CN112321114A - 厌氧消化池及污水处理厂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厌氧消化池，所述厌氧消化池用于污泥处理，包括池体、出泥管、循环泵、进泥管和多层水力扩散管；所述水力扩散管横向布置于所述池体内；在纵向方向上，所述池体内设有多层所述水力扩散管；所述水力扩散管与所述进泥管连接；所述出泥管设置于所述池体的底部；所述循环泵分别与所述出泥管和所述进泥管连接，用于将所述出泥管收集的污泥泵送至所述进泥管内，并通过所述水力扩散层再次进入所述池体内。采用本发明，能够充分混合搅拌消化池内污泥，提高厌氧消化过程的效率，提高厌氧消化池沼气产气速率、产气量和产气质量。

Description

厌氧消化池及污水处理厂

技术领域

本发明涉及一种厌氧消化池及污水处理厂。

背景技术

目前，在欧洲，约有36000座厌氧消化反应器，其污泥处理量约占比40％～50％；在美国，厌氧消化在美国污水厂的普及率约60％；在日本，大多数污水处理厂也采用厌氧消化来处理污泥。与之相比，我国污泥厌氧消化技术虽然起步较早，但技术应用发展较慢，全国几千座污水处理厂仅几十座厌氧消化设施，这与上述发达国家仍存在较大的差距。与污泥焚烧技术类似，厌氧消化技术同步具备减量化、无害化、稳定化和资源化四大优势，尤其是在能量利用方面，其利用自然生物降解释放污泥有机质能量，实现能量的循环利用，充分体现了绿色低碳的处理理念，厌氧消化技术理应成为未来污泥处理处置技术发展的必然趋势之一。

传统的污泥厌氧消化技术具有反应周期长、厌氧速率及产气效率低、沼气产量少和沼气中甲烷含量低等缺点。尤其是当消化池体积大时(>10000m³)，因传统搅拌作用的局限性，消化池内存在短流死角的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中厌氧消化池存在短流死角，厌氧处理效率低的缺陷，提供一种厌氧消化池及污水处理厂。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种厌氧消化池，所述厌氧消化池用于污泥处理，其特点在于，所述厌氧消化池包括池体、出泥管、循环泵、进泥管和多层水力扩散管；

所述水力扩散管横向布置于所述池体内；在纵向方向上，所述池体内设有多层所述水力扩散管；所述水力扩散管与所述进泥管连接；所述出泥管设置于所述池体的底部；所述循环泵分别与所述出泥管和所述进泥管连接，用于将所述出泥管收集的污泥泵送至所述进泥管内，并通过所述水力扩散层再次进入所述池体内。

在本方案中，通过在厌氧消化池池体的不同高度上设置水力扩散管，将池体底部的污泥再次扩散至池体内，并使循环污泥均匀分布在消化池横向和纵向各处，从而充分混合搅拌消化池内污泥，提高厌氧消化过程的效率，提高厌氧消化池沼气产气速率、产气量和产气质量。

较佳地，所述水力扩散管环绕所述池体的内壁分布，且所述水力扩散管与所述进泥管的连接处的两侧管路均与所述进泥管连通。

在本方案中，采用上述的结构形式，在池体内的某一高度上，污泥能够在该高度平面上绕着池体内壁进泥，从而提升污泥在池体空间内进泥的均匀性。以及，污泥能够在连接处沿着管路向两侧同时输入，一方面能够提升两侧进泥的均匀性，另一方面也能够提升进泥的效率。从而改变了传统单点进泥的缺陷，可对厌氧消化池内污泥进行较为的充分混合。

较佳地，所述厌氧消化池还包括搅拌器，所述搅拌器穿过所述厌氧消化池的顶壁，并纵向设置于所述池体内；所述水力扩散管环绕所述搅拌器设置。

在本方案中，采用上述的结构形式，能够对厌氧消化池内的污泥进行进一步的搅拌混合，从而能够进一步充分混合污泥。

较佳地，所述进泥管沿着纵向方向设置于所述池体的内壁上，所述水力扩散管横向环绕设置于所述池体内壁上，并与所述进泥管连通。

在本方案中，采用上述的结构形式，污泥能够自下而上沿着池体内壁输入，并在相应高度上的水力扩散管中，沿着池体内壁进泥至池体中；从而在池体内壁上，能够形成在纵向空间上设有多个进泥处，在横向空间上可具有多个出泥点的结构形式，并结合搅拌器在中间进行混合搅拌，通过物理搅拌作用使得池体的污泥能够充分混合，提升污泥的厌氧消化效率。

较佳地，所述水力扩散管为变径管路，且所述水力扩散管的靠近所述进泥管的直径大于远离所述进泥管的直径。

在本方案中，通过采用上述的结构形式，一方面能够适应污泥在水力扩散管中扩散的实际流量，并节省管材；另一方面，远端的进泥管更为轻量，还能够减小对进泥管的重力作用力，提升结构稳定性和使用寿命；再者，污泥的流速随着管路的直径变小而增大，从而使得水力扩散管整体的出泥量均匀。

较佳地，所述水力扩散管包括多段扩散支管，多段所述扩散支管通过渐缩管连接件依次连接。

在本方案中，通过渐缩管连接不同直径的扩散支管，从而能够形成上述的变径管路，另外也能便于组装和降低造价。

较佳地，所述水力扩散管的下表面设有若干进泥孔。

较佳地，所述进泥孔的间距满足公式：

其中，d为孔口间距，单位m；D为扩散管直径，单位m；v为孔口出泥流速，单位m/s；

为孔口直径，单位m；Q为循环污泥流量，单位m³/s。从而使得水力扩散管的出泥更为顺畅和均匀。

较佳地，所述出泥管横向环绕所述池体的内壁设置，所述出泥管的上表面设有若干出泥口。

较佳地，所述循环泵设置于所述池体外；所述厌氧消化池还包括管道混合器，所述管道混合器设置于所述循环泵和所述进泥管之间，且位于所述池体外。

在本方案中，通过上述的结构形式，将消化池循环泵送入消化池内，即从消化池内抽泥，再泵送入消化池内，从而起到循环池内污泥，充分混合搅拌的作用。

较佳地，所述管道混合器上设有第一投入口和第二投入口，所述第一投入口用于投放厌氧消化功能材料，所述第二投入口用于投放除硫药剂。

在本方案中，通过在进泥的同时投放厌氧消化功能材料和除硫药剂，进而提高厌氧消化沼气产量和产气效率，同步降低沼气硫化氢含量。从而同步采用物理搅拌和化学催化作用，提高厌氧消化池沼气产气速率、产气量和产气质量。

一种污水处理厂，其特点在于，所述污水处理厂包括如上述的厌氧消化池。

在本方案中，污水处理厂通过使用上述的厌氧消化池，能够充分混合搅拌消化池内污泥，提高厌氧消化过程的效率，提高厌氧消化池沼气产气速率、产气量和产气质量。

本发明的积极进步效果在于：通过在厌氧消化池池体的不同高度上设置水力扩散管，将池体底部的污泥再次扩散至池体内，并使循环污泥均匀分布在消化池横向和纵向各处，从而充分混合搅拌消化池内污泥，提高厌氧消化过程的效率，提高厌氧消化池沼气产气速率、产气量和产气质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种厌氧消化池的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种水力扩散管变径处连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种出泥管的结构示意图。

附图标记说明

厌氧消化池1

池体100

出泥管200

出泥主管210

出泥口220

循环泵300

进泥管400

进泥主管410

水力扩散管500

渐缩管连接件510

第一扩散支管520

第二扩散支管530

第三扩散支管540

进泥孔550

三通管连接件600

搅拌器700

搅拌杆710

搅拌扇叶720

管道混合器800

第一投入口810

第二投入口820

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明实施例提供了一种厌氧消化池1，厌氧消化池1用于污泥处理，如图1所示，厌氧消化池1包括池体100、出泥管200、循环泵300、进泥管400和多层水力扩散管500；

水力扩散管500横向布置于池体100内；在纵向方向上，池体100内设有多层水力扩散管500；水力扩散管500与进泥管400连接；出泥管200设置于池体100的底部；循环泵300分别与出泥管200和进泥管400连接，用于将出泥管200收集的污泥泵送至进泥管400内，并通过水力扩散层再次进入池体100内。通过在厌氧消化池1池体100的不同高度上设置水力扩散管500，将池体100底部的污泥再次扩散至池体100内，并使循环污泥均匀分布在消化池1横向和纵向各处，从而充分混合搅拌消化池1内污泥，提高厌氧消化过程的效率，提高厌氧消化池1沼气产气速率、产气量和产气质量。

作为一种较佳地实施方式，如图1所示，水力扩散管500环绕池体100的内壁分布，且水力扩散管500与进泥管400的连接处的两侧管路均与进泥管400连通。

在具体实施时，如图1所示，进泥管400可以通过三通管连接件600与水力扩散管500连接，三通管连接件600的一个通道与进泥管400连接，另外两个通道分别与水力扩散管500的两端连接，从而当进泥管400内的污泥进入水力扩散管500时，能够从水力扩散管500的两端同时进入。从而提升污泥在池体100空间内进泥的均匀性，也能够提升进泥的效率。从而改变了传统单点进泥的缺陷，可对厌氧消化池1内污泥进行较为的充分混合。

作为一种较佳地实施方式，如图1所示，厌氧消化池1还包括搅拌器700，搅拌器700穿过厌氧消化池1的顶壁，并纵向设置于池体100内；水力扩散管500环绕搅拌器700设置。从而通过搅拌器700能够对厌氧消化池1内的污泥进行进一步的搅拌混合，进一步充分混合污泥。

作为一种具体地实施方式，如图1所示，搅拌器700包括搅拌杆710和搅拌扇叶720，搅拌扇叶720的一端与搅拌杆710连接，并随着搅拌杆710转动而转动。

作为一种较佳地实施方式，如图1所示，进泥管400沿着纵向方向设置于池体100的内壁上，水力扩散管500横向环绕设置于池体100内壁上，并与进泥管400连通。在具体实施时，可以将进泥管400自下而上敷设于池体100的内壁上，将水力扩散管500在相应的高度环绕池体100内壁的敷设，并且环形水力扩散管500与进泥管400连接处的两端都与进泥管400连通。从而在池体100内壁上，能够形成在纵向空间上设有多个进泥处，在横向空间上可具有多个出泥点的结构形式，并结合搅拌器700在中间进行混合搅拌，通过物理搅拌作用使得池体100的污泥能够充分混合，提升污泥的厌氧消化效率。

作为一种较佳地实施方式，如图1所示，水力扩散管500为变径管路，且水力扩散管500的靠近进泥管400的直径大于远离进泥管400的直径。也即，靠近进泥管400的管径大，远离进泥管400的管径小；不同管径的扩散管按管径大小排列，相邻扩散管之间通过渐缩管连接件510连接，形成连续变径环形结构。通过采用上述的结构形式，一方面能够适应污泥在水力扩散管500中扩散的实际流量，并节省管材；另一方面，远端的进泥管400更为轻量，还能够减小对进泥管400的重力作用力，提升结构稳定性和使用寿命；再者，污泥的流速随着管路的直径变小而增大，从而使得水力扩散管500整体的出泥量均匀。

在具体实施时，可以通过多种方式使得靠近进泥管400的水力扩散管500直径大于远离处的直径。

在一种具体地实施方式中，水力扩散管500包括多段扩散支管，多段扩散支管通过渐缩管连接件510依次连接。如图1和图2所示，水力扩散管500包括第一扩散支管520、第二扩散支管530和第三扩散支管540，第一扩散支管520的一端和第二扩散支管530的一端分别与进泥管400连接，第三扩散管为半环结构，第一扩散支管520的另一端和第二扩散支管530的另一端分别通过渐缩管连接件510与第三扩散支管540的两端连接。从而能够形成上述的变径管路，另外也能便于组装和降低造价。

在另一种具体地实施方式中，水力扩散管500的直径可以沿着污泥流动的方向逐渐变小，形成连续变径的结构形式。

作为一种较佳地实施方式，如图2所示，水力扩散管500的下表面设有若干进泥孔550。

作为一种较佳地实施方式，水力扩散管500上的进泥孔550之间的间距，可以根据进泥流速及流量分配计算，进泥孔550的间距满足公式：

其中，d为孔口间距，单位m；D为扩散管直径，单位m；v为孔口出泥流速，单位m/s；

为孔口直径，单位m；Q为循环污泥流量，单位m³/s。从而使得水力扩散管500的出泥更为顺畅和均匀。

作为一种较佳地实施方式，如图1所示，出泥管200横向环绕池体100的内壁设置，出泥管200的上表面均匀设有若干出泥口220。从而将厌氧消化池1底部的污泥均匀抽出，能够充分混合厌氧消化池1内的污泥。

作为一种较佳地实施方式，如图3所示，出泥管200为等径管路。

在具体实施时，出泥管200通过出泥主管210与循环泵300连接，该出泥主管210作为厌氧消化池1的出泥管200路，相应的，作为循环泵300的进泥管400路。出泥管200与出泥主管210也可以通过三通管连接件600连接，出泥管200为环形管路，其与出泥主管210连接处的两端通过三通管连接件600均与出泥主管210连通。进一步的，出泥口220之间的间距也可以满足上述的有关进泥孔550间距的公式。

作为一种较佳地实施方式，如图1所示，循环泵300设置于池体100外；厌氧消化池1还包括管道混合器800，管道混合器800设置于循环泵300和进泥管400之间，且位于池体100外。

在具体实施时，循环泵300可以采用干式泵，将消化池1循环泵300送入消化池1内，即从厌氧消化池1内抽泥，再泵送入厌氧消化池1内，进入沿厌氧消化池1内壁布置的进泥管400，经三通管连接件600后分两侧成环形水平进入水力扩散管500中。

作为一种较佳地实施方式，如图1所示，管道混合器800上设有第一投入口810和第二投入口820，第一投入口810用于投放厌氧消化功能材料，第二投入口820用于投放除硫药剂。

其中，厌氧消化功能材料为具备导电性，且无生物毒性的材料；为微生物间电子转移提供了一种导电介质，使得微生物间可以进行直接的电子传递，摆脱依赖于H₂作为电子载体的电子传递，大大提高了代谢过程中其他菌种向产甲烷菌传递电子的速度和效率，从而加快了产甲烷的速度和效率，提高甲烷产量。其具体可以为碳基材料或铁系类物质，如粉末活性炭、零价铁等。当污水深度处理端投加粉末活性炭或磁粉介质时，可将深度处理化学污泥引入污泥消化系统，用以强化厌氧消化过程；从而节约资源，降低成本。除硫药剂可以为二价、三价铁盐等，从而降低沼气硫化氢含量。

通过同步采用上述的物理循环搅拌和化学催化作用，能够提高厌氧消化池1沼气产气速率、产气量和产气质量。

下面结合具体的实施场景，进一步说明本发明中的厌氧消化池1。在实际实施时，可以采用以下的设备和装置。

如图1所示，厌氧消化池1的直径为28m，高度为27m，有效容积为14000m³，采用中温一级厌氧消化工艺，其搅拌形式为机械搅拌，即采用机械立轴搅拌器700进行机械搅拌。循环泵300采用变频干式泵，流量为100m³/h。水力扩散管500可以采用316L不锈钢材质；出泥管200300也可采用316L不锈钢材质；管道混合器800安装在循环泵300的出泥主管210(即厌氧消化池1的进泥主管410)上。

循环泵300从消化池1内抽取污泥，消化池1内污泥通过消化池1底部出泥管200进入循环泵300，而后经循环泵300提升至进泥主管410进入消化池1内，在消化池1内，循环污泥进泥管400纵向布置，经三通管连接件600后分两侧至水平环形水力扩散管500。

水力扩散管500沿消化池1池壁环形布置，环形管扩散管管中心直径为26m；水力扩散管500沿消化池1竖向分三层布置，竖向间距为5～10m，优选为7m。水力扩散管500采用变径结构，靠近进泥管400端管径大，远离进泥管400端管径小。进泥主管410及进泥管400管径为DN150，以消化池1轴线为变径点，靠近进泥管400端水力扩散管500管径为DN100，远离进泥管400端水力扩散管500管径为DN80。即图2中，左端水力扩散管500管径为DN100，右端水力扩散管500管径为DN80。

水力扩散管500下方设置有进泥孔550，其出泥流速为2m/s～3m/s，具体可为2m/s，进泥孔550的开孔尺寸20mm，则根据循环污泥进泥量，每处水平环形水力扩散管500共设置15处进泥孔550，进泥孔550布置间距为35m。

出泥管200布置于消化池1底部，可距池底2m，出泥管200管径采用DN150；出泥管200上方设置出泥口220，出泥流速可为2m/s～3m/s，具体可为2m/s。出泥口220的开孔尺寸为30mm，出泥口220布置间距为26m。

在进泥主管410上设置管道混合器800，在管道混合器800的厌氧消化功能材料投加点投加粉末活性炭，以及在除硫药剂投加点投加三氯化铁药剂。其中性炭投加量可为100mg/L，三滤化铁药剂投加量可为100mg/L。

通过采用上述的装置和设备，厌氧消化池1能够同步实现物理循环搅拌和化学催化，提高厌氧消化池1沼气产气速率、产气量和产气质量。其中物理搅拌作用主要通过循环泵300、水平环形水力扩散管500及消化池1底部出泥管200实现；化学催化作用通过管道混合器800、厌氧消化功能材料投加点及除硫药剂投加点实现投入相应材料实现。

本发明实施例还提供了一种污水处理厂，污水处理厂包括如上述的厌氧消化池1。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种厌氧消化池，所述厌氧消化池用于污泥处理，其特征在于，所述厌氧消化池包括池体、出泥管、循环泵、进泥管和多层水力扩散管；

所述水力扩散管横向布置于所述池体内；在纵向方向上，所述池体内设有多层所述水力扩散管；所述水力扩散管与所述进泥管连接；所述出泥管设置于所述池体的底部；所述循环泵分别与所述出泥管和所述进泥管连接，用于将所述出泥管收集的污泥泵送至所述进泥管内，并通过所述水力扩散层再次进入所述池体内。

2.如权利要求1所述的厌氧消化池，其特征在于，所述水力扩散管环绕所述池体的内壁分布，且所述水力扩散管与所述进泥管的连接处的两侧管路均与所述进泥管连通。

3.如权利要求1所述的厌氧消化池，其特征在于，所述厌氧消化池还包括搅拌器，所述搅拌器穿过所述厌氧消化池的顶壁，并纵向设置于所述池体内；所述水力扩散管环绕所述搅拌器设置。

4.如权利要求1所述的厌氧消化池，其特征在于，所述进泥管沿着纵向方向设置于所述池体的内壁上，所述水力扩散管横向环绕设置于所述池体内壁上，并与所述进泥管连通。

5.如权利要求1所述的厌氧消化池，其特征在于，所述水力扩散管为变径管路，且所述水力扩散管的靠近所述进泥管的直径大于远离所述进泥管的直径。

6.如权利要求5所述的厌氧消化池，其特征在于，所述水力扩散管包括多段扩散支管，多段所述扩散支管通过渐缩管连接件依次连接。

7.如权利要求1-6中任一项所述的厌氧消化池，其特征在于，所述水力扩散管的下表面设有若干进泥孔。

8.如权利要求7所述的厌氧消化池，其特征在于，所述进泥孔的间距满足公式：

其中，d为孔口间距，单位m；D为扩散管直径，单位m；v为孔口出泥流速，单位m/s；

为孔口直径，单位m；Q为循环污泥流量，单位m³/s。

9.如权利要求1所述的厌氧消化池，其特征在于，所述出泥管横向环绕所述池体的内壁设置，所述出泥管的上表面设有若干出泥口。

10.如权利要求1所述的厌氧消化池，其特征在于，所述循环泵设置于所述池体外；所述厌氧消化池还包括管道混合器，所述管道混合器设置于所述循环泵和所述进泥管之间，且位于所述池体外。

11.如权利要求10所述的厌氧消化池，其特征在于，所述管道混合器上设有第一投入口和第二投入口，所述第一投入口用于投放厌氧消化功能材料，所述第二投入口用于投放除硫药剂。

12.一种污水处理厂，其特征在于，所述污水处理厂包括如权利要求1-11中任一项所述的厌氧消化池。

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