引言 (3)1 设计说明书 (4)1.1 工程概况 (4)1.1.1 设计题目 (4)1.1.2 原始数据及操作条件要求 (4)1.2 厌氧消化处理概述 (4)1.2.1 厌氧消化定义 (4)1.2.2 厌氧消化处理对象 (5)1.2.3 厌氧消化影响因素 (5)1.2.3.1 底物组成 (5)1.2.3.2 温度 (5)1.2.3.3 pH值 (5)1.2.3.4 抑制 (6)1.2.3.5 搅拌 (6)1.2.3.6 强化处理 (6)1.2.4 厌氧消化的基本原理 (6)1.2.5 厌氧工艺类型 (7)1.2.6 工艺流程图 (8)1.3 污泥消化系统主要构筑物 (8)1.3.1 污泥投配池 (8)1.3.2 沼气储气柜 (9)1.3.3 消化池构造 (9)2 设计计算书 (9)2.1 污泥投配池的设计 (10)2.2 消化池的结构与尺寸计算 (10)2.2.1消化池容积的设计计算 (10)2.2.2消化池各部分表面计算 (11)2.2.3 消化池热工计算 (12)2.2.3.1 提高新鲜污泥温度的耗热量 (12)2.2.3.2 消化池体的耗热量 (13)2.2.3.3 每年消化池总耗热量为 (14)2.3 热交换器的计算 (14)2.3.1 热交换器设计参数 (14)2.3.2 设计计算 (15)2.4 保温层计算 (17)2.4.1 保温层基本参数 (17)2.4.2 消化池各部分厚度 (17)2.4.3 保温层基本计算公式 (17)2.4.4 消化池各部位保温层厚度计算 (17)2.5 消化池加热量计算 (18)2.5.1 消化池加热条件 (18)2.5.2 热量计算基本公式 (18)2.6 消化池搅拌计算 (19)2.6.1 螺旋桨搅拌的污泥量 (19)2.6.2中心管直径 (20)2.6.3 螺旋桨直径d (20)2.6.4 螺旋桨断面面积A (20)3 其他设计说明 (21)3.1 污泥泵及污泥管道 (21)3.2 阀门控制 (21)3.3 浮渣破碎装置 (21)3.4 仪表装置 (21)3.5 厌氧处理后污泥设计 (21)3.6 污泥烘干 (23)3.7 污泥最终处置 (24)参考文献 (25)引言随着工农业的发展和人口的增加，污水的排放量迅速增加与日俱增。

目前我国每年排放的污水量已超过400亿立方米，每处理1吨污水，附带产生约0.8千克干污泥。

污泥的含水率高，在污水处理过程中产生大量湿污泥，对污水处理存在一定程度的阻力。

污泥是污水中污染物的转移，不妥善处理污泥，将会造成够大程度的污染。

因此，对污泥的处理，已经是污水处理工程的必须部分。

随着国家对环保的日益重视，对于污水处理的投资逐渐增加。

根据预测，从2000年至2020年，我国每年新建的污水处理厂的处理能力将达300～400万m3/d，而中小型污水处理厂则是城市污水处理事业的主力军。

而污水处理所产生的污泥量，将线性提高因此探索污水处理厂污泥处理的工艺，达到维护污水处理厂正常运行、保护环境的目的，从而实现城市可持续发展。

1 设计说明书1.1 工程概况1.1.1 设计题目90m3/d中温定容式污泥厌氧消化池设计1.1.2 原始数据及操作条件要求（1）城市生活污水污泥含水率95％，污泥全年平均温度25℃。

（2）大气全年平均温度21℃，土壤冬季计算温度10℃，冬季冻土深度0.6m，土壤全年平均温度23℃，冬季室外计算温度15℃。

（3）地下水位深度7m。

（4）采用中温消化，消化温度控制在33～35℃，消化需加热搅拌。

(5) 消化停留时间为30d。

1.2 厌氧消化处理概述我国已建成运转的城市污水处理厂有400余座，日处理能力2534万m ，污泥产量(以含水率97％计)在7.602万m/d和12.67万m /d之间[1]，这些污泥中蕴含着大量的生物质能，它们一般具有可生化降解性。

如何妥善处置污水处理厂产生污泥是污水净化成功与否的决定性因素之一[2]。

有效利用这类生物质能源，对减少污泥污染、实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。

但污泥厌氧消化的投资高、处理技术较复杂已经投入使用的污泥消化池中，能够正常运行的为数不多[2]。

常规的城市污水处理厂中的生污泥一般包括初次污泥和剩余活性污泥，也有的污水处理厂将各处理构筑物中产生的浮渣送到消化池中进行消化，但由于浮渣的进入会带来一系列问题，所以浮渣最好不进消化池。

在实际设计上，一般是以去除污染物质的数量通过物料平衡计算来确定污泥量。

通常，初次污泥量主要是以去除SS为基础来计算的，剩余活性污泥量主要是以去除BOD为基础来计算的。

厌氧消化产生的甲烷能抵消污水厂所需要的一部分能量；使污泥固体总量减少25%～50%，减少了后续污泥处理的费用；消化污泥是一种很好的土壤调节剂，它含有一定量的灰分和有机物，能提高土壤的肥力和改善土壤的结构；消化过程尤其是高温消化过程(50℃～60℃条件下)，能杀死致病菌。

1.2.1 厌氧消化定义污泥厌氧消化是指污泥在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌将污泥中可生物降解的有机物分解为二氧化碳和甲烷气，使污泥得到稳定。

1.2.2 厌氧消化处理对象污泥厌氧消化法的处理对象主要是初次沉淀污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥、食品废料、城市废水污泥、高浓度有机工业废水、生活污水污泥、高浓度生产污水如屠宰场污水、酒精加工厂污水、食品厂污水及成分的石油化工污水等。

特别对于处理那些生化需氧量极高，在缺氧的情况下易于分解的生活污水非常有效。

1.2.3 厌氧消化影响因素1.2.3.1 底物组成不同污泥组成，其可生化降解性大不相同。

污泥组成不同，在消化过程中的营养需求与调控也不同。

一般厌氧消化适宜的C／N比为(30~20)：1，氮含量过多，pH值可能上升，氨盐容易积累，会抑制消化过程。

厌氧消化对磷(磷酸盐)的需求量大约为氮的1/5。

如果污泥中碳、氮、磷比不能很好地满足厌氧消化的需要，可以通过投加一定的辅助原料，以达到厌氧消化适宜的C／N比。

1.2.3.2 温度按照厌氧消化的温度范围可以分为常温厌氧消化、中温厌氧消化和高温厌氧消化。

中温发酵条件下，温度控制在28℃～38℃。

高温消化可以比中温消化有更短的固体停留时间和更小的反应器容积，温度控制在 48℃～60℃。

高温消化所需热量多，需要加温和保温设备，对设备工艺、材料要求高，运行也不稳定。

常温消化的主要特点是消化温度随着自然气温的四季变化而变化，其反应速率、产气率、有机物分解率均明显低于中、高温消化，为获得同一程度的产气率和有机物分解率，中高温需要12～30d，常温消化通常需要150d以上的停留时间[4]。

由资料表明，对于原始污泥来说，中温最佳温度是其所生存的原始温度，即消化处理温度37℃[5]。

在污泥的厌氧消化处理工程中，温度的控制是一个十分重要的方面，因为甲烷菌对温度的急剧变化比较敏感，要求厌氧发酵过程温度相对稳定，一天内的变化范围在±2℃内[6]。

1.2.3.3 pH值水解过程与发酵菌及产氢产乙酸菌对pH值的适应范围大致为5～6．5，而对产甲烷菌的pH值的适应范围为6.6～7.5。

pH值的微小波动有可能导致微生物代谢活动的终止，pH值低于6.1或高于 8.3时，产甲烷菌可能会停止活动。

研究发现，污泥经过适当的碱液处理或者调节pH值至8.0以上，可以提高污泥的水解速率。

将剩余污泥的pH值控制为酸性4.0～6.0或者碱性8.0～11.0，在较长时间的厌氧发酵过程中(大于4d左右)，SCOD值与时间成正比[7]。

1.2.3.4 抑制厌氧消化过程中抑制作用包括pH抑制、氢抑制、氨抑制、弱酸弱碱抑制、长链脂肪酸抑制等。

当氨氮浓度从740mg/L至3500mg/L时，有机物降解速度急剧下降。

常温消化当总氨氮浓度从0.40 g/L依次升至1.20、3.05、4.92、5.77g/L时，呈现慢性抑制的现象。

常温下污泥的含水率低于91％时甲烷产量减少，这主要由于系统中高氨含量对氢营养甲烷菌的抑制作用。

渗滤液回流与pH值调节相结合可以降低酸积累的抑制效应，加速消化降解速率。

然而当系统中活性产酸菌和产甲烷菌数量较少时，回流渗滤液会引起长链脂肪酸积聚。

1.2.3.5 搅拌污泥厌氧消化中，水解阶段为整个反应的限制性阶段。

消化过程中应充分混以促进反应器中酶和微生物的均匀分布。

试验表明降低搅拌程度可以提高反应器的效率。

在启动阶段应采取适量搅拌，此时反应器内底物浓度较大，高强度搅拌对水解起促进作用。

因此为达到有机物厌氧转化的最佳条件，应综合考虑搅拌所带来的积极和负面影响[3]。

1.2.3.6 强化处理污泥固体的生物可降解性低，完全的厌氧消化需相当长的时间，既使 20～30 d的停留时间仅能去除 30％～50％的挥发性固体[5]，厌氧消化的速度较慢，对固体废物采用预处理可以提高甲烷产气量。

目前对固态厌氧消化底物的预处理方法很多，有物理、化学和生物技术等，对物理和化学预处理方法研究较多，采用热解、碱处理、臭氧氧化、超声处理等物理化学方法等强化处理技术能有效促进污泥中细胞的分解，使释放出来的细胞物质快速得以降解利用，提高污泥有机物的利用率，缩短厌氧消化停留时间，提高厌氧消化产气率。

利用溶菌酶对污泥进行预处理，有机物的降解程度大大地提高，投加能分泌胞外酶细菌的溶胞技术在经济合理、操作简单、环保节能方面显示较大的优势，为提高厌氧消化效率开辟了新的途径。

1.2.4 厌氧消化的基本原理厌氧消化是一种普遍存在于自然界的生物学过程，是一个复杂的过程。

笔者所提出的厌氧消化工艺是人为地控制厌氧消化所需要的环境条件和营养条件，使整个发酵过程快速、高效、稳态地进行，将自然厌氧发酵的时间降低了几十倍。

厌氧发酵过程可分为4个阶段[3]：水解、酸化阶段在一定温度下，借厌氧生物菌群的作用，将不溶性大分子的有机物(蛋白质、纤维素、脂肪、淀粉等)分解为小分子水溶性的低脂肪酸(葡萄糖、甘油、脂肪酸、氨基酸等)。

不溶性大分子有机物经过水解溶入水中。

发酵细菌将有机单体转化为H2 、CH3 COOH、CH3CH20H等。

酸化阶段产酸过程进行得很快，致使料液pH值迅速下降，发出腐霉性的气味。

②产氢产乙酸阶段(又叫酸性衰退阶段)专性产氢产乙酸菌对还原性有机物的氧化作用，生成H2、H2C03 、CH3COOH。

同型产乙酸细菌将H 、HC03-转化为CH3C00H。

生成少量的CH4、CO2 、N2 。

此阶段会产生硫化氢、硫酸、粪臭素等副产物。

在此阶段，由于大量有机酸的分解导致pH值上升。

③甲烷化阶段产甲烷菌将醋酸转化为CH4、和C02，利用H2还原C02 成甲烷，或利用其他细菌产程，是一个复杂的过程。

笔者所提出的厌氧消化生甲酸形成甲烷。

1.2.5 厌氧工艺类型厌氧消化处理通过技术革新逐步形成了以湿式完全混合厌氧消化、厌氧干发酵、两相厌氧消化等为主的工艺形式。