厌氧接触消化池设计(共17页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上附图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3335，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：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6.87.2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/N C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（1020）：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5000 m3 /d大型>10000 m3/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3035°C加热搅拌（人工控制消化）；高温5056°C加热搅拌（人工控制消化）。7、工艺流程第二章 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，。一、消化池容积一级消化池总容积: 采用 2 座一级消化池，则每座池子的有效容积为 ，取 消化池直径采用（参见图9）集气罩直径采用 ；池底下锥底直径采用；集气罩高度采用；上锥体高度采用；消化池柱体高度应大于，采用；下锥体高度采用；则消化池总高度为图9 消化池消化池各部分容积的计算：集气罩容积为弓形部分容积为圆柱部分容积为下锥体部分容积为则消化池的有效容积为二级消化池总容积为采用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：集气罩表面积为池顶表面积为则池盖总表面积为池壁表面积为 （地面以上部分） （地面以下部分） 池底表面积为三、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新鲜污泥年平均温度为每座一级消化池投配的最大生污泥量为 则全年平均耗热量为 b消化池体的耗热量消化池各部传热系数采用：池盖 )池壁在地面以上部分为 )池壁在地面以下部分及池底为 )池外介质为大气时，全年平均气温为，冬季室外计算温度为池外介质为土壤时，全年平均温度为，冬季计算温度池盖部分全年平均耗热量为 最大耗热量为池壁在地面以上部分全年平均热量为：最大耗热量为：池壁在地面以下部分全年平均热量为：最大耗热量为：池底部分全部平均耗热量为：最大耗热量为：每座消化池池体全年平均热量为：最大耗热量为：c.每年消化池总耗热量为最大耗热量为d.热交换器的计算消化池的加热，采用池外套管式泥水热交换器。全天均匀投配。生污泥在进入一级消化池之前，与回流的一级消化池污泥先行混合后进入热交换器，其比例为1：2。则每个池子的生污泥量为回流的消化污泥量为进入热交换器的总污泥量为生污泥与消化污泥混合后的温度为内管管径选用（GB13296-91）时，则污泥在内管中的流速为热交换器的入口热水温度采用采用10oC则循环热水量为外管管径选用核算内外管之间热水的流速为，符合要求由于热水与污泥为逆流，故，则 热交换器的传热系数选用,则每座消化池的套管式泥水热交换器的总长度为设每根长1m ,则其根数为。e.消化池保温结构厚度计算消化池各部传热系数允许值采用池盖为 池壁在地上部分及池底为 池壁在地下部分及池底为 池盖保温材料厚度的计算设消化池池盖混凝土结构厚度为 混凝土导热系数采用聚氨酯硬质泡沫塑料作为保温材料，导热系数，则保温材料的厚度为池壁在地面以上部分保温材料厚度的计算设消化池池壁混凝土结构厚度为采用采用聚氨酯硬质泡沫塑料作为保温材料，则保温材料的厚度为池壁在地面以上的保温材料延伸到地面以下的深度为冻深加上0.5m。池壁在地面以下部分以土壤作为保温层时，其最小厚度的计算土壤导热系数为设消化他池壁在地面以下的混凝土结构厚度为，则保温层厚度为池底以下土壤作为保温层，其最小厚度（）的计算消化池池底混凝士结构厚度为,地下水位在池底混凝土结构厚度以下，大于1.7m，故不加其它保温措施。池盖、池壁的保温材料采用聚氨酯硬质泡沫塑料。其厚度经计算分别为及 ，均按计，乘以1.5 的修正系数，采用。二级消化池的保温材料及厚度与一级消化池相同。四、沼气混合搅拌计算消化池的混合搅拌采用多路曝气管式（气通式）沼气搅拌。a搅拌用气量单位用气量采用，则用气量b曝气立管管径曝气立管的流速采用，则所需立管的总面积为。选用立管的规格为时，每根断面，所需立管的总数为 2根。核算立管的实际流速为 ，符合要求。五、沼气相关设备计算a.沼气产量每天产生的沼气量按10倍污泥量计算，则b.沼气管直径沼气在管内流速取所以取则， 符合要求c.沼气压缩机根据每天产沼气量，选取型号为，电机功率。一用一备。d.贮气柜选取单级湿式贮气柜 贮气柜的体积V取平均日产气量的40%，即 取平均直径，则圆柱部分总高度六、污泥投配池及污泥泵a.污泥投配池设置两个。单个容积。需要时可在来泥管处设筛网。b.污泥泵及污泥管道每座消化池配备一台污泥泵，另备一台备用，共五台。根据污泥量，选取型号为。第三章 沼气利用一、一般用途（1）烧茶炉和做饭，每人每日约需1.5m3沼气。（2）烧锅炉，供消化池本身加热及处理厂采暖，每立方米沼气可代替1kg煤。 （3）用来照明，沼气灯每小时耗气0.2m3，相当60100烛光。（4）作汽车的燃料，每立方米沼气约相当于0.7L汽油。（5）用于纺织厂纱线烧毛。（6）用苛性钠或苛性钾去掉沼气中的CO2，使甲烷含量达80%90%，可代替乙炔进行焊接，能切割102Omm厚的钢板。（7）作化工产品的原料：用沼气可制造四氯化碳，沼气加氨及氧，合成氢氰酸，再经醇化及酯化，可合成有机玻璃树脂。此外，经氧化可制取甲醛及甲醇。利用沼气中的CO2可制纯碱或干冰。甲烷在高温和纯氧作用下，可得出碳黑。（8）作为动力利用：利用沼气发动机可带动鼓风机、水泵或发电机。二、沼气发动机及余热利用以沼气为燃料的燃气发动机，一般有两种形式：a火花点火式燃气发动机：当带动发电扒时，消耗的热量为1086812122kJ/kw·h。 总的余热回收量为50165852kJ/kwh。b压缩点火式双燃料发动机：这种发动机把沼气和空气吸入气缸，并加以压缩，用柴油引火，所需的液体燃料相当于通常燃料消耗量的8%15%。另外，可以作为普通的柴油发动机使用。当带动发电机时，其消耗的热量9614l0868kJ/kwh，总的余热回收量为39714589kJ/kwh。这两种沼气发动机的选择，应充分考虑各自的特点、处理厂的规模和使用条件，根据实际情况决定。第四章 其它相关说明1、污泥中有机物的分解主要是在一级消化池内完成。在二级消化中设有集气设备和撇除上清液装置，但不再加热和搅拌，污泥在二级消化池中最后完成消化，全部消化过程产生的上清液都由二级消化池排出。2、消化池的进泥口布置在泥位上层，设置一根进泥管。出泥口布置在池底中央。排空管与出泥管合并使用。取样管一般设置在池顶，最少为两个，一个在池子中部，一个在池边。取样管的长度最少应伸入最低泥位以下0.5m。3、一般应备有清洗水或蒸汽的进口及清理污泥管道的设备。排出的上清液及溢流出泥，应重新导入初次沉淀池进行处理。设计沉淀池时，应计入此项污染物。4、消化池的池底要求不渗水，采用钢筋混凝土结构。其气室部分应不漏气，加敷设耐腐蚀的涂料或衬里。5、污泥消化池的耗热量，主要考虑使新鲜污泥温度提高到要求值的耗热量，补充消化池池盖、池壁、池底管道的热损失，以及从热源到池子及其他构筑物的热损失，其他热损失由于很小，一般不予考虑。6、锅炉台数宜在2台以上，有条件应实现自动控制。在保持防火、防爆距离的前提下；锅炉房尽可能靠近消化池，以设置在与消化池结合的污泥消化控制室中为好；锅炉用水应根据水质情况，设置软化装置。7、气体的出气口最少应高出最高污泥面1.5m，同时在气管上应安装阀门，在集气罩顶部应装有排气管、进气管、取样管、测压管以及测温管等，必要时安装冲洗龙头。8、沼气出气管道坡度应顺气流方向以0.5%进行安装，低点应设凝结罐。应在沼气管道上的适当地点设水封罐。消化池的气室及气体管道均应保证在正压下运行。9、在沼气管道、阀门及其他装置可能逸出沼气的地点，应装设可燃气体报警器。房间内应有足够的换气次数，一般为812次每小时，室内上下均应设置换气孔。所有电气、计量仪表、设备、房屋建筑均应该按有关规定采取防爆措施。10、贮气柜内部必须进行防腐处理，外部应涂反射性色彩。浮动罩下部的水室，在冬季应有防冻措施。11、阀门操作间需设置在消化池附近。沼气管线及其阀门应尽量减少穿过其它机械设备的情况。12、沼气压缩机房宜单独设置在压缩机进出气管上除装有闸阀外，还应装设水封罐以防止回火。13、在消化池的中心或池壁处需设置温度计，同时还应测定消化他的液位以决定污泥的投入量和排除量，用吹气法测定液位较为准确同时还应设置pH计和压力计等。14、消化池、溢流管及排上清液工作间，招气搅拌加热间、贮气柜闸门间、沼气压缩机房、沼气发电机房、沼气管廊及闸门间等，按照生产的火灾危险性分类，属于甲类生产建筑电气防爆登记为Q2。厂房的耐火等级、防火间距、厂房的防爆建筑结构、消防给水、采暖通风以及电力设备的选型、电力线路的选择和保护等，均应严格按照相应的规范、规程和规定执行。15、消化设施的排水管接入厂区下水道时，应设水封井。各个构筑物之伺的管沟及电气管道等，不应互相直接连通，需要加隔绝措施16、在污泥泵间，不应敷设沼气管道。在配电间及仪表控制室护不应敷设沼气管道及污泥管等。溢流管及排上清液设施，有条件时应露天设置声当需要布置在室内时，宜单独设置。为安全起见，须在其排出管端增设水封。溢流管的排气管应通向室外。17、经厌氧消化处理后的污泥，应进行脱水浓缩处理。参考资料1. 北京市市政工程设计研究院主编. 给水排水设计手册第5册-城镇排水. 北京：中国建筑工业出版社，20012. 韩洪军主编. 污水处理构筑物设计与计算. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20023. 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管（GB 13296-1991）4. 蒋建国编著. 固体废物处置与资源化. 北京：化学工业出版社，2007专心-专注-专业