自热式高温好氧消化

自热式嗜热好氧消化(ATAD)污泥消化过程,能够实现高度的稳定和减少病原体。过程的特点是高反应率达到的高温温度40到70°C。温度是通过使用获得的释放热量通过微生物氧化放热过程。每公斤大约15000 kJ的热生成挥发性固体的摧毁。在完全混合曝气环境,高温温度达到持续没有添加补充热量(除了通过曝气和搅拌)引入的热量通过保护生物氧化过程中释放的热量。图4.7说明了ATAD反应器热平衡。如果足够的绝缘,荷尔蒙替代疗法,提供了足够的固体浓度和混合,高温的过程可以控制温度来实现超过38%的挥发性固体破坏和足够的减少病原体满足美国环保署规定PFRPs或40 CFR部分503类的名称。

ATAD技术广泛应用于欧洲自1970年代以来,最近在北美。ATAD超过传统的好氧消化过程的主要优点是:

•显著降低SRT(5到8天)来实现减少挥发性固体40 - 50%

•的可能性减少致病病毒,细菌,寄生虫卵子可行的,和其他寄生虫低于检测水平,从而满足病原体的需求减少A类有机固体残

热损失对环境

给水污泥

混合热输入

热损失对环境

给水污泥

混合热输入

污水污泥热损失

影响气体(空气)

图4.7热平衡的自热式高温好氧消化池。(从

污水污泥热损失

影响气体(空气)

图4.7热平衡的自热式高温好氧消化池。(从

•销毁所有杂草种子,非常适合作为土壤改良剂或使有机肥料的草坪

•约25%低氧条件因为很少,如果有的话,硝化细菌存在于温度高于40°C

•热可能可恢复为建筑供暖

ATAD的缺点是:

•高资本和运营成本

•需要饲料污泥增厚到最低4%的固体浓度(最好是5 - 6%)

•要求极其高效的曝气系统使用空气代替高纯度氧气

•令人不快的气味

•泡沫断路器必需的,由于高度的发泡的反应堆

•穷人脱水消化有机固体的特征

过程理论挥发性固体的有氧破坏发生在thermo-philic有氧消化器方程(4.2)所示。因为高温的硝化细菌的破坏在ATAD,方程(4.3)中概述的后续反应通过(4.7)不实现。方程(4.2)与能源组件添加如下:

C5H7O2N + 5 o2 ^ 4二氧化碳+水+ NH4HCO3 +能量(4.11)

这个方程表明,大约1.5公斤每公斤氧气是必需的挥发性固体破坏。系统需要一个水力停留时间只有5到8天。在反应中产生的氨与水和二氧化碳反应生成碳酸氢铵,导致增加碱度。因为硝化作用不发生,pH值范围将在8到9,高于常规好氧消化器。产生的能量大约是15000焦每千克的挥发性固体破坏。只要系统混合和提供足够的氧气,反应堆的温度将上升到一个平衡发生(热损失等于放热反应的热量输入和输入机械能)。温度将继续上升,直到这个过程成为氧传质限制。氨氮的产生将废气和溶液浓度的几百毫克/ L。其中大部分将返回到处理厂氨尾气的侧流烟气味控制系统的有机脱水设备。

典型的ATAD系统流程设计如图4.8。这个过程的关键要素是给水污泥特性,反应堆,滞留时间,饲料周期,曝气和搅拌,温度和pH值,泡沫控制、存储和消化有机增稠和气味控制。典型的设计标准给出了ATAD在表4.3。

给水污泥特性的自热式高温厌氧消化器可以有效地消化小学和的混合物二级污泥。混合喂养一个ATAD之前是可选的。提要的固体浓度污泥应至少3%,最低必须达到和维持ther-mophilic条件;,最高6%,高效的曝气和搅拌的上限。提要内容必须包含一个最低挥发性固体25至40 g / L鳕鱼。细检查或磨好勇气删除需要删除或研磨塑料和纤维材料和减少磨损在中控室内和搅拌机。

反应堆通常,两个校长串联安装。施工中使用的混凝土和钢的坦克。钢坦克不太容易受到热应力和低成本建造比具体的坦克。然而,钢坦克需要140毫米(6)矿物绝缘和与肋复合铝薄膜两侧和顶部平面薄膜保护绝缘的元素和审美目的。提供访问舱口的坦克。构造整个柜以上年级在混凝土基础上。height-to-depth比率从0.5到1.0不等。实际比率及其有效性取决于限用于混合好。

热交换过程要求但没有必要一直纳入一些设施对能量回收和预热给水污泥前一期反应堆。热可以恢复期间bio-solids冷却和热交换器或水冷循环内安装

转鼓增稠剂

转鼓浓缩机

贮槽处理污泥

废水污泥贮槽

(一)系统的示意图

废水污泥贮槽

贮槽处理污泥

(一)系统的示意图

破泡剂

绝缘反应堆

浓缩污泥

生物热生产

尾气

破泡剂

绝缘反应堆

浓缩污泥

尾气

(消化有机阶段ATAD反应堆)

生物热生产

(消化有机阶段ATAD反应堆)

空气或高纯氧

(b)反应的示意图

图4.8自热式高温好氧消化系统。[部分(a)福克斯,卡里,数控;麦特卡尔夫(b)部分&艾迪,2003)

表4.3设计标准的自热式高温好氧消化

参数	国际标准单位		美国常用单位
	价值	单位	价值	单位
水力停留时间	5 - 8	d	5 - 8	d
给水污泥固体浓度	3 - 6	%	3 - 6	%
TSS加载	5 - 8	公斤/立方米•d	320 - 500	磅/ 103 ft3-d
VSS加载	3.2 - -4.2	公斤/立方米•d	200 - 260	磅/ 103 ft3-d
温度
阶段1	40 - 50	OC	104 - 122	的
第二阶段	50 - 70	OC	122 - 158	的
曝气和搅拌
(吸气机类型)
空气输入	4	m3 / h / m3
氧转移效率	2	公斤O2 /千瓦时	4.4	磅O2 /千瓦时
能源需求	130 - 170	W /立方米	5.0 - -6.4	惠普/ 103发生

来源:从麦特卡尔夫&艾迪,2003年改编部分。

来源:从麦特卡尔夫&艾迪,2003年改编部分。

反应堆的外壳。热也可以从废气中恢复。处理厂的鲑鱼的手臂,不列颠哥伦比亚省,热回收1.2 J / s用于热增稠剂建筑(论坛,1998)。

滞留时间反应器水力停留时间(HRT)从5到8天,每个反应堆2.5到4天。约40 - 50%的挥发性固体减少发生在第一个反应堆。德国设计标准包括5到6天的荷尔蒙替代疗法遵守破坏病原体的要求。

饲料周期影响污泥不断引入第一个反应堆,间歇性,或分批,尽管批处理模式提供了保证会议类病原体减少需求。

在连续和间歇进料方式,污泥引入第一个反应堆,第一堆溢出的内容第二个反应堆,并从第二个反应堆有机固体残储存罐。如果吸气限用于反应堆,重要的是要有一个恒定的液面,以确保均匀和一致的氧转移。

对于批处理模式,系统的目的是将一天的体积污泥反应器在不到1小时,确保饲料固体接触反应器温度连续23小时。这极大地增强了病原体的破坏。消化有机固体残收回之前引入污泥从第一个反应堆,确保废水有机固体残一直维持在高温温度至少24小时,以减少污染的可能性的处理有机固体残馀部分污泥处理。转移后的污泥从第一反应堆第二反应堆完成后,原污泥再次介绍了第一个反应堆。

曝气和搅拌ATAD取得成效的关键性能是曝气和搅拌。曝气系统必须设计(1)传递足够的氧气来满足高需求的消化过程,(2)供应所需的氧气同时最小化潜在的排气热损失,和(3)提供足够的混合污泥,以确保完整的稳定。曝气和搅拌系统包括吸液限、文丘里曝气设备、射流曝气,可浸入的机械限。

几乎所有ATAD系统利用吸气中控室内引入混合空气和提供。典型的安装有至少两个中控室内安装在每个反应堆。更大的安装可能需要第三个单元中心的屋顶或额外的固定在墙上的单位。这种类型的通风装置的优点是,汽车和轴承位于外的反应堆。设计标准吸气的每个表4.3中给出。

循环泵和文丘里安排与空气提供给文丘里已成功使用。该增氧机的主要优势是,泵和外的文丘里位于反应堆。

然而,固体处理,与耐蚀叶轮泵,泵蜗壳衬里是必需的。

温度和pH值过程操作温度范围内第一个反应堆是40到50°C。喂养期间,气温将下降发生在这个反应堆。与一个吸气曝气系统,典型的温度恢复率是1°C / h (1.8°F /人力资源)。第一反应堆的温度不能低于25°C (60°F),以避免生物适应的问题。过程操作温度范围在第二个反应堆是50到70°C(102到158°F)。

通常,pH值不需要控制在一个因为ATAD系统碱度是增加细胞群的生物氧化,不会发生硝化作用降低碱度。通常,pH值在第一反应堆以上第二反应堆是7和8。

泡沫控制ATAD反应堆产生大量的泡沫,因为细胞蛋白质,脂类和油脂材料分解和释放到解决方案。泡沫层的控制是非常重要的;然而,泡沫层的确切作用还没有完全解释道。泡沫似乎提高氧气利用率,提供绝缘,提高生物活性。然而,过度的泡沫抑制空气进入消化污泥质量。

0.5到1.0米的干舷(1.65到3.3英尺)应提供在反应堆使用体积泡沫发展和控制。机械泡沫切割机悬浮在反应堆以固定海拔最常用于泡沫控制。其他方法包括立式搅拌机和喷淋系统。泡沫切割机的设计和运行经验和必须考虑的表面积反应堆,反应堆固体浓度的污泥,曝气的类型和强度。

消化污泥存储和增厚是必要的实现固体冷却的消化有机整合。至少需要20天的拘留冷却和增厚。停留时间可以大幅减少如果热交换器是用于冷却反应堆的有机固体残出院。拘留坦克通常是敞篷的,纯粹的,装有轻轻倒出能力。气味控制通常不是必需的。有机固体增厚的重力增稠剂可以产生固体浓度的6 - 10%。

气味控制因为没有硝化,因为高温的ATAD系统,相对高浓度的氨被释放。减少硫化合物,如硫化氢、羰基硫醚、甲硫醇、乙硫醇,二甲基硫醚、二甲基二硫,也源于ATAD过程。

气味可以控制,如果适当的操作温度达到和反应堆充分混合和充气。气味控制系统可能包括湿洗涤塔、生物过滤器,堆肥土壤/过滤器,活性污泥法和尾气的分流。

性能和操作符合A类有机固体残馀部分要求503规定,需要证明的要求(1)粪便大肠杆菌密度小于1000总固体的或然数/ g干重计算,或(2)沙门氏菌sp.细菌浓度低于拘留3或然数/ g的极限总固体干重的基础上。批处理模式运行更适合满足这些需求。在连续喂养模式,可能一些病原体通过系统。两个或更多核反应堆必须确保所有固体在反应堆受到时间和温度要求。

503规定的一部分向量的吸引力减少要求是至少38%的挥发性固体减少,或酸小于1.5毫克氧气每小时每克干重基础上的温度20°C。有限的数据都可以在ATAD过程的能力来满足这些需求。减少挥发性固体受到饲料污泥特性的影响,激素替代治疗,操作温度和反应堆加载。数据显示,减少挥发性固体从30 - 60%。因此,流程的能力,以满足最低要求38%的挥发性固体减少取决于设计合理并操作系统。

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