S=……②（部分回流水加加压溶气）Sa(fP-1)C0SaR(fP-1)C0Aa——释放的有效空空气重量S——固体物重量Sa——在1atm下，空气在水中的饱和溶溶解度f——回流加压水的的空气饱和度系数（0.5~0.8）P——溶气罐压力（（一般2~4atm）R——回流比（1.0~3.0）§5.3二、气浮浓缩缩法（续2）公式②推导：：1°回流加压水中中的空气浓度度C(mg/L)C=fPSa2°气浮池中空气气总重量Aa1（进入气浮池中中的空气重量量）Aa1=fPSa·RQ0+SaQ0回流部分入入流部分分3°出水带走空气气重量Aa2Aa2=Sa（R+1）Q0§5.3二、气浮浓缩缩法（续3）4°释放出的空气气重量（有效效空气重量））AaAa=Aa1–Aa2=fPSa·RQ0+SaQ0-Sa（R+1）Q0=SaRQ0（fP–1）5°固体物重量SS=Q0C06°溶气比（气固固比）Aa/SAa/S==（按类似的方法法可得公式①①，无回流，，污泥全加压压溶气）SaRQ0（fP––1）Q0C0SaR（fP–1）C0§5.3二、气浮浓缩缩法（续4）⑵确定浓缩池池表面水力负负荷q（m3/m2·h）P.349T.8-11有回流q=1.0~3.6m3/m2·h无回流流q=0.5~1.8m3/m2·h⑶计算回回流比比R由Aa/S=Aa/S可通过过试验验确定定，一一般采采用0.005~0.060(经验值值),常用0.03~0.04即=0.005~0.060R=SaR（（fP––1））C0SaR（（fP––1））C0Sa（（fP––1））(0.005~0.060)C0§5.3二、气气浮浓浓缩法法（续续5）⑷确定气气浮池池表面面积A有回流流A=（m2）无回流流A=（m2）表面积积A求出后,需用固固体负负荷校校核(固体负负荷P.349,T.8-11).3、气浮浓浓缩的的效果果可使污污泥含含水率率从99%以上降降至95~97%。澄清液液悬浮浮物浓浓度一一般低低于0.1%（可回回流至至初沉沉池））。P.349,例8-6,自看Q0（R+1））qQ0q§5.4污泥的的厌氧氧消化化一、厌厌氧消消化的的机理理厌氧消消化是是一个个复杂杂的生生物学学过程程。人人们所所开发发的厌厌氧消消化处处理工工艺，，是用用人工工的办办法在在一种种反应应器内内创造造厌氧氧微生生物所所需的的营养养条件件和环环境条条件。。利用用厌氧氧微生生物的的作用用，厌厌氧消消化,分解有有机物物，产产甲烷烷。积积累高高浓度度的厌厌氧微微生物物，加加速厌厌氧消消化过过程。。§5.4一、厌厌氧消消化的的机理理（续续1）1、厌氧氧消化化过程程的三三个阶阶段复杂有有机物物较高级级有机机酸氢气乙酸甲烷水解与与发酵酵生成乙乙酸与与脱氢氢生成甲甲烷第一阶阶段第二阶阶段第三阶阶段不产甲烷阶阶段产甲烷烷阶段段76%4%20%24%52%28%72%厌氧消消化过过程的的三个个阶段段厌氧消消化是是在无无氧的的条件件下,由兼性性菌及及专性性厌氧氧细菌菌降解解有机机物,最终产产物是是二氧氧化碳碳和甲甲烷气气(或称沼沼气、、污泥泥气、、消化化气)厌氧消消化分分三个个阶段段,第一阶阶段是是在水水解与与发酵酵细菌菌作用用下,使碳水水化合合物、、蛋白白质与与脂肪肪水解解与发发酵转转化成成单糖糖、氨氨基酸酸、脂脂肪酸酸、甘甘油及及二氧氧化碳碳、氢氢等;第二阶阶段是是在产产氢产产乙酸酸菌的的作用用下,把第一一阶段段的产产物转转化成成氢、、二氧氧化碳碳和乙乙酸;第三阶阶段是是通过过两组组生理理上不不同的的产甲甲烷的的作用用,一组把把氢和和二氧氧化碳碳转化化成甲甲烷,另一组组是对对乙酸酸脱羧羧产生生甲烷烷.§5.4一、厌厌氧消消化的的机理理（续续2）2.参与厌厌氧消消化的的微生生物(1)参与第第一阶阶段的的微生生物包括细细菌,原生动动物和和真菌菌,统称水水解与与发酵酵细菌菌.大多数数为专专性厌厌氧菌菌,也有不不少兼兼性厌厌氧菌菌.细菌可可分为为纤维维素分分解菌菌,碳水化化合物物分解解菌,蛋白质质分解解菌,脂肪分分解菌菌等.原生动动物主主要有有鞭毛毛虫,纤毛虫虫和变变形虫虫.真菌主主要有有毛霉霉,根霉,共头霉霉,曲霉等等.(2)参与第第二阶阶段的的微生生物为产氢氢产乙乙酸菌菌以及及同型型乙酸酸菌.产氢产产乙酸酸菌有有专性性厌氧氧菌和和兼性性厌氧氧菌,它们能能够在在厌氧氧条件件下,将丙酮酮酸及及其他他脂肪肪酸转转化为为乙酸酸,二氧化化碳,并放出出氢气气;同型乙乙酸菌菌的种种属有有乙酸酸杆菌菌,它们能能够将将二氧氧化碳碳,氢气转转化成成乙酸酸,也能能将将甲甲酸酸,甲醇醇转转化化为为乙乙酸酸.由于于同同型型乙乙酸酸菌菌的的存存在在,可促促进进乙乙酸酸形形成成甲甲烷烷的的进进程程.(3)参与与第第三三阶阶段段的的微微生生物物§5.4一、、厌厌氧氧消消化化的的机机理理（（续续3）(3)参与与第第三三阶阶段段的的微微生生物物参与与厌厌氧氧消消化化第第三三阶阶段段的的菌菌种种是是甲甲烷烷菌菌或或称称产产甲甲烷烷菌菌,是甲甲烷烷发发酵酵阶阶段段的的主主要要细细菌菌,属于于绝绝对对的的厌厌氧氧菌菌,主要要代代谢谢产产物物是是甲甲烷烷.甲烷烷菌菌常常见见的的有有:甲烷烷杆杆菌菌,甲烷烷球球菌菌,甲烷烷八八叠叠球球菌菌,甲烷烷螺螺旋旋菌菌3.厌氧氧消消化化动动力力学学P.356-357,(与好好氧氧反反应应动动力力相相似似)§5.4二、、厌厌氧氧消消化化的的影影响响因因素素1、温温度度：：是是影影响响微微生生物物生生存存及及生生物物化化学学反反应应最最重重要要的的因因素素之之一一。。对对生生化化反反应应速速度度的的影影响响也也极极为为明明显显。。温度度与与消消化化时时间间的的关关系系（（P.357Fig8-23）日t℃℃5533指产气气量量达达到到总总产产气气量量的的90%时所所需需的的日日数数从图图中中可可看看出出两两个个极极值值点点（（55℃℃和33℃℃时的的消消化化时时间间较较短短））厌氧消化化最适宜宜的温度度有两个个范围中温消化化30~36℃高温消化化50~53℃(Fig8-22)高温消化化比中温温消化时时间短，，产气率率高，但但能耗大大。温度要求求恒定，，温度短短期突变变对消化化有极大大影响。。(允许的温温度变动动范围为为+1.5~2.0℃)甲烷发酵酵阶段是是厌氧消消化反应应的控制制因素,因此厌氧氧消化反反应的各各项影响响因素也也以对甲甲烷菌的的影响因因素为准准.§5.4二、厌氧氧消化的的影响因因素（续续1）2、生物固固体停留留时间(污泥龄)与负荷消化池的的容积负负荷和水水力停留留时间(即消化时时间)的关系见见图8-24生物固体体停留时时间(污泥龄)的影响负荷的两两种表示示方法⑴污泥投投配率:每日投加加新鲜污污泥体积积占消化化池有效效容积的的百分数数n=××100%与污泥消消化时间间互为倒倒数t=（日）WV每日投加加新鲜污污泥体积积1n消化池有有效容积积§5.4二、厌氧氧消化的的影响因因素（续续2）⑵消化池的的容积负负荷:单位消化化池有效效容积每每日接纳纳的有机机物重量量(Kg/m3·d）消化池有有效容积积:V=污泥投配配率是消消化池运运行管理理的重要要指标。。n↑，V↓，t↓，酸积累，，PH低，污泥泥消化不不完全，，产气率率↓。n↓，V↑，t↑，虽然消化化完全，，产气率率也高，，但消化化池容积积V过大，不不经济。。中温n=5%～8%SvS新鲜污泥泥中挥发发性有机机物重量量(kg/d)挥发性有有机物负负荷中温0.6——1.5(Kg/m3·d）高温2.0——2.8(Kg/m3·d）§5.4二、厌氧氧消化的的影响因因素（续续3）3、搅拌⑴作用：：可使新新鲜污泥泥与熟污污泥充分分接触，，使温度度、基质质与甲烷烷菌分布布均匀；；消除泥泥壳；加加速气体体释放。。⑵方法水水射器器循环泵沼气循环环搅拌混合搅拌拌4、营养与与碳氮比比（C/N）C/N太大，→→①组成成细菌的的氮量不不足；②②NH4HCO3少，缓冲冲能力差差，PH易下降。。C/N太小，→→N过多，PH上升。要求C/N=（10~20）：1为宜§5.4二、厌厌氧消消化的的影响响因素素（续续4）5、PH值与酸酸碱度度甲烷菌菌适应应于PH=6.6~7.5，最佳（（6.8~7.2）。PH降到5以下时时，对对甲烷烷菌有有毒害害作用用。碱碱度降降低，，即预预示着着PH下降。。消化池池中应应保持持足够够的碱碱度，，2000mg/L＜碱度＜＜3000mg/L。6、有毒物物质⑴重金金属离离子，，对厌厌氧消消化有有抑制制和毒毒害作作用。。①与酶酶结合合，产产生变变性物物质（（使酶酶失去去作用用）。。②金属属离子子及其其氢氧氧化物物的凝凝聚作作用，，使酶酶沉淀淀。⑵硫化化物（（S2-）来源无无机硫硫还原原SO42-→S2-蛋白质质的分分解要求硫硫酸盐盐浓度度应低低于5000mg/L。§5.4三、消消化池池的构构造与与设计计㈠固定盖盖式消消化池池1、构造造(圆柱形形,蛋形,P.361图8-26)D===进泥管管生污泥泥排泥（（熟污污泥））中位管管池体α上锥体体（池盖盖）蒸汽α′下锥体体水射器器d2h1h1h2h3h4H集气罩蒸汽组成集集气罩罩池盖池体下锥体各部分尺寸：：池体直径D=6~35m柱体体高高度度H柱=h3=(1/2)D总高高度度H/D=0.8~1.0集气气罩罩h1=1~3m,d1=2~5m池盖盖锥锥角角α=15~20°°下锥锥体体锥锥角角α′′=15~20°°d2=0.5~1.0m搅拌拌加加温温设设备备§5.4三、、消消化化池池的的构构造造与与设设计计（（续续1）2、容容积积计计算算⑴有有效效容容积积的的计计算算①按投投配配率率计计算算，，n=××100%V=W————每日日投投加加新新鲜鲜污污泥泥量量（（m3/d）n————投配配率率n=5~8%V————消化化池池有有效效容容积积（（m3）②按消消化化池池容容积积负负荷荷计计算算V=（m3）(P.358,式8-47)WVWnSvS§5.4三、、消消化化池池的的构构造造与与设设计计（（续续2）⑵其其他他各各部部分分容容积积计计算算单池池容容积积：：V0=m————池数数集气气罩罩：：V1=d12·h1（d1=2~5m，h1=1~3m）上锥锥体体：：V2=ππh2(++)，h2=(-)tgαα，α=15~20°°柱体体：：V3=D2·h3，h3=(1/2)D下锥锥体体：：V4=ππh4(++)，d2=0.5~1.0m直径径D=6~35m，或近近似似用用D=估算算。。单个个消消化化池池有有效效容容积积V0′=V3+V4，其值值应应大大于于V0。Vmπ413d124D24Dd14D2d12π413d224D24Dd24V00.4853§5.4三、、消消化化池池的的构构造造与与设设计计（（续续3）3、热热工工计计算算（（P364——366）①生污污泥泥耗耗热热量量Q1Q1=(TD–TS)C··103（J/h）W————新鲜鲜污污泥泥投投加加量量（（m3/d）C————污泥泥比比热热，，C=4.1868××103J/L··℃℃TD———消化化温温度度（（℃）TS———新鲜鲜污污泥泥原原温温度度（（℃℃））W24§5.4三、、消消化化池池的的构构造造与与设设计计（（续续4）②池池体体散散热热量量Q2Q2=F··K(TD–TA)F为池体体表面面积（（池盖盖，池池壁及及池底底），，K———传热系系数（（J/m3·h··TA——池外介介质温温度（（气温温或土土壤温温度））③管道道，热热交换换器散散热量量Q3P365（8-52）④总耗热热量QmaxQmax=Q1max+Q2max+Q3max§5.4三、消消化池池的构构造与与设计计（续续5）4、加热热方法法加热方方式：：池池内内加热热，池池外加加热直接加加热，，间接接加热热⑴池内内加热热（在在消化化池内内加热热）①盘管管加热热（间间接））：不不增加加含水水率，，易形形成泥泥壳，，效果果较差差。②蒸汽汽直接接加热热：方方法简简单，，热效效率高高，效效果好好，但但污泥泥易过过热，，会提提高含含水率率。§5.4三、消消化池池的构构造与与设计计（续续6）⑵池外预预热法法①投配池池内预预热②热交换换器预预热：：套管管式热热交换换器P.365Fig8-29污泥从从管内内通过过，v=1.2~1.5m/s热水从从套管管通过过0.6m/s，逆流交交换。。③利用用熟污污泥的的余热热熟污泥泥熟污泥16℃℃生污泥泥(16+t)℃℃进消化化池天津纪纪庄子子污水水厂采采用池池外套套管式式间接接加热热，热热媒为为热水水，内内管走走泥，，外管管走水水，逆逆向流流。一一般内内管径径100mm，外管径径150mm，为全天天连续续加热热（纪纪庄子子为全全天18h）。杭州污污水厂厂采用用池外外单设设预热热池蒸蒸汽直直接加加热。。§5.4三、消消化池池的构构造与与设计计（续续7）5、消化化池的的搅拌拌⑴水射射器搅搅拌（（P.361Fig8-26(a)）由能量量守恒恒得水水射器器抽取取流量量QmQm=d1喉管扩散管管Qw··h··ηHQw3d0Qmd02d1能量守守恒QmH=Qw··h··ηQm——水射器器抽收收流量量（m3/h）H——克服阻力所所需压力，，一般取1mQw——工作液体流流量（引射流量量，泵流量量）h——泵扬程（m）η——水射器效率率，一般取取20~30%§5.4三、消化池池的构造与与设计（续续8）⑵螺旋桨搅拌拌电机节点放大既要转动又要密封轴液封槽水或水银“巾”部随轴轴一起转动电耗较少，，约0.1~0.2KW·h/m3·d最佳搅拌半半径3~6m§5.4三、消化池池的构造与与设计（续续9）⑶沼气循环环搅拌利用消化池池产生的沼沼气循环搅搅拌（P.361Fig8-26(c)）⑷联合搅拌（（P.361Fig8-26(b)）生污泥加温温+沼气搅拌(5)搅拌方法比比较搅拌方法比较项目水射器螺旋桨沼气循环电耗（KW·h/m3泥）0.8~1.20.1~0.20.5搅拌半径（m）＜53~6＜10安全性好需密封注意安全优缺点简单，耗电电耗少，不易密封电耗较少泥易脱水§5.4三、消化池池的构造与与设计（续续10）㈡浮动盖式消消化池1、构造=浮盖沼气导气管水封＞500mm特点：可浮动，可可避免固定定盖式的缺缺点，（正正、负压））可省贮气气柜。各种管道（（投配管，，导气管等等）要采用用软管连接接。2、计算最小容积按按固定盖式式计算。（（Vmin同固定盖式式）最大容积Vmax=V+（0.2~0.4）q（m3）固定盖式消消化池有效效容积每每日日沼气产量量（m3）消化池的投投配，排泥泥与溢流系系统（P362）沼气的收集集与贮存设设备（P363）§5.4四、消化池池的投产与与运行管理理1、甲烷菌的的培养与驯驯化直接接种——可以从已运运行的消化化池中取种种污泥，接接种量达90%以上，若无无此条件，，采用以下下培养方法法。⑴逐步培养养法投加生污泥泥（新鲜污污泥），（（按投配率率5~8%），升温（（加温温升升速度1℃/时）至消化化温度后，，维持消化化温度不变变，逐日投投加新鲜污污泥至设计计泥面，停停止进泥。。保持消化化温度，使使污泥消化化成熟。需需时30~40d。——逐步加泥，，逐步升温温⑵一次培养养法投加：塘泥泥（陈腐污污泥）1/10V+生污泥至设设计泥面。。升温（1℃/时）至消化化温度，调调节PH=6.5~7.5（加石灰）——一次加泥，，逐步升温温§5.4四、消化池池的投产与与运行管理理（续）2、消化池的的维护管理理⑴密封（保保证甲烷菌菌的正常发发育）；⑵消化气中中水蒸气的的去除（凝凝结水罐））；⑶定期清除除浮渣与沉沉砂；⑷防爆，防防火。3.化验指标,控制参数,异常现象的的处理(P.371-372)§5.4五、两级级厌氧消消化1、中温消消化存在在的问题题：⑴有机物物降解程程度为45~55%，消化后后的污泥泥还不够够稳定。。⑵热量损损失（70×106J/m3）⑶污泥含水水率高于于新鲜污污泥蒸蒸汽直接接加热→→水有机物分分解→水水增加后续续脱水设设备负荷荷。两级厌氧氧消化两级厌氧氧消化是是根据消消化过程程沼气产产生的规规律进行行设计的的.中温消化化时,在消化的的前8天,产生的沼沼气量约约占全部部产气量量的80%.把消化池池设计成成两级,第一级消消化池有有加温及及搅拌设设备,并有集气气罩收集集沼气;然后把排排出的污污泥送入入第二级级消化池池,第二级消消化池无无加温及及搅拌设设备,依靠余热热继续消消化,消化温度度为20～26度,产气量约约占20%,可收集或或不收集集,由于不搅搅拌,所以第二二级消化化池有浓浓缩的功功能.§5.4五、两级级厌氧消消化（续续1）2、两级消消化池两级消化化池，将将全部消消化过程程分别在在两个池池中完成成。V1V2第一级消消化池构造同固固定盖式式消化池池（加温、、搅拌））密封，加加温，搅搅拌。停留时间间t=7~12日产气量可可达总产产气量的的80%第二级消消化池利用第一一级排出出的污泥泥进一步步自然消化化，无搅搅动，无无加温。。①利用余余热消化化②浓缩缩污泥产气量可可达总产产气量的的20%可敞开可密闭——回收沼气气2~3m3/m3污泥沼气排上清液§5.4五、两级级消化（（续2）两级消化化池的总总容积V1+V2≈V（一级普通通消化池池容积）），常用用V1：V2=2：1所需的加加热热量量，搅拌拌设备，，电耗较较省。杭州四堡堡污水厂厂的消化化池在设设计方面面对构造造作了一一些改进进，见图图：人孔==去沼气柜来自沼气压缩机进泥井投泥管取样视镜视镜人孔出泥井取样管一级消化二级消化§5.4五、两级级消化（（续3）设计特点点：⑴改变过过去将消消化池作作成全封封闭状态态，而在在一级消消化池顶顶设置了了敞开式式的进、、出泥井井。并当当一级消消化池投投泥时，，利用进进、出泥泥位差可可以自动动向二级级消化池池排泥，，不需人人工操作作阀门。。设计池池内气压压为4KPa，出泥管口口高出池池内泥面面0.4m，运行中随随着池内内气压变变化，泥泥面也在在变化。。⑵在一、、二级消消化池顶顶均设有有开口的的取样管管，可分分层取样样，测定定池内积积砂情况况。⑶在一、、二级消消化池顶顶均设有有视镜，，可观察察池内搅搅拌情况况。⑷为方便便检修，，在池壁壁下部设设有人孔孔。⑸一级消消化池采采用沼气气搅拌和和泵循环环搅拌两两种方式式交替运运行。在在一、二二级消化化池内均均设有沼沼气浮渣渣管，可可定时运运行。⑹二级消消化池设设有排浮浮渣管（（平时闸闸开，兼兼作溢流流管），，分层排排上清液液管。出出口设有有水封罐罐。§5.4六、两相厌氧氧消化两相厌氧氧消化是是根据消消化机理理进行设设计的.以使各相相消化池池具有更更适合于于消化过过程三个个阶段各各自的菌菌种群生生长繁殖殖的环境境.把第一,第二阶段段与第三三阶段分分别在两两个消化化池中进进行,使各自都都有最佳佳环境条条件.两相消化化具有池池容积小小,加温与搅搅拌能耗耗少,运行管理理方便,消化更彻彻底.(在第二相相消化池池集气)P367，例8-7，自看看污泥的好好氧消化化（P373-376）自学沼气利用用流程:消化池集集气罩沼沼气脱脱硫沼沼气柜(罐)沼气输送送及利用用沼沼气发发电沼气锅炉炉沼气搅拌拌P376-379(插ppt)七.沼气利用用§5.5有机污水水的厌氧氧处理厌氧消化化可以分分解有机机物，能能否用于于处理污污水？（前面处处理污泥泥）可可以以一、厌氧活活性污泥法法1、普通消化化池沼气污水消化后污水+污泥VXQQ，X普通消化池池特点：HRT=SRTHRT———HydraulicRetentionTime水力停留时时间HRT=V/QSRT———SolidRetentionTime固体停留时时间SRT=VX/QX=V/Q=HRT§5.5一、厌氧活活性污泥法法（续1）由于消化过过程的控制制因素是专专性的厌氧氧甲烷菌，，其生长世世代期长，，消化时间间长（20~30d）。而HRT=SRT污水停留时时间长，能能耗大（污污水加温，，搅拌都需需耗能），，效率不高高（甲烷菌菌生长慢，，微生物浓浓度不高））。要求进水COD＞5000mg/L（处理高浓度度污水）普通消化池池不适宜处处理城市污污水（因为为城市污水水的有机物物浓度较低低，通常为为200~300mg/L。而HRT=SRT，停留时间长长，池容大大，投资高高，加热搅搅拌所需能能量大）。。§5.5一、厌氧活活性污泥法法（续2）2、厌氧接触触消化法沼气污水消化池气真空脱气=沉淀池出水回流污泥剩余污泥§5.5一、厌氧活活性污泥法法（续3）采用回流污污泥的办法法来提高微微生物（厌厌氧微生物物）的浓度度。回流量为进进水量（投投配量）的的2~4倍。由于回流，，消化池中中甲烷菌的的数量增多多，加速了了有机物的的分解，缩缩短了消化化时间（12~24小时）。水力停留时时间（此时HRT≠SRT，HRT＜SRT）固体停留时时间ts=（好氧活性污污泥法亦是是HRT≠SRT）XVΔX§5.5一、厌氧活活性污泥法法（续4）3、上流式厌厌氧污泥床床（UASB）——UpflowAnaerobicSolidBlanket===进水污泥层悬浮层沉淀室（固固液分离））出水沼气气液分离三相分离器器⑴构造底部：污泥泥层（颗粒粒化污泥））污泥浓度=60~80g/L上部：污泥泥悬浮层§5.5一、厌氧活活性污泥法法（续5）⑵原理：污污水向上流流动，先通通过污泥层层（高浓度度），大部部分有机物物在此转化化为消化气气，消化气气搅动，污污水进一步步与上部的的悬浮层接接触反应，，进入最上上部的三相相分离器（（气、液、、固分离）），消化气气导出，处处理水外排排，沉淀污污泥回流到到厌氧反应应室。⑶关键——气、液、固固的分离（（三相分离离器）。⑷特点：有有机负荷高高，可达10~20KgCOD/m3·d§5.5二、厌氧生生物膜法1、厌氧生物物滤池（AF）——AnaerobicFilter=沼气出水进水填料（厌氧膜）厌氧微生物填料：碎石石、卵石、、焦碳、塑塑料制品。。有机负荷：：2~16KgCOD/m3·d缺点：堵塞塞，造价高高。适宜于于可溶性有有机物废水水的处理。。§5.5二、厌氧生生物膜法（（续）2、厌氧流化化床优点：①微生物浓浓度高（30g/L）；有机物容积积负荷较高高(10~40kgCOD/m3)②水流速度大大（10~30m/h）；③不堵；④容积小。。3、厌氧生物物转盘=沼气出水回流=载体d=0.3~0.5mm§5.5三、两相厌厌氧消化工工艺特点：将消消化的三个个阶段（可可分为不产产甲烷与产产甲烷阶段段），分别别在两个反反应器中完完成，分别别提供各自自需要的环环境和条件件，使之处处于生长繁繁殖的最佳佳状态。（消化过程程的三个阶阶段生长着着不同的微微生物群体体，工作环环境和生活活环境不同同。我们前前面提供的的条件都是是以产甲烷烷阶段控制制的。）而两相消化化是为了使使不产甲烷烷菌和产甲甲烷菌分别别处于适合合于各自生生长的最佳佳环境条件件。§5.5三、两相厌厌氧消化工工艺（续））优点：①大大提高高了消化速速率，有机机物分解程程度和有机机负荷。缩缩短了反应应时间，减减少设备容容积。②降低运行行费用。③提高了沼沼气的热值值（消化气气中甲烷的的含量提高高了）。④对于生化化性较差的的有机污水水，两相消消化的处理理效果比其其他厌氧工工艺要好。。工艺组合方方式两相消化不不产甲烷阶阶段：多采采用厌氧接接触消化，，也可采用用UASB产甲烷阶段段：多采用用AF（厌氧滤池））§5.6污泥脱水与与干化污泥经浓缩缩或消化后后，p=95~97%（或更高），，体积还很很大，要进进行脱水和和干化处理理。方法污污泥干干化场机械脱水一、污泥干干化场干化场自自然然滤层干化化场上上部蒸蒸发建建议议不采用下部水渗透透人工滤层干干化场上上部蒸发下部不不透透水板砂滤层排水管道§5.6二、污泥机机械脱水1、预处理目的：改善善污泥的脱脱水性能——易于脱水。。方法：投加加混凝剂铝铝盐：硫酸酸铝，聚合合氯化铝铁盐：氯化化铁，硫酸酸亚铁，硫硫酸铁絮凝剂——聚丙烯酰胺胺为了减少药药剂投量，，采用淘洗洗，洗去污污泥的碱度度，但这种种方法效益益不明显，，不推荐采采用。§5.6二、污泥机机械脱水（（续1）2、机械脱水水的方法与与基本原理理⑴方法：真真空吸滤法法，压滤法法，离心法法等。⑵基本原理理：以过滤滤介质两面面的压力差差作为推动动力，使污污泥脱水。。造成压力差差的方法有有：①污泥层厚厚度的静压压力——干化场②造成负压压——真空吸滤脱脱水③加压——压滤脱水④造成离心心力——离心脱水§5.6二、污泥机机械脱水（（续2）⑶过滤的基基本过程P=上清液滤饼过滤介质滤液δ′δ过滤开始时时，滤液仅仅克服过滤滤介质的阻阻力。当滤饼形成成后，还必必须克服滤滤饼本身的的阻力（真真正的过滤滤层应包括括滤饼和过过滤介质））。过滤介介质阻力相相对可忽略略不计。§5.6二、污泥机机械脱水（（续3）⑷过滤的基本本方程（卡卡门公式））滤液通过滤滤饼的基本本方程：tV