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TCECS 20007-2021 城镇污水处理厂污泥厌氧消化工艺设计与运行管理指南.pdf

脱水后再进行稀释的重复操作，将是更优化的选择

三、基于高温热水解预处理的高含固厌氧消化工艺

第三章污泥厌氧消化设计

1.VS/TS 厌氧消化进泥VS/TS不宜低于50%。目前国内运行正常的 天氧消化工程进泥VS/TS一般大于50%，如郑州王新庄污泥庆厌 氧消化工程进泥VS/TS为50%～70%（2014年），青岛麦岛污 尼厌氧消化工程进泥VS/TS在70%以上（2017年），北京高安 屯污泥厌氧消化进泥VS/TS为54%～73%（2018年）。如进泥 /S/TS低于50%，有机物降解率很难达到40%，厌氧消化效能 较低，提高了运行成本；如进泥VS/TS低于40%，厌氧消化系 统难以正常运行。 2.C/N比 厌氧消化反应的理想C/N比为10～20。就不同类型的污泥 来说，我国污水厂初沉污泥的C/N比为（9.40～10.35）：1，剩 余污泥为（4.60～5.04）：1，混合污泥为（6.80～7.50）：1。初沉 污泥有机物含量高、气体产量大，比较适合厌氧消化；混合污泥 次之；剩余污泥有机物分解率低、分解速度慢、气体产量少，单

CCGF 401.4-2008 磷酸一铵 磷酸二铵四、挥发性固体容积负荷

挥发性固体容积负荷是确定反应池容积的另一重要参数。挥 发性固体容积负荷过低会造成消化池容积较大，产气量不足以供 给维持消化池温度所必需的能量，建设和运行费用均较高；挥发 性固体容积负荷的上限则一般由抑制物质积累速率、氨或甲烷形 成的冲击负荷决定。典型工艺的挥发性固体容积负荷取值范围见 本节第八条典型工艺设计参数。 五、厌氧消化池有效容积 厌氧消化池的总有效容积，应根据厌氧消化时间或挥发性固 本容积负荷计算，并将两个参数的计算结果互相校核，保证消化 池设计合理，运行可靠。厌氧消化池有效容积的计算公式如下：

五、厌氧消化池有效容积

式中：V 消化池总有效容积（m）； Qo 每日投人消化池的原污泥量（m²/d）； td 消化时间（d）；

Ws一一每日投入消化池的原污泥中挥发性固体重量 (kgVSS/d); Lv一一消化池挥发性固体容积负荷[kgVSS/（m3·d)]。 六、挥发性固体去除率 厌氧消化通过去除挥发性固体以达到污泥稳定的自的。挥发 性固体去除率是指通过厌氧消化，污泥中的有机物被降解去除的 百分比，可按下式计算

3部分常规浓度厌氧消化工程主要

部分高含固厌氧消化工程主要设计参

砂渣对厌氧消化系统的影响体现在两个方面：砂砾沉积造成 消化池有效池容减少、管道堵塞以及设备磨损；浮渣在消化池液 面形成浮渣层，阻碍沼气自液面向气室转移，沼气在浮渣层下面 积聚带来安全隐惠，因此需考虑污泥除砂除渣。 污泥是富含微生物残体的复合颗粒性底物，在厌氧消化过程

（1）待处理污泥和闪蒸蒸汽混合，使污泥温度升高至80℃～ 100℃； （2）预热污泥和新鲜蒸汽充分混合，混合后的污泥温度达到 130℃~180℃； （3）热水解反应罐的反应时间为20min～30min，通常采用 多个反应罐，按既定程序连续运行，每个反应罐依次完成进泥 反应、出泥的过程； （4）热水解污泥在缓冲罐中通过泄压完成“闪蒸”过程，压 力从0.5MPa～1MPa降至0.1MPa，“闪蒸”过程中，污泥中所 含的细胞膜破裂，细胞物质溶出，其他微粒物质也被打碎； （5）出泥温度较高，不能直接进入厌氧罐，通过换热器对污 泥降温处理； （6）废气由热水解污泥“闪蒸”过程中产生的可凝和不可凝 气体组成，从预热罐中抽取废气送至废气处理系统，水蒸气在废 气处理系统中冷凝，不可凝气体可通过水射器注入厌氧消化池进 行处理。 2.计算方法

式中: QT, 热水解进泥温度升高到预热温度的耗热量（J/d）； WT 热水解进泥量（kg/d）； Cp 污泥比热，为4200J/kg℃； T。 进料温度（℃）； T 热水解预热温度（℃）。 (2） 与待处理污泥混合的闪蒸蒸汽量

QT WI= (h'T. hT

武中：W 热水解过程中与进泥混合的闪蒸蒸汽量（kg/d）

h'T 温度为T3（闪蒸后温度）时的饱和蒸汽的含热量 (J/kg); h',—温度为T（预热温度）时水的含热量（J/kg）。 （3）反应罐的新鲜蒸汽需求量

式中：W2 热水解反应罐的新鲜蒸汽需求量（kg/d）： hT, 温度为T2（反应温度）时水的含热量（J/kg）； hT 通入蒸汽含热量（蒸汽温度为Tv）（J/kg）

设计良好的厌氧消化池应具有工艺条件好、防止沉淀、没有 死区、混合良好、易去除浮渣和泡沫等特点。可根据工艺条件 投资造价和景观要求等因素选择池形，以下为几种常用的池形。 1.龟甲形 龟甲形厌氧消化池的优点是土建造价低、结构设计简单，但

化设施顶部设置贮气柜。一体化厌氧反应器一般采用钢制结构 可采用焊接、钢板拼装和螺旋双折边咬口结构，容积一般在 3000m3～10000m3，最大可达30000m以上。由于搅拌设备的提 升，一体化厌氧反应器较适用于高含固厌氧消化；同时可缩短工 期，建设周期可减少约50%。 二、构造要求 1.顶盖 厌氧消化池的顶盖用以收集气体、减少臭气、保持内部恒 温、维持厌氧条件。顶盖的类型有以下几种： （1）固定式盖：通常为圆顶形和水平形，由钢筋混凝土、钢 或玻璃纤维增强聚酯制作而成，缺点是引入空气会形成爆炸性气 本，或在池内形成正压或负压。 （2）浮动式盖：最大垂直行程为2m~3m，当沼气产量供大 于求时可被贮存在浮动盖内。浮动盖式消化池一般不需设计气 柜，适用于小型污水处理厂的污泥消化，以及高径比较小的池 形，国外采用较多，缺点是泡沫严重时会产生倾斜。 （3）膜式盖：由中央小型集气弯顶支撑结构和弹性气膜组 成，鼓气系统通过给两膜之间空隙打入空气来改变贮气空隙的体 积。随着产气体积的增加，通过空气释放使空气体积减小。随着

污泥管道涉及进泥口、出泥口、溢流管、排渣管、循环管和 取样管等。 进泥口一般设置多个，其位置应尽量避免污泥短流。进泥口 的设置位置分为消化池液面上方和下方，液面上方进泥有助于揽 拌均匀和破碎液面浮渣；液面下方进泥有助于液位的稳定。一般 液面上方应至少设置一个进泥口。 一般在不同液位设置多个出泥口，通过改变液位，改变消化 池有效容积、消化时间和内部压力。应用液位可调式溢流口，也 可调整溢流管出泥的高度，起到与在不同液位设置出泥口相同的 作用。 溢流管出口和表面排渣管出口不得设在室内，以免发生沼气 外泄，危及人身安全。同时溢流管和排渣管必须设置水封装置 作用是减少沼气泄漏，并避免空气进入庆厌氧消化池影响消化 条件。 污泥循环一方面起到搅拌作用，另一方面将循环污泥与进泥 按一定比例混合，加热后注入消化池，起到混合均质作用。厌氧 消化池宜在不同液位设置污泥循环管，目的是便于选择循环污泥 的选取区域，有利于污泥均匀混合。 污泥取样管应至少设置2个，取样管的管口位置应至少伸入 最低泥位以下0.5m，最小管径应为100mm。 污泥管道设计还有以下共性要求： （1）除取样管外，污泥管道直径不应小于150mm； （2）宜采用钢管、不锈钢管，并采取防腐措施； （3）污泥投配和循环管道应进行保温，防止热量扩散损失； （4）污泥易在管路中淤积，设计时须考虑管道的清洗或冲 洗，应留有高压水或蒸汽清扫的连接口，且管道布置应保留合理 间距，便于维护检修和清理。

通过对厌氧消化池中物料的充分搅拌，有助于使生污泥与熟 污泥充分接触，提高消化效果；使中间产物与代谢产物在消化池 内均分布；使池内温度和H值保持均匀；通过搅拌及搅拌时 产生的振动能更有效地使沼气溢出液面；同时可防止池内产生 浮渣。 可采用的搅拌方式包括池内机械搅拌、沼气搅拌和池外泵循 环搅拌，不同的搅拌方式有着不同的优缺点，具体与消化池池 形、池容、污泥浓度、黏滞系数等因素有关。机械搅拌和沼气搅 拌是目前厌氧消化池的主要搅拌方式，其中机械搅拌更适用于细 高形消化池；竖管式沼气搅拌更适用于粗矮形消化池；池外泵循 环搅拌适用于小型厌氧消化池，对于较大的消化池混合效果较 差，可与其他搅拌方式结合使用。 1.机械搅拌 该搅拌方式通常使用低速转动的螺旋叶轮桨，通过池外电机 驱动对消化混合液进行搅拌。可采用立轴式搅拌器或侧装式水下 搅拌器。立轴式搅拌器可配置垂直导流筒，通过导流筒向上或向 下两个方向推动污泥，同时起到破碎消除浮渣层的作用。侧装式 水下搅拌器的最佳搅拌半径为3m～~6m，一般用于容积在 4000m3以下的消化池，可设置多个搅拌器，呈等边三角形均匀 方式布置。 机械搅拌设备组成简单，操作容易，维修量小，相对来说更 适用于卵形或者坡度较大的锥底圆柱形消化池。缺点是对液位敏 感，搅拌桨易被碎屑和纤维阻碍，当池内的搅拌桨发生故障时， 消化系统要停止运行，进入内部检修。 2.沼气搅拌 沼气搅拌利用消化产生的沼气，并经过压缩后在消化罐内释

放，从而使物料充分混合。沼气搅拌文可分为气提式搅拌、竖管 式搅拌和扩散式搅拌 （1）气提式搅拌是利用气提泵的原理，将沼气压人设在消化 池中导流管的中部或底部，沼气和消化液混合后，密度减小，含 气泡的污泥沿导流管上升到泥位以上，形成沿垂直方向循环搅拌 的流态。气提式搅拌的特点是构造简单、易操作；缺点是易堵 塞。因沼气释放口的设置聚集在池底中部，适合于小直径且锥底 坡度较大的池形。 （2）竖管式搅拌是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。竖管式搅拌可以按需要在池内多点布置，并 分组运行，具有结构简单、设置和操作灵活等特点。由于可分组 搅拌，因此具有所需搅拌强度较小、对消化池的适应性强、不受 夜面限制等优点。此类型的搅拌器适合于上述的各种池形，用在 平底或底部锥形较缓的消化池中更显示出其优点。 （3）扩散式搅拌是经过压缩的沼气通过安装在消化池底部的 气体扩散器释放、在消化池内使消化液产生旋转流动，起到搅拌 混合作用。主要缺点是维修时需要清空消化池，为了减少堵塞， 应安装冲洗管路等装置。 沼气搅拌的优势在于：沼气的流动带动了污泥在内部的循 环，流效应防止了浮渣产生，混合效果好且改善了气体分离的 效果，不受液位变化的影响。但其设备组成复杂，运行管理复 杂，且沼气是易燃易爆气体，针对沼气的设备需要特殊的安全措 施，同时在产气不足或在启动期间，搅拌无法充分进行。 3.池外泵循环搅拌 池外泵循环搅拌一般与进料和池外加热合并一起进行：从反 应器排出的厌氧消化污泥被泵送入外部热交换器，并与进泥混 合，加热升温后又被泵人反应池的底部喷嘴或者穿过顶部的浮渣 层送回至厌氧消化反应池。一般要求外部泵叶轮直径至少

一、加热方式 为使污泥的厌氧生物处理系统维持要求的温度，必须对消 池污泥进行加热。加热方式分池内加热和池外加热两类。随着

术的进步，近年来新设计的污泥庆厌氧消化池，天多采用污泥池外 热交换方式加热。 1.池内加热 池内加热系热量直接通入消化池内，对污泥进行加热。 池内加热包括热水循环和蒸汽直接加热两种方式。热水循环 热效率较低，循环热水管外层易结泥壳，进一步降低热传递效 率，同时维护困难。蒸汽直接加热可以直接注入消化池底部，也 有通过喷嘴加入生污泥或循环污泥中的做法。蒸汽注入的热效率 较高，局部污泥虽有过热现象，会使厌氧菌暂时受到抑制，但能 立即恢复代谢作用，一般不会造成微生物作用的降低，主要的缺 点是蒸汽不能循环利用，需要不断补充蒸汽，且由于需注入蒸 汽，会使污泥的含水率升高，增大污泥量。 2.池外加热 池外加热是指将污泥从消化池抽出，通过安装在循环管道上 的热交换器与传热介质（水、水蒸气）进行热交换，再回到消化 也的加热形式。池外加热设备费用较高，但传热系数较高，有助 于污泥搅拌，并易于清扫和修理 池外加热采用的热交换器包括套管式、管壳式和螺旋板式 套管式热交换器由两根同心管组成，一根通污泥，另一根通热 水，两层流体向流动：管壳式热交换器在圆简形壳体内部装有 管束，污泥和热水分别在管内和管外流动实现换热；螺旋板式系 近年来出现的新型热交换器，是由两根长条形板相互包裹形成两 个同轴通道，污泥和热水的流程也是逆向的。目前大多数污水处 理厂采用套管式热交换器，其清理工序简单，操作方便，效果也 较理想，换热效率达到95%以上。螺旋板式热交换器具有占地 小、热效率高、不易堵塞等特点，在实际工程中也有成功应用的 经验。热交换器中使用的热水通常由沼气锅炉生产，在厌氧消化 启动阶段或沼气产量不充足时，需要补充天然气等替代燃料

二、热工计算 1.热量需求 供给厌氧消化池的热量，主要包括使原污泥温度提高到要求 直的耗热量，补充消化池的池盖、池壁和池底热损失，以及投配 和循环管道的热损失。厌氧生物化学反应以及污泥水蒸发为气 本，产耗热量较少，在设计中可不考虑 （1）将污泥加热至反应罐内的温度所需的热量，可按下式 计算：

式中 QDI 消化池进泥温度升高到消化温度的耗热量（J/d）； WD 消化池每天的进泥量（kg/d）； Cp 污泥比热，为4200J/kg℃； TD 消化温度（℃）; T。 进泥温度（℃）。 （2）池体的耗热量可按下式计算

式中:K。 有效传热系数；

计算热量需求时，需要根据环境温度的最高温度、最低温度 进行校核计算。应根据全年最冷月平均日气温确定最大需热量。 2.热交换器 考虑到近年来新设计的污泥厌氧消化池，大多采用污泥池列 热交换方式加热，蒸汽直接加热污泥的方式已逐渐被淘汰，本指 南仅介绍池外加热法的计算方法。 热交换器应考虑换热效率，一般为60%～90%。 套管的长度可按下式计算：

Qmix X 1.4 元DK△T

式中： L 套管的总长（m）； Qmax 污泥消化池最大的耗热量（W）； D 内管的外径（m）； K 传热系数，套管式和螺旋板式换热器传热系数 850W/(m².℃)～1000W/(m²:℃); ATm 平均温差的对数（℃）。 K值也可以按下式计算：

式中：α1 加热体至管壁的热转移系数，一般可选用3373W/ (m². ℃); α2 管壁至被加热体的热转移系数，一般可选用 5466W/(m².℃); 81 管壁厚度（m）； 82 水垢厚度（m）； 入1 管子的导热系数［W/（m²·℃）]，钢管为45 W/（m².℃）～58W/（m²：℃），一般选用平均值； 入2一 水垢的导热系数[W/（m²·℃）)]，一般选用2.3W） （m².℃）～3.5W/（m².℃）；当计算新换热器时， 82/入2可不计，而对该式乘以0.6，进行校正。 △T可按下式计算：

△T2 In AT

式中：T 热交换器出口的热水温度（TW）和入口的污泥 温度（T，）之差（℃）； △T2 热交换器人口的热水温度（Tw）和出口的污泥 温度（T）之差（℃）。 热交换器出口的污泥和热水温度可按下列公式计算

式中：Ts 热交换器出口的污泥温度（℃）； T 热交换器入口的污泥温度（℃）； TW 热交换器出口的热水温度（℃）；

Qmax T=T+ C, X Q Qmax Tw=Tw C, X Qw

TW 热交换器入口的热水温度（℃），一般采用60℃~ 90℃; Q—污泥循环量（L/s); Qw一热水循环量（L/s）。 所需的热水量Qw为全日供热时，可按下式计算：

Qmax Qw= C, X (Tw

：（Iw 3.锅炉供热 厌氧消化热源尽可能利用余热，或由沼气锅炉提供，同时需 考虑系统启动或应急时存在能量缺口，应设计天然气等备用热 源。根据加热介质，锅炉可采用热水锅炉或蒸汽锅炉。由于存在 热损失，设备应考虑10%～20%的富余能力。 （1）当选用热水锅炉时，锅炉的加热面积可按下式计算：

F=q Qmax E

式中：F 热水锅炉加热面积（m）； Qmax 最大耗热量（W）； 热水锅炉加热面的发热强度（W/m?），根据锅 炉样本采用； 9 热水供应系统的热损失系数，对于下行式系统 配水和回水干管敷设在管沟内时，采用1.28； 敷设在不采暖的地下室时，采用1.40。对于上 行式系统，回水干管敷设在管沟内时，采用 1.34；敷设在不采暖的地下室时，采用1.40。 实际设计时，通常可以根据制备热水所需的热量，再乘以热 水供应系统的热损失系数，通过计算，直接从样本中选用锅炉， 而不必计算出F值。

实际设计时，通常可以根据制备热水所需的热量，再乘以热 水供应系统的热损失系数，通过计算，直接从样本中选用锅炉， 而不必计算出F值。 （2）当选用蒸汽锅炉时，锅炉容量可按下式计算：

G(h"Ty 一h。) G1 r100

式中：G 蒸汽锅炉容量（即蒸发量）（kg/h）； h'Tv 饱和蒸汽含热量（蒸汽温度为Tv）（J/kg）； h'T。 锅炉给水（温度为T。）的含热量（J/kg）； r100 常压时100℃的水汽化潜热，为2256J/kg； G 实际蒸发量（kg/h），可按下式计算：

QHJS 0002S-2016 河南九仁食品股份有限公司 植物蛋白饮料式中: h100 常压时锅炉产生蒸汽的含热量（J/kg

三、设备配置 锅炉供热设备的设置要求如下： （1）锅炉房宜设在污泥厌氧消化池附近，同时必须保持防 火、防爆距离； （2）锅炉房的结构和工艺布置，应符合现行国家标准《锅炉 房设计标准》GB50041的规定； （3）锅炉台数不宜少于2台，以免发生故障或定期检查时完 全停止供热： （4）锅炉的燃烧、温度、给水等操作，应能自动控制： （5）锅炉用水，应根据水质情况，设置软化装置。 加热管道的设置要求如下： （1）热水管道应根据管道长度设置自动排气装置； （2）在蒸汽管道中，为了不使分离出的冷凝水倒流，蒸汽管 道应按与蒸汽流动方向同向坡度安装，沿管道应设排除冷凝水的 措施； （3）加热管由于温度升高发生热膨胀，为防止管道伸缩或偏 心，应设置伸缩管； （4）当锅炉停止工作时，蒸汽管内出现负压，为防止污泥倒 人管内，应设置真空破坏阀

热交换器的设置要求如下： （1）热交换器应配备足够的切换设施，在平均需热量和最小 需热量之间调整； （2）热交换器的结构设计应使其易于清洗和防止堵塞； （3）热交换器的设计应符合现行国家标准《热交换器》 GB/T151的规定，螺旋板式热交换器的设计还应符合现行行业 标准《螺旋板式换热器》NB/T47048的规定。

二、沼气收集 厌氧消化池集气罩处的设计压力应控制在3kPa～4kPa。为 防止污泥和泡沫进入，沼气的出气口应高于最高污泥浮渣层 1.5m以上。由消化池出来的集气总管的直径按日平均产气量确 定，当采用沼气搅拌循环时，还应在管径计算中计入这部分气 量。集气管直径一般不应小于100mm，对于较大的沼气收集系 统，集气管直径应为200mm或更大。 沼气收集管道必须维持在正压条件下，防止由于不小心混人 周围的空气而发生爆炸，当空气中含有5%～14%（按体积计 的甲烷时即有爆炸的可能性。沼气管道中气体的设计流速不应大 于4ms，这是为了减少管道动能损失，并减少携带存水弯处产 生的湿气，从而减少对仪表、阀门、电机的腐蚀。沼气管道应沿 气流方向设置不小于1%的坡度以排除冷凝水，在低点、沼气压 缩机、沼气锅炉、沼气发电机、废气燃烧器、脱硫塔等设备的浴 气管线入口、干式气柜的进口和湿式气柜的进出口处都需设置冷 凝水去除装置。沼气管道不宜有U形管段，这主要是由于沼气 中的水分易在U形管段底端冷凝积存，导致沼气必须克服水柱 压力才能通过该管段。此外，沼气管道应确保有足够的支撑设 施，防止由于不恰当的安装、内部压力和地震所造成的破坏作 用；管道与设备宜采用柔性连接，防止地面沉降对连接部位造成 扭曲变形。 沼气是高湿度的混合气，无其是未净化的沼气中含有较多硫 化氢和水蒸气，具有强烈的腐蚀性，沼气收集系统应采用高防腐 等级的材质，沼气管道宜采用不锈钢管。在土壤氯离子含量较高 的地区，埋地沼气管道敷设前应对管道外壁采取防腐措施。 三、沼气贮存 沼气的贮存通过沼气柜实现，在系统中起到调节气量波动和 平衡系统压力的作用。当用气量小于供气量时，多余气体进入沼 气柜：当用气量大干供气量时，沼气柜中贮存的沼气用作系统的

WW/T 0102-2020 馆藏文物预防性保护装备 通信协议一致性测试通用方法1一进气管；2一溢流管；3一放空管；4一安全阀；

1一进气管；2一溢流管；3一放空管；4一安全阀：

5一钟罩：6一水槽：7一出气管