污泥厌氧消化设计

1、 处理规模不宜太小，不经济。

日处理能力在10×104m ³ 以上的污水二级处理厂产生的污泥，宜采取厌氧消化工艺进行处理，产生的沼气应综合利用。如果污水处理规模过小，建设厌氧消化系统可能不经济。 规模太小→直接出消化污泥→延时曝气氧化沟SBR

2、 延时曝气氧化沟的污泥不需要厌氧消化处理。

3、 多采用中温消化，高温消化工艺很少使用。

4、 多采用一级消化工艺，更经济。

单级消化对可分解有机物的分解率可达90%，二级消化产气率一般比单级消化只高约10%，为减少污泥处理总投资，采用一级消化工艺比较好 。 一级分解率占总分解率的90%

8.3.4 污泥厌氧消化工艺，按消化级数可分为单级和多级消化；按消化温度可分为中温和高温消化；按消化相数可分为单相和两相消化；按消化固体浓度可分为常规浓度和高含固浓度消化。

8.3.5 单级厌氧消化池（或多级厌氧消化池中的第一级） 污泥 应加热并搅拌，宜有防止浮渣结壳和排出上清液的措施 。 采用多级厌氧消化时，各级厌氧消化池的容积比应根据其运行操作方式，通过技术经济比较确定 ； 二级及以上厌氧消化池 可不加热、不搅拌，但应有防止浮渣结壳和排出上清液的措施 。

包括污泥投配、排泥及溢流系统，搅拌设备，加热设备，沼气排出、收集与贮气设备等；

①投配： 生污泥一般先排入污泥投配池，再由污泥泵提升，经池顶进泥管送入消化池内。 污泥投配泵可选用离心泵或螺杆泵 ；

②排泥： 排泥管一般设在消化池池底或池子中部 ，进泥和排泥可以连续或间歇进行， 进泥和排泥管的直径不应小于200mm ；

③溢流： 消化池必须设置溢流装置，及时溢流， 以保持沼气室压力恒定 （目的） 。溢流装置必须绝对避免集气罩与大气相通。 溢流管出口不得放在室内，并必须有水封，最小管径为200mm 。

8.3.16 厌氧消化池溢流和表面排渣管出口不得放在室内，且必须设置水封装置。厌氧消化池的出气管上必须设置回火防止器 。

本条为强制性条文，必须严格执行。厌氧消化池溢流或表面排渣管排渣时，均有可能发生污泥气外泄，放在室内（指经常有人活动或值守的房间或设备间内，不包括户外专用于排渣、溢流的井室）可能发生爆炸，危及人身安全。 水封的作用是减少污泥气泄漏，并避免空气进入厌氧消化池影响消化条件 。为防止污泥气管道着火而引起厌氧消化池爆炸，规定厌氧消化池的出气管上必须设置回火防止器。

搅拌目的： 是使厌氧微生物与污泥充分混合接触， 这一方面可提高污泥分解速率；另一方面可有效降低有机负荷或有毒物质的冲击，保持消化池内污泥浓度、pH值、微生物种群均匀一致，均衡消化池内的温度，减少池底沉砂量及液面浮渣量。当消化池内各处污泥浓度相差不超过10%时，被认为混合均匀。 有搅拌→高效反应池。搅拌可促进厌氧分解，缩短消化时间。

搅拌方式： 消化池搅拌有 沼气搅拌、机械搅拌、机械提升等方式。消化池搅拌方式较多采用的是沼气搅拌和机械搅拌，泵循环搅拌因耗电量较大且搅拌效果不好已很少使用。沼气循环搅拌的优点是搅拌比较充分，可促进厌氧分解，缩短消化时间，一般宜优先采用。

8.3.14 厌氧消化的污泥搅拌宜采用池内机械搅拌、污泥气搅拌或池外泵循环搅拌等 。 每日将全池污泥完全搅拌（循环）的次数不宜少于3次(T≤8h）。间歇搅拌时，每次搅拌的时间不宜大于循环周期的一半(T≤4h） 。

厌氧消化池的搅拌是厌氧消化系统成败的重要环节，搅拌方式的选择和污泥浓度、黏滞系数、池容和池形等因素有关。如搅拌系统选择不当，会导致污泥沉积、温度不均和消化效率降低等问题。 机械搅拌和污泥气搅拌是目前厌氧消化池的主要搅拌方式，池外泵循环搅拌适用于小型厌氧消化池。D≤10m

间歇搅拌时，规定每次搅拌的时间不宜大于循环周期的一半（按每日3次考虑，相当于每次搅拌的时间4h以下），主要是考虑设备配置和操作的合理性。如果规定时间太短，设备投资增加太多；如果规定时间太长，接近循环周期时，间歇搅拌就失去了意义。

耗热量： 厌氧消化系统主要耗热量包括将进料污泥加热到所需的反应温度的热量、消化池及配套设施及管路系统向周围空气及土壤散发损失的热量。系统热平衡设计时，应回收消化池出料污泥热量。

热源： 主要来自沼气锅炉产热、沼气发电和沼气驱动的余热。污水水源热泵是一种具有很高热效率的设备，可采用水源热泵从污水厂出水中回收热能作为补充热能。

消化池污泥的加热分为池内加热和池外加热两种方式。

①池内加热采用 直接蒸汽加热 或 池内盘管加 热。

② 池外加热 是将池内污泥抽出，加热到所需温度后再送回消化池，通常用泥水热交换器对污泥进行加热。热交换器的型式有螺旋板式、套管式、管壳式等。

8.3.12 厌氧消化池污泥的加热可采用 池外热交换 ，并应符合下列规定：

1. 厌氧消化池 总耗热量应按全年最冷月平均日气温通过热工计算确定 ；

2. 加热设备应考虑 10%~20%的富余能力 ；

3. 厌氧消化池及污泥投配和循环管道 应进行保温 。

随着技术的进步，近年来新设计的污泥厌氧消化池大多采用污泥池外热交换方式加热，蒸汽直接加热污泥的方式已逐渐被淘汰。

1. 总耗热量 应按最冷月平均日气温计算，包括 ①原污泥加热量、②厌氧消化池散热量（包括地上和地下部分）、③投配和循环管道散热量等 ；

2. 加热设备应考虑备用或留有富余能力；

3. 为控制散热， 污泥投配和循环管道的所有户内、户外管道均应采取保温措施 。 内壁应防腐

污泥厌氧消化会产生大量的沼气， 理论上每降解1kgCOD将产生0.35m ³ 的甲烷 。初沉污泥1kgVS约折合2kgCOD，剩余污泥1kgVS约折合1.42kgCOD。沼气的热值一般为21000～25000kJ/m ³ （5000～6000kca1/m ³ ），是一种可利用的生物能源。

沼气的组成与污泥的性质相关。 设计中需要重点考虑的成分有CH ₄ 、CO ₂ 、H ₂ S、N ₂ 和H ₂ ，其典型浓度分别为55%～75%、25%～45%、0.01%～1%、2%～6%和0.1%～2%。甲烷和氢的含量决定了沼气的热值 。CO ₂ 反映了工艺运行的情况，异常的CO ₂ 含量表明工艺运行存在问题。H ₂ S会产生腐蚀和臭味。

1）管径、流速： 沼气管的管径按 日平均产气量 计算，管内流速按7～15m/s计 。当消化池采用沼气循环搅拌时，则应加入循环搅拌所需沼气量计算管径。但应不小于DN100；

2）管道敷设： 沼气管道应按顺气流方向设置不小于0.5%的坡度，在低点应设置凝结水罐 。为减少因气体降温而形成凝结水，室外沼气管道必要时应进行保温处理，并在适当位置设置水封罐，以便调节和稳定压力，并起隔气作用；

3）气密性、防腐处理： 消化池中产生的沼气从污泥的表面散逸出来，聚集在消化池的顶部，因此应保持气室的气密性，以免泄漏。同时沼气中含有饱和蒸汽和H ₂ S，具有一定的腐蚀性，因此气室应进行防腐处理，防腐层应延伸至最低泥位下不小于500mm。顶部集气罩应有足够尺寸和高度。气体的出气口应高于最高泥面1.5m以上。集气罩顶部应设有排气管、进气管、取样管、测压管、测温管，必要时设冲洗管。

8.3.13 厌氧消化池内壁应采取防腐措施 。

厌氧消化气中一般含有泡沫、沉淀物、H ₂ S以及硅氧烷和饱和水蒸气。 为延长后续设备和管道的使用寿命，消化气作为能源利用前，需对其进行脱硫、去湿和除浊处理。

脱硫技术： 沼气中的H ₂ S对于管道和设备具有很强的腐蚀作用，同时燃烧时将产生二氧化硫等有害气体污染环境 。沼气脱硫的方法主要有两类，即生物法和化学法。

1） 生物脱硫 ：就是在适宜的温度、湿度和微氧条件下，通过脱硫细菌的代谢作用将H ₂ S转化为单质硫。生物脱硫既经济又无污染，是较理想的脱硫技术。

2） 物化法脱硫 ：主要有干法和湿法两种，根据H ₂ S含量可以设计成单级和多级脱硫。①沼气中H ₂ S含量高，且气体量较大时，适用湿式脱硫；湿法脱硫是使沼气通过喷嘴或扩散板进入脱硫塔底部，沼气从下向上流经脱硫塔，与从上向下流经脱硫塔的吸附剂逆流接触，吸附剂一般为NaOH或Na ₂ CO ₃ 溶液，沼气中的H ₂ S与NaOH或Na ₂ CO ₃ 反应而被去除，经湿法脱硫的沼气还需再次冷凝去除水分。②如果用地面积小，则可用干式脱硫。干法脱硫的脱硫剂一般为氧化铁，来源于经过活化处理的炼钢赤泥或硫化铁矿灰。

8.3.21 污泥气 净化 应进行除湿、过滤和脱硫等处理。污泥气 纯化 应进行除湿，去除二氧化碳、氨和氮氧化物等处理。 纯化是净化的深度处理

污泥气净化处理中，除湿和过滤处理指采用过滤器和沉淀物捕集器去除污泥气中的水分和沉淀物。应根据污泥气含硫量和用气设备的要求设置脱硫装置。脱硫装置应设在污泥气进入污泥气柜之前，脱硫作用是降低H ₂ S含量，减少污泥气对后续管道和设备的腐蚀，延长设备的使用寿命，同时减小污泥气燃烧产生的烟气对大气的污染。

污泥气纯化过程为经过初步除湿、过滤和脱硫后的气体，在特定反应条件下，全部或部分除去二氧化碳、氨、氮氧化物和硅氧烷等多种杂质，可使气体中甲烷含量达到95%以上。

沼气发电、焚烧等沼气利用设备一般都需要稳定的沼气流量，所以需设置沼气贮柜来调节产气量与用气量之间的平衡， 调节容积一般为日平均产气量的25%～40%，即6～10h的产气量。

气柜按贮存压力分为低压和高压两种。

① 低压气柜 的工作压力一般为3～4kPa。设置在消化池上的浮顶式沼气柜是一种低压气柜，消化池的直径和浮顶的上下行程决定了沼气柜的贮存容积。膜式气柜和单独设置的湿式贮气柜也是一种常用的低压贮气柜。

② 高压气柜 的工作压力一般为0.4～0.6MPa，一般采用球形结构。高压气柜可以比低压气柜贮存更多的沼气，但是必须配置沼气压缩装置。

8.3.19 污泥气贮罐的容积 宜根据产气量和用气量计算确定 。当无相关资料时， 可按6h~10h的平均产气量设计。污泥气贮罐应采取防腐措施。

8.3.15 厌氧消化池和污泥气贮罐应密封，并应能承受污泥气的工作压力 ，其 气密性试验压力不应小于污泥气工作压力的1.5倍 。 厌氧消化池和污泥气贮罐应采取防止池（罐）内产生超压和负压的措施。

本条为强制性条文，必须严格执行。污泥厌氧消化系统在运行时，厌氧消化池和污泥气贮罐是用管道连通的，所以厌氧消化池的工作内压一般和污泥气贮罐的工作压力相同。现行国家标准《给水排水构筑物工程施工及验收规范》GB50141规定，在气密性试验压力为池体工作压力的1.5倍时，24h的气压降不超过试验压力的20%，则应判定气密性试验合格。因此，本标准规定气密性试验压力不应小于污泥气工作压力的1.5倍。

为防止超压或负压造成的破坏，厌氧消化池和污泥气贮罐设计时应采取相应的措施（如设超压或负压检测、报警和释放装置，放空、排泥和排水阀应采用双阀等），规定防止超压或负压的操作程序。

《城乡排水工程项目规范》4.4.10  厌氧消化池和污泥气贮罐必须密封，并应采取防止池（罐）内产生超压和负压的措施。

8.3.20 污泥气贮罐 超压 时，不得直接向大气排放污泥气，应采用污泥气燃烧器燃烧消耗，燃烧器应采用 内燃式 。污泥气贮罐的出气管上必须设置回火防止器。

沼气利用消化产生的沼气一般可以用于 沼气锅炉、沼气发电和沼气拖动 。沼气发电系统：主要有燃气发动机、发电机和热回收装置。沼气经过脱硫、脱水、稳压后供给燃气发动机，驱动与燃气内燃机相连接的发电机而产生电力。

8.3.22 污泥气应综合利用，可用于锅炉、发电和驱动鼓风机等。

污水厂的污泥气一般多用于污泥气锅炉的燃料，也有用于发电和驱动鼓风机。

1） 中温消化温度33～38℃，宜为35℃，高温消化温度50～56℃，宜为55℃，允许的温度变动范围±（1.5～2.0）℃，热水解消化温度为38～40℃ 。

2） 消化时间：中温消化20～30d（即投配率3.33%～5%），高温消化10～15d（即投配率6.67%～10%） 。

3） 两级消化中一、二级消化池的容积比可采用1∶1、2∶1或3∶2，常用的是2∶1 。

4） 有机负荷对于重力浓缩后的污泥，当消化时间在20～30d时，相应的厌氧消化池挥发性固体容积负荷宜采用0.6～1.5kgVSS/(m ³ ?d)，对于机械浓缩后的原污泥，当消化时间在20～30d时，相应的厌氧消化池挥发性固体容积负荷宜采用0.9～2.3kgVSS/(m ³ ?d)，且不应大于2.3kgVSS/(m ³ ?d)。

8.3.7 常规浓度中温厌氧消化池 的设计应符合下列规定： 3%-5%（含水率95-97%）

1. 多级消化池的第一级或单级消化池的消化温度宜为33°C~38°C ；

2. 消化时间宜为20d~30d ；

3. 挥发性固体容积负荷取值： 重力浓缩后的污泥宜为 0.6kgVSS/(m ³ ·d)~1.5kgVSS/(m ³ ·d)；机械浓缩后的污泥不应大于2.3kgVSS/(m ³ ·d）。

8.3.9 以 热水解（水热）作为消化预处理 时，宜符合下列规定：

1. 热水解反应罐反应时间宜为20min~30min ；

2. 厌氧消化池温度宜为37℃~42℃ ；

3. 污泥含水率宜为88%~92%；【含固率8%~12%】

4. 消化时间宜为15d~20d ；

5. 挥发性固体容积负荷宜为2.8kgVSS/(m ³ ·d)~5.0kgVSS/(m ³ ·d)。【消化池负荷】

高温热水解技术通过高温高压和泄压闪蒸过程，能够溶解颗粒污泥，水解胞外聚合物，使细胞破壁，提高污泥流动性和可生化性，从而提高水解反应效果，在加快消化反应进程的同时，提高污泥的降解程度和污泥气产量。

和传统厌氧消化工艺相比，高温热水解厌氧消化技术的优势主要表现为：污泥流动性增强，可提高搅拌效率，减少污泥消化时间，减少消化池容积；提高可溶性COD含量，可提高污泥厌氧消化的有机物降解率，提高污泥气产率；在高温条件下杀死病原菌。

8.3.10 厌氧消化池污泥温度应保持稳定，并宜保持在设计温度±2℃ 。

5） 污泥浓度进入消化池的新鲜污泥含水率应尽量减少，即应尽可能地浓缩降低污泥体积，可以减少消化池容积，降低耗热量，并可提高污泥中的产甲烷菌浓度，加速消化反应。进入消化池的污泥应保持良好的流动性能，含固量宜小于12%。 采用传统消化工艺的污泥消化池进泥含固量宜为3%～5%，采用高含固消化工艺的污泥消化池的进泥含固量为8%～12%。 不在此范围就加水

6） 污泥消化的挥发性固体去除率应大于40%。

7） 为了防止检修时全部污泥停止厌氧处理，消化池的数量应至少设计为两座。

8） 消化池采用固定盖池顶时，池顶至少应装有两个直径为0.7m的人孔。工作液位与池圆柱部分的墙顶之间的超高应不小于0.3m，以防止固定盖因超高不足受内压而使池顶遭到破坏。同时，池顶下沿应装有溢流管，最小管径为200mm。

9） 污泥处理构筑物的放空管管径应尽可能加大。同时处理构筑物的放空井不宜很深，否则应考虑下井操作时的安全措施。

10） 整个污泥消化系统的污泥管路、沼气管路应考虑跨越管，以便为实现灵活多种运行方式提供条件。

11） 考虑污泥管的清洗，应在污泥管的适当位置设置便于安装冲洗管的快速安装接头。

12） 为便于对消化池运行工况进行监测，了解消化池内的污泥分布状况，应在池内的高、中、低等位置设置污泥取样管。

13） 消化池应考虑设置定期清砂的设备。

14） 宜配套回收工艺单元回收消化液中的磷。

15） 储气柜的体积应满足最大调节容量。

16） 应配套沼气脱水、脱硫装置。

17） 沼气管道、沼气贮罐设计，应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB50028规定。

18） 污泥有机质含量低或以剩余污泥为主时可采用两相式厌氧消化。其中前置高温阶段运行温度为50～56℃，污泥停留时间为1～3d；后续中温段运行温度为33～38℃，污泥停留时间15d左右。

19） 污泥有机物含量低或污泥厌氧消化系统未满负荷运行时可采用生物质协同厌氧消化。

20） 消化系统产气量降低或产生泡沫时，应对系统进行检查，及时排除异常。

除了上述一般规定，常规厌氧消化、高温厌氧消化、高含固厌氧消化工艺设计要求如下：

（1） 常规厌氧消化设计及运行参数 ：

①常规厌氧消化适用于污泥有机分含量高并易降解的污泥处理。

②常规厌氧消化的设计应符合下列规定：可采用柱形、卵形等池型；池容应根据消化池的挥发性固体负荷率进行计算；挥发性固体容积负荷宜为0.6～1.5kgVSS/(m ³ ?d)；宜采用上部进泥下部溢流方式排泥；搅拌强度宜为5～10W/m ³ 池容。

③常规厌氧消化的运行应符合下列规定：进泥浓度宜为3%～5%；反应温度宜为35℃±1℃；固体停留时间宜为20～30d；pH值宜为6.8～7.4；挥发性脂肪酸与总碱度的比值VFA/ALK应小于0.3。

（2） 高温厌氧消化设计及运行参数 ：

①高温厌氧消化的设计应符合下列规定：宜采用钢制柱形消化罐；池容应根据消化时间和容积负荷确定；挥发性固体容积负荷宜为2.0～2.8kgVSS/(m ³ ?d)；搅拌强度宜为5～10W/m ³ 池容；宜采用上部进泥下部溢流方式排泥。

②高温厌氧消化的运行应符合下列规定：进泥浓度宜为4%～6%；反应温度宜为50～56℃；温度变化率不宜超过0.5℃/d；固体停留时间宜为10～15d；pH应为6.4～7.8； 挥发性脂肪酸与总碱度的比值VFA/ALK应小于0.3；氨氮浓度宜小于2000mg/L 。

（3） 高含固厌氧消化设计及运行参数 ：

8.3.8  高含固浓度厌氧消化池 的设计宜符合下列规定：

1. 消化池温度宜为33℃~38℃ ；

2. 污泥含水率宜为90%~92%；【含固率8%~10%】

3. 消化时间宜为20d~30d ；

4. 挥发性固体容积负荷取值宜为1.6kgVSS/(m ³ ·d)~3.5kgVSS/(m ³ ·d)。

相比于传统厌氧消化，高含固浓度厌氧消化的显著特点是进料含固率较高，一般为8%~10%，高含固浓度厌氧消化主要的优势包括所需反应器容积减小、保温能量需求降低等。

①高含固厌氧消化可用于已高温热水解、超声处理、酸碱处理等方式预处理后的污泥或生物质协同厌氧消化过程。

②高含固厌氧消化的设计应符合下列规定：宜采用柱形消化池，宜采用机械搅拌；高含固厌氧消化的有效容积应根据消化时间和容积负荷确定；挥发性固体容积负荷宜为1.6～3.5kgVSS/(m ³ ?d)；搅拌强度宜为15～40W/m ³ 池容。

③高含固厌氧消化的运行应符合下列规定：进泥浓度应为8%～12%；高含固消化采用中温消化时的消化温度为35℃±1℃；采用高温消化时消化温度为50～56℃，且温度变化率不宜超过0.5℃/d；对于未进行预处理的污泥，高含固厌氧消化的停留时间应高于20d；经过预处理的污泥，高含固厌氧消化停留时间宜为15～18d；消化池内pH范围应控制在6.4～7.8之间；挥发性脂肪酸与总碱度的比值VFA/ALK应小于0.3；应保证厌氧消化池内氨氮浓度不超过2500mg/L。

8.3.5 单级厌氧消化池（或多级厌氧消化池中的第一级） 污泥应加热并搅拌，宜有防止浮渣结壳和排出上清液的措施。采用多级厌氧消化时，各级厌氧消化池的容积比应根据其运行操作方式，通过技术经济比较确定； 二级及以上厌氧消化池 可不加热、不搅拌，但应有防止浮渣结壳和排出上清液的措施。

8.3.17 用于污泥投配、循环、加热、切换控制的设备和阀门设施宜集中布置，室内应设置通风设施。厌氧消化系统的电气集中控制室不应和存在污泥气泄漏可能的设施合建。（场地条件许可时，宜建在防爆区外。防爆区内的电机、电器和照明等均应符合防爆要求）

8.3.18 污泥气贮罐、污泥气压缩机房、污泥气阀门控制间、污泥气管道层等可能泄漏污泥气的场所，电机、仪表和照明等电器设备均应符合防爆要求，室内应设置通风设施和污泥气泄漏报警装置。

本条为强制性条文，必须严格执行。贮存或使用污泥气的贮罐、压缩机房、阀门控制间和管道层等场所，均存在污泥气泄漏的可能，规定这些场所的电机、仪表和照明等电器设备均应符合防爆要求。若处于室内时，应设通风设施和CH4、H2S泄漏浓度监测和报警装置。

《城乡排水工程项目规范》4.4.9 在污泥消化池、污泥气管道、贮气罐、污泥气燃烧装置等具有火灾或爆炸风险的场所，必须采取防火防爆措施。