厌氧接触消化池设计

第一章设计概况说明................................1一、设计题目......................................................1二、设计内容......................................................1三、原始数据及操作条件要求........................................1四、污泥厌氧消化的概述............................................1第二章设计计算....................................5一、消化池容积....................................................5二、消化池各部分表面计算..........................................7三、消化池热工计算................................................7五、沼气相关设备计算.............................................12六、污泥投配池及污泥泵...........................................13第三章沼气利用...................................13一、一般用途.....................................................13二、沼气发动机及余热利用.........................................14第四章其它相关说明...............................14参考资料..........................................16附图1消化池工艺图附图2工艺流程图附图3消化池平面图1摘要本设计说明书融合了计算书的内容，根据污泥日处理量和性质并通过对基础条件和参数的选取和计算，得出厌氧消化池设计的构筑物数据、加热设备选材和设计尺寸数据、保温材料的选取和保温层厚度等，为设计图提供数据支持。第一章设计概况说明一、设计题目厌氧接触消化池设计二、设计内容8m3/d中温定容式污泥厌氧消化池设计三、原始数据及操作条件要求1）城市生活污水污泥含水率96％，污泥全年平均温度20℃。2）大气全年平均温度18℃，土壤冬季计算温度5℃，冬季冻土深度0.6m，土壤全年平均温度18℃，冬季室外计算温度8℃。3）地下水位深度6m。4）采用中温消化，消化温度控制在33～35℃，消化需加热搅拌。消化停留时间取26d。四、污泥厌氧消化的概述1、基本定义厌氧消化，即污泥中的有机物在无氧的条件下被厌氧菌（包括专性厌氧菌和兼性厌氧菌）群最终分解成CH4、CO2和NH3的过程，是目前国际上最为常用的污泥生物处理方法，同时也是大型污水处理厂最为经济的污泥处理方法。污泥厌氧消化运行管理要求高，消化池需密封、池容量大、池数多，因此当污泥量不大时可采用厌氧消化。2、处理的对象2污泥厌氧消化池的处理对象主要是初沉污泥、腐殖污泥、剩余污泥、食品废料、生活污水污泥及高浓度有机生产废水（如屠宰场废水、酒精加工厂废水、食品厂污水及成分复杂的石油化工污水等等）。对于COD含量高、在缺氧条件下易分解的生产污水特别有效。3、意义作用厌氧生物处理是利用厌氧生物的代谢过程，在无需提供氧的条件下吧有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的生物气和水，沼气的主要成分是约2/3的CH4和1/3的CO2，是一种可回收的能源。厌氧消化具有以下优点：i.工艺能耗低，在工艺过程中可以产生高能量的沼气，沼气利用可减少污水处理厂能耗的50%左右；ii.处理后污泥体积减少30%~50%；iii.可以达到很好的稳定效果，是其他生化工艺无法比拟的，最大限度地降解了污泥中的有机物，消除恶臭；iv.杀死病原微生物，特别是高温消化，杀死率达99%以上；v.消化污泥容易脱水，含有有机肥效成分，使用于土壤改良。4、有机物厌氧消化（厌氧发酵）的基本原理1979年，伯力特等根据微生物种群的胜利分类特点，提出了厌氧消化三阶段理论，这是当前较为公认的理论模式：第一阶段，有机物在水解与发酵细菌的作用下，使碳水化合物、蛋白质和脂肪，经水解、发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及CO2、氢等；第二阶段，是在产氢、产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化为氢、CO2和乙酸；第三阶段，通过两组是你生理物性上不同的产甲烷菌的作用，将氢和CO2转化为甲烷或对乙酸脱酸产生甲烷，产甲烷阶段产生的能量绝大部分都用于维持细菌生存，只有很少能量用于合成新细菌，故细胞的增殖很少。综上所述，厌氧消化过程中产生CH4、CO2和NH3等的计量化学反应方程式如下：3nabd2432333CHON()HO()CHNH()CO42428682848abnabnabndddd能量5、影响厌氧消化的因素由于甲烷菌生长速率慢，HRT长，且对温度、pH较敏感，因此厌氧反应各项影响因素以对甲烷菌的影响因素为主。i.温度温度是影响消化的主要因素，温度适宜时细菌活力高，有机物分解完全，产气量大。消化温度的范围按所利用的厌氧菌最适温度可分为低温消化、中温消化和高温消化。大多数厌氧消化系统设计在中温范围内操作，因为温度在35°C左右消化，有机物的产气速率比较快，产氢量也比较大，生成的浮渣较少，并且消化液与污泥分离较容易。高温消化能够改善污泥脱水性能，增加病原微生物的杀灭率，增加浮渣的消化，但高温操作费用高，过程稳定差，对设备要求高，因而高温系统少见。ii.pH、酸碱度和消化液的缓冲作用产甲烷菌的诗意pH在6.8～7.2之间，污水和泥液中的监督有缓冲作用，如果有足够的碱度中和有机酸，其pH有可能维持在6.8以上，酸化和甲烷化两大类细菌有可能共存，从而消除分阶段现象。iii.搅拌和混合厌氧消化是由细菌体的内酶和外酶与底物进行接触反应，必须使两者充分混合。由于产乙酸菌和产甲烷菌之间存在着严格的共生关系，如果在系4统内进行连续的剧烈搅拌则会破坏这种共生关系，可用低速循环泵代替高速泵进行搅拌。iv.营养和C/NC作为能量供给的来源，N作为蛋白质合成的要素，因而厌氧菌的分解受到C/N的影响很大。McCarty等提出污泥细胞质的分子式是C5H7NO3，即合成细胞的C/N约为5：1，因此要求C/N达到（10~20）：1为宜。v.生物固体停留时间（SRT，污泥逆龄）消化池的HRT等于SRT，由于产甲烷菌的增殖速率较慢，对于环境条件的变化十分敏感，因此，要获得稳定的处理效果就需要保持较长的SRT。vi.污泥投配率投配率过高则消化池内有机酸积累，pH下降，污泥消化不完全；投配率过低，污泥消化完全，产气率高但污泥容积大，利用率低。vii.污泥种类污泥包括了初沉污泥和剩余污泥，两者有机物含量不同，可降解程度不同。实际中可将两者混合以提高降解性。6、厌氧消化池的类型按容积大小可分为：小型2500m3/d中形≈5000m3/d大型10000m3/d按处理负荷可分为：标准负荷消化池，无需加热搅拌，消化时间长，已淘汰；高负荷消化池，需要加热和搅拌，消化时间短。按结构可分为：固定盖式（定容式）浮动盖式（动容式）按温度可分为：低温20°C自然消化（很少采用）；中温30~35°C加热搅拌（人工控制消化）；高温50~56°C加热搅拌（人工控制消化）。7、工艺流程5第二章设计计算消化停留时间26d，采用二级消化池，一级消化停留时间为16d，二级消化停留时间为10d，所以两级的新鲜污泥投配率分别为n1/160.0625，n1/100.1。一、消化池容积一级消化池总容积:381280.0625Vm采用2座一级消化池，则每座池子的有效容积为301286422VVm，取3100m消化池直径D采用6m（参见图9）集气罩直径1d采用1.2m；池底下锥底直径2d采用1.2m；集气罩高度1h采用1m；上锥体高度2h采用1.2m；消化池柱体高度3h应大于32Dm，采用3.5m；下锥体高度4h采用0.5m；则消化池总高度为12346.2Hhhhhm6图9消化池消化池各部分容积的计算：集气罩容积为2231113.141.211.1344dVhm弓形部分容积为222232223.14(34)1.2(3641.2)17.872424VhDhm圆柱部分容积为223333.1463.598.9644DVhm下锥体部分容积为22223224411[()()]3.140.5(330.60.6)5.84322223ddDDVhm则消化池的有效容积为303498.965.84104.864VVVm7二级消化池总容积为30'8800.1VVmP采用1座二级消化池，两座一级消化池串联一座二级消化池。二级消化池各部尺寸同一级消化池。二、消化池各部分表面计算池盖表面积：集气罩表面积为22211113.141.23.141.214.944Fddhm池顶表面积为222223.14(4)(41.26)9.2444FhDm则池盖总表面积为21215.742.414.14FFm池壁表面积为2353.1462.241.5FDhm（地面以上部分）2463.1461.324.5FDhm（地面以下部分）池底表面积为225()3.142.45(30.6)27.722dDFdm三、消化池热工计算a．提高新鲜污泥温度的耗热量中温消化温度35DT℃新鲜污泥年平均温度为20sT℃每座一级消化池投配的最大生污泥量为3''1000.06256.25/Vmd8则全年平均耗热量为1''6.25()1000(3520)10004.54(3906.25/)2424DSVQTTkWkcalhb．消化池体的耗热量消化池各部传热系数采用：池盖220.81/[0.7/(KWmKkcalmh℃)]池壁在地面以上部分为220.7/[0.6/(KWmKkcalmh℃)]池壁在地面以下部分及池底为220.52/[0.45/(KWmKkcalmh℃)]池外介质为大气时，全年平均气温为18AT℃，冬季室外计算温度为8AT℃池外介质为土壤时，全年平均温度为18BT℃，冬季计算温度5BT℃池盖部分全年平均耗热量为21.214.140.735181.2234.8(201.9/)DAQFKTTWkcalh最大耗热量为2max14.140.7(358)1.2373(302.7/)QWkcalh池壁在地面以上部分全年平均热量为：31.241.50.635181.2590.8(508/)DAQFKTTWkcalh最大耗热量为：3max41.50.6(358)1.2938.3(806.7/)QWkcalh池壁在地面以下部分全年平均热量为：41.224.50.4535181.2261.6(224.9/)DAQFKTTWkcalh最大耗热量为：4max24.50.453551.2461.6(396.9/)QWkcalh池底部分全部平均耗热量为：51.227.70.4535181.2295.7(254.3/)DBQFKTTWkcalh最大耗热量为：5max27.70.45(355)1.2521.9(448.7/)QWkcalh9每座消化池池体全年平均热量为：234.8590.8261.6295.71382.9(1189.1/)xQWkcalh最