城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統的制作方法

城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統，包括依次連接設置的有機垃圾收集池、粉碎裝置、集水池、預處理池、調節加熱池、IC厭氧反應器、厭氧池、I級好氧反應池、II級好氧反應池、沉淀池及膜處理設備，所述IC厭氧反應器包括罐體，所述罐體內由從下到上依次連接的第一反應室和第二反應室組成，所述第一反應室和第二反應室之間設置有射流曝氣攪拌器，所述IC厭氧反應器底部設置有底部排泥管，所述第一反應室內底部設置有進料管和攪拌渦輪，所述攪拌渦輪設置在進料管的上方，所述第二反應室內并排設置內循環回流管和內循環升流管，本實用新型適用于農村及小城鎮，經濟、高效、節能和簡便易行。
【專利說明】
城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統
技術領域
[0001] 本實用新型涉及污水垃圾處理技術領域，具體涉及城鎮生活污水及垃圾一體化、 循環型集中處理系統。
【背景技術】
[0002] 目前我國各種規模和性質的小城鎮已近50000個，我國的城鎮化率2011年已過 50%，有專家預測：未來10年將有1.5-2億農村人口轉移到城市，2020年我國的城市化率將 達到63-65%，我國的城市化進程已經進入了經濟發展規律上的高速增長期。
[0003] 據統計：目前全國年排污量約為350億立方米，但城市污水集中處理率已達80%以 上，全國超過95%的縣域小城鎮和村屯污水未經任何有效的收集處理就直接排放到附近的 水體，使得原本具有泄洪和美化景觀作用的河渠變成了天然污水渠并直接污染了歸流的江 川湖海。特別是在全國2200座縣城與19200個建制鎮中，污水排放量約占全國污水排放總量 的一半以上。
[0004] 我國的小城鎮基本上沒有污水和生活垃圾集中處理設施，在新開發的居民小區、 旅游風景點、度假村、療養院、機場、鐵路車站、經濟開發小區等分散的人群聚居地，排放的 污水也基本上沒有處理。我國人口今后有兩大發展趨勢：一方面，為緩解大中城市人口壓 力，大中城市人口正逐漸向小城鎮、小區迀移，這必將促進衛星城鎮的發展;另一方面，農村 大量剩余勞動力要找出路，這也促進了農村人口城鎮化、小區化。隨著這一趨勢的發展，今 后我國80%以上的生活污水、垃圾將來自小城鎮、小區。所以，因地制宜的建設一大批各種 類型的小城鎮、小區的生活污水、垃圾的集中處理工程勢在必行。然而這將給經濟實力不 強、資源有限、受各種自然條件約束的小城鎮政府和人民增加一定的負擔。總之，小城鎮、小 區的生活污水、垃圾能否處理好，能否找到高效、低投入、有利于修復生態系統和資源循環 利用并可節能減排的污水、垃圾處理的環保新技術，將直接關系到當地的經濟和人民的生 活水平的提高，關系到我國環境狀況和可持續發展戰略。
[0005] 針對目前的實際情況，國家提出了至2015年要求設市城市污水處理率不低于 60%，建制鎮污水處理率不低于50%的目標，因此，未來一段時間內我國污水處理事業將是 大城市和廣大中小城市(鎮)并舉。
[0006] 農村的垃圾污染問題也對生態環境造成了嚴重的破壞。現時全國95 %以上的村屯 和城鎮垃圾得不到有效處理，田野，河灘，街頭垃圾成堆，土法焚燒垃圾造成黑煙、霧霾籠 罩，二次污染觸目驚心。農村缺少日處理規模50噸以下，能滿足國家標準的垃圾處理工藝和 成套設備，使垃圾處理達到資源化、減量化、無害化的環保目標。為此，國家在"十三.五"提 出了2020年農村垃圾處理率要達到90%的環保目標。
[0007]以上這些因素就決定了應用于中小城市（鎮）的污水、垃圾處理技術首先必須經 濟、高效、節省能耗和簡便易行。因此，研究和開發對傳統工藝的改造和替代的新工藝，發展 具有獨立自主知識產權的、能使污染物處理后達到資源化、減量化、無害化的污水、垃圾處 理技術，是我國當前治理環境污染領域的一項重要任務。結合小城鎮的實際情況，確定走簡 易、高效率、低能耗的技術路線符合我國的國情。目前在高效率低能耗污水、垃圾處理技術 方面的研究已取得了不少進展，也開發出了一些經濟實用的污水、垃圾處理技術。 【實用新型內容】
[0008] 本實用新型為了解決上述現有的技術缺點，提供適用于農村及小城鎮，經濟、高 效、節能和簡便易行的城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統。
[0009] 為實現上述目的，本實用新型提供城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理 系統，包括依次連接設置的有機垃圾收集池、粉碎裝置、集水池、預處理池、調節加熱池、1C 厭氧反應器、厭氧池、I級好氧反應池、II級好氧反應池、沉淀池及膜處理設備，所述調節加 熱池還與一儲熱水箱連通設置，所述儲熱水箱還分別連接有熱水器及換熱器，所述熱水器 采用太陽能集熱器進行供熱，所述換熱器還連通設置有沼氣垃圾焚燒鍋爐，該沼氣垃圾焚 燒鍋爐通過換熱器對儲熱水箱進行供熱，所述1C厭氧反應器還連通設置有污泥池，該污泥 池連接有板式過濾裝置，該板式過濾裝置與沼氣垃圾焚燒鍋爐連通設置，所述板式過濾裝 置還連接有堆肥反應裝置，所述I級好氧反應池及II級好氧反應池均與曝氣裝置連通，所 述沉淀池及膜處理裝置均與厭氧池連通設置，所述1C厭氧反應器的沼氣出口連接有機械脫 水裝置，所述機械脫水裝置連接有沼氣低壓儲柜，所述沼氣低壓儲柜連接有壓力儲柜，所述 壓力儲柜連接有I級膜組，所述I級膜組連接有II級膜組，所述II級膜組連接有CH4儲柜，所 述I級膜組和II級膜組均連接有c〇2儲柜。
[0010] 本實用新型具有以下有益效果：
[0011] 1、經濟效益方面:采用本實用新型專利技術可日產沼氣1540m3,提純后日產高熱 量CH4100 2m3，按每立方米3.5元計，日產值3507元;本專利可產污泥29170kg，濃縮后(含水率 90 % )可得15110kg，按每噸260元計，日產值3926元；中水回用項目日產中水500噸，按每噸 0.8元，則每日中水產值400元。
[0012] 2、環境效益方面:餐廚垃圾的資源化處理不僅節約了能源，還減少了廢氣排放，當 沼氣全部用作燃料燃燒時，使用本工藝技術設備所產沼氣而節約的標煤量可通過下式計算
[0013]年節約標準煤量=(沼氣量X沼氣熱值X沼氣灶熱效率)/(標準煤的熱值X燃煤鍋爐 熱效應），每天處理餐廚垃圾的干物質（C0D)日產量為3000kg cT1，通過計算，每年可節約 7821標準煤。按每kg標準煤排放二氧化碳2.66kg，二氧化硫0.03kg計算，由于使用沼氣每年 的C02減排量為2080t、S02減排量為23t。
[0014] 3、社會效益：生活垃圾（餐廚垃圾）的能源化處理旨在保護環境，提高人們的生活 質量，同時實現生物質能的綜合利用，建設資源節約型社會，推動循環經濟的發展。它從源 頭杜絕困擾城市多年的"垃圾豬"和"地溝油"問題，提高食品的安全水平，有效地保護人們 身體健康。我國的農田種植面積約為20多億畝，每年需要數億噸化肥，長期使用化肥，使土 壤板結、環境退化、作物品質日趨低下。利用沼渣、沼液加工生產高效有機復合肥可以改良 土壤、提高作物品質。每年把國內產生的幾千萬噸的餐廚垃圾轉化為再生資源，就相當于節 約了一筆可觀的煤炭及石化資源，節能效益明顯，造福于子孫后代。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前 提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本實用新型結構框圖；
[0017] 圖2為本實用新型1C厭氧反應器結構示意圖；
[0018] 圖3為本實用新型1C厭氧反應器工作原理圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0020] 參見圖1所示，本實用新型提供城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系 統，包括依次連接設置的有機垃圾收集池1、粉碎裝置2、集水池3、預處理池4、調節加熱池6、 1C厭氧反應器12、厭氧池17、1級好氧反應池21、11級好氧反應池22、沉淀池24及膜處理設備 28,所述調節加熱池6還與一儲熱水箱8連通設置，所述儲熱水箱8還分別連接有熱水器5及 換熱器9,所述熱水器5采用太陽能集熱器7進行供熱，所述換熱器9還連通設置有沼氣垃圾 焚燒鍋爐16,該沼氣垃圾焚燒鍋爐16通過換熱器9對儲熱水箱8進行供熱，所述1C厭氧反應 器12還連通設置有污泥池15,該污泥池15連接有板式過濾裝置18,該板式過濾裝置18與沼 氣垃圾焚燒鍋爐16連通設置，所述板式過濾裝置18還連接有堆肥反應裝置19,所述I級好氧 反應池21及II級好氧反應池22均與曝氣裝置11連通，所述沉淀池24及膜處理裝置28均與厭 氧池17連通設置，所述1C厭氧反應器12的沼氣出口（即罐體頂部沼氣輸出管)連接有機械脫 水裝置13,所述機械脫水裝置13連接有沼氣低壓儲柜14,所述沼氣低壓儲柜14連接有壓力 儲柜20,所述壓力儲柜20連接有I級膜組23,所述I級膜組23連接有II級膜組25,所述II級膜 組25連接有CH4儲柜27,所述I級膜組23和II級膜組25均連接有C02儲柜26。
[0021] 參見圖2及圖3,所述1C厭氧反應器包括罐體100,所述罐體內由從下到上依次連接 的第一反應室101和第二反應室102組成，所述第一反應室101和第二反應室102之間設置有 射流曝氣攪拌器103,所述1C厭氧反應器底部設置有底部排泥管104,所述第一反應室101內 底部設置有進料管105和攪拌渦輪106,所述攪拌渦輪106設置在進料管105的上方，所述第 二反應室102內并排設置內循環回流管107和內循環升流管108,所述內循環回流管107和內 循環升流管108的上端均連通設置有一氣液分離器109,所述內循環回流管107和內循環升 流管108上還分別設置有三相分離器110,所述內循環回流管107和內循環升流管108上還均 設置有沼氣吸孔111，所述氣液分離器109上端還連通設置有罐體頂部沼氣輸出管112,所述 第二反應室102內還設置有中部排泥管113和上部排泥管114,所述中部排泥管113設置于射 流曝氣攪拌器103的上方，所述上部排泥管114與底部排泥管104連通，所述上部排泥管114 上方還設置有罐體回流管115,所述三相分離器110的上方設置有出水堰116,所述出水堰 116連接設置有混合液出口 117,所述混合液出口 117上方還設置有罐體側壁沼氣輸出管 118,所述罐體回流管115和罐體側壁沼氣輸出管118均與射流曝氣攪拌器103連通設置，所 述罐體100的頂蓋119上設置有保溫層120。所述進料管105與攪拌渦輪106連通設置，所述進 料管105還連接設置有一高壓反沖洗水口 121，從高壓反沖洗水口 121進入的水經渦輪攪拌 及射流曝氣攪拌器的作用下進入內循環升流管對1C厭氧反應器進行反沖洗。所述第二反應 室內在出水堰上方設置有壓力傳感器125,所述出水堰和三相分離器之間還分別設置有PH 值傳感器122、溫度傳感器123及流量傳感器124,所述壓力傳感器125、PH值傳感器、溫度傳 感器及流量傳感器均與一 PLC控制器電連接，由PLC控制器126將數據上傳到物聯網數據中 心 127。
[0022] 1C厭氧反應器的工作原理是，垃圾污水經過傳感器、閘閥128、傳輸栗129及電動閥 130的作用下由進料管進入渦輪攪拌完成進料過程，流量傳感器計量、傳輸進水量數據，同 時如傳輸栗工作時，流量傳感器檢測進水約為零，系統判斷進料管堵塞;此時高壓反沖裝置 開始工作，沖洗水經過高壓反沖洗水口由電動閥進入進料管，用高壓水流沖擊出料口并帶 動渦輪攪拌，直至疏通，反沖洗結束;進入的垃圾、污水混合液，在適宜的攪拌作用下與反應 器底部區顆粒污泥充分接觸、傳質，發生生化作用，產生大量沼氣，形成氣水，氣水利用密度 差進入內循環升流管，直達反應器頂部氣液分離器，第二反應室上端的回流液經過罐體回 流管重流回第一反應室并通過射流曝氣攪拌器再次與底部高濃度顆粒污泥混合進行生化 反應;第二反應室上端的沼氣主要從罐體頂部沼氣輸出管排出回收，其它未能回收的沼氣 通過罐體側壁沼氣輸出管重新回到射流曝氣攪拌器內進行氣水內循環;射流曝氣攪拌器兼 具回流、氣水攪拌、提高內循環升流速度和系統傳質速度、生化反應速度等多重作用，是一 個創新點。1C厭氧反應器內產生的污泥均由上部排泥管、中部排泥管及底部排泥管排出，其 中上部、中部排泥管與底部排泥管為連通設置，通過自控PLC分段操作。本案1C反應器是全 自動運行，設有流量，PH值，溫度、壓力傳感器，可通過物聯網遠程控制。
[0023] 本實用新型專利的工作原理是:小城鎮的污水(不含重金屬污染物)匯集到本系統 中帶格柵井的集水池，有機垃圾先匯集到有機垃圾收集池，然后經過粉碎裝置粉粹后與集 水池中的污水混合并進入預處理池（即水解酸化池)進行水解、酸化預處理，化學需氧量C0D 為6700mg/L的混合液進入1C厭氧反應器處理，1C反應器出水，除一部分沼液用于制造液肥， 其余排入下一道好氧處理工藝設施;經有機物去除率達90 %的I級好氧反應池處理后的出 水，再經過"A0"二級好氧膜反應器深度處理，最終出水達標排放;這一過程中，通過系統的 資源化利用技術產生的沼氣，利用膜技術提純工藝純化為CH4,用沼氣焚燒垃圾輔之太陽能 熱水器的加熱方式為系統的中溫厭氧反應供熱、保溫，從而實現垃圾處理的資源化循環利 用并有效地降低了系統的運行成本;系統的副產品一污泥在污泥池經板式過濾裝置壓濾脫 水后再通過堆肥反應裝置轉化成沼肥;經過這一循環過程，系統將污水和垃圾轉化成CH4和 中水、沼肥，從而實現了廢棄物的資源化利用，一方面實現了當地自然界的能量再平衡，另 一方面又修復了小城鎮脆弱的生態系統，初步實現節能減排、保護環境、綠色發展的戰略目 標。
[0024] 小城鎮污水一般由生活污水、城鎮綜合(包含一般工業)污水、餐飲服務業污水及 食品工業污水組成。
[0025] 1、生活污水:主要是居民日常生活污水，人均排放量100_350L/d，污水水質特性見 表1 ·人均 C0D 發生量30-50g/人· d，C0D200-700mg/L [0026]部分中小城鎮的污水水質特性(mg/L)如表1
[0029] (2)綜合污水(包含一般工業）人均排水量200-500L/人· d，C0D發生量30-150g/ 人· d，C0D濃度75-600mg/L。根據50個運行中城市污水處理廠的資料統計:污水處理廠進水 的 COD、B0D 分別為 128-1313mg/L 和 53-509mg/L ·
[0030] (3)餐飲和食品工業污水餐廚污水人均排放80-150L/d，C0D1426-7000mg/L。
[0031] 取自某食堂的餐飲廢水（中午13.00時取水)如表2
[0033] 食品制造污水如:表3

[0036] (4)有機垃圾有機垃圾是指村鎮生活垃圾中可生化降解的部分，其主要成分是:餐 廚垃圾（占總量的50%以上）；村鎮居民的食品垃圾;食品加工企業的生產廢棄物;農作物秸 桿、根莖、蔓葉;公共場所、旅游景點的植物凋零物;養殖業排泄物;污水廠污泥等。
[0037] 餐廚垃圾是居民在生活消費過程中形成的有機固、液廢物，包括城鎮菜場垃圾、餐 館飲食業垃圾、家庭廚房和餐桌垃圾、各種瓜果皮等。餐廚垃圾主要包括主食殘余、蔬菜、動 植物油、肉骨等;化學組成有淀粉、纖維素、蛋白質、脂類和無機鹽;還有氮、磷、鉀、鈣以及各 種微量元素。隨著人們生活水平的提高，餐廚垃圾的產生量猛增。清華大學環境系固體廢物 污染控制及資源化研究所的統計數據表明，我國城市每年產生餐廚垃圾不低于6 000萬t。 餐廚垃圾的主要特點是水分含量高、有機物含量豐富、易腐爛，滲濾水會污染水體、大氣，影 響城市市容和人居環境。隨著餐廚垃圾數量的不斷增長，它對環境的影響還在積累，各種潛 在的風險對人類正在形成威脅。但若對其采用適當的處理方法，餐廚垃圾也可變廢為寶，化 害為利。
[0038] 有關研究表明：餐廚垃圾含水率在72.30%~78.87 %之間，平均值為74.94%，相 應的固形物含量平均值為25.06% ;揮發性固體含量在19.46 %~26.12 %之間，平均值為 22.93%〇
[0039] 2、村鎮污水、垃圾一體化循環處理方案的工藝技術和設備的設計能力指標
[0040] (1)處理有機固、液垃圾折合C0D為3000kg/d;垃圾日處理量30t;
[0041 ] (2)處理污水500噸/d，污水水質：進水濃度COD: 6700mg/L(其中綜合污水⑶D : 700mg/L;有機垃圾 COD: 6000mg/L)
[0042] (3)產生沼氣 1500m3/d
[0043] (4)系統出水水質
[0044] C0D〈80mg/L; B0D〈20mg/L; SS〈20mg/L; ΤΡ〈0 · 5mg/L; TN〈 15mg/L;處理水質達到國家 一級標準B標準。
[0045] 標準的分級和處理工藝與受納水體功能的對應關系如下表4
[0046]
[0047]本實用新型中集水池根據現場勘探數據確定結構尺寸。池容200m3,應根據當地污 水收集渠道管網情況，考慮雨水和季節性變化因素，給予抗沖擊負荷的修正量，修正系數為 k = 1.5-3。池體材料可選混凝土，玻璃鋼或鋼材。進口處裝格柵井，過濾入池污水，清除不利 預處理池的過粗污物。出水口在池體下部，通過重力作用或栗輸送污水，但要考慮防堵塞措 施。除臭和集水池對周圍環境的影響也應考慮，應設計消解措施。集水池輸水栗的功率為 3kw〇
[0048] 生活垃圾包括有機垃圾和無機垃圾，有機垃圾收集池對進入的垃圾進行初步分 揀。可焚燒固體垃圾轉往沼氣垃圾焚燒爐進行裂解氣化焚燒，固液有機垃圾進行粉碎處理。 粉碎裝置由專業廠商提供選型資料再結合現場情況選擇。本專利要求，經過粉碎裝置的垃 圾要達到粒徑1mm以下，以使垃圾顆粒比表積較大，以利于后續厭氧接觸水解消化。粉碎的 有機垃圾通過粉碎輸送栗送入集水池與污水充分混合形成高濃度污水混合液，進行水解酸 化反應，再進入厭氧水解酸化池預處理，通過微生物的水解酸化反應，將大分子、難溶解有 機物轉化成小分子、易生化反應的均勻混合液和微細顆粒固形物。粉碎裝置的功率是3kw。
[0049] 水解酸化池作為預處理工藝的關鍵設備，對后續工藝具有重要的原料準備和配置 作用，是影響后續沼氣產率的因素之一。通過水解、酸化反應，污水的可生化性有了改善和 提高，有機物得到了一定的降解，混合液的pH值可按設計值調整，沖擊負荷的波幅得到削 減，混合液濃度趨于均勻。水解酸化池的材質為玻璃鋼，池容為80m3,池中設3個攪拌器并設 取樣點，以監測料液的pH、VFS濃度、溫度等理化指標。輸送栗和攪拌器的功率設計為5kw。
[0050] 調節加熱池一是用于調節1C厭氧反應器進水濃度、流量、PH值，再就是調節進水的 溫度。池內設有熱交換水管對進水進行熱交換使供水達到規定的溫度。池內還設有過濾裝 置已保證出水沒有超規格的固體進入1C厭氧反應器引起管路堵塞。調節加熱池進水栗的設 計功率為5.5kw。
[0051] 1C厭氧反應器的構造特點是具有很大的高徑比，高徑比一般可達4~8,反應器的 高度可達16~25m。所以在外形上看，1C厭氧反應器實際上是個厭氧生化反應塔。進水通過 栗由反應器底部進入第一反應室，與該室內的厭氧顆粒污泥均勻混合。廢水中所含的大部 分有機物在這里被轉化成沼氣，所產生的沼氣被第一反應室的集氣罩收集，沼氣將沿著提 升管上升。沼氣上升的同時，把第一反應室的混合液提升至設在反應器頂部的氣液分離器， 被分離出的沼氣由氣液分離器頂部的沼氣排出管排走。分離出的泥水混合液將沿著回流管 回到第一反應室的底部，并與底部的顆粒污泥和進水充分混合，實現第一反應室混合液的 內部循環。內循環的結果是，第一反應室不僅有很高的生物量、很長的污泥齡，并具有很大 的升流速度，使該室內的顆粒污泥完全達到流化狀態，有很高的傳質速率，使生化反應速率 提高，從而大大提高第一反應室的去除有機物能力。經過第一反應室處理過的廢水，會自動 地進入第二反應室繼續處理。廢水中的剩余有機物可被第二反應室內的厭氧顆粒污泥進一 步降解，使廢水得到更好的凈化，提高出水水質。第二反應室產生的沼氣由第二反應室的集 氣罩收集，通過集氣管進入氣液分離器。第二反應室的泥水混合液進入沉淀區進行固液分 離，處理過的上清液由出水管排走，沉淀下來的污泥可自動返回第二反應室。這樣，廢水就 完成了在1C反應器內處理的全過程。
[0052] 綜上所述可以看出，1C反應器實際上是由兩個上下重疊的UASB反應器(UASB是Up- flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket) 的英文縮寫。名叫上流式厭氧污泥床反應器） 串聯 組成的。由下面第一個UASB反應器產生的沼氣作為提升的內動力，使升流管與回流管的混 合液產生密度差，實現下部混合液的內循環，使廢水獲得強化預處理。上面的第二個UASB反 應器對廢水繼續進行后處理(或稱精處理），使出水達到預期的處理要求。
[0053] 1C厭氧反應器的進料量Q為500m3/d，反應溫度T為35°C，混合液PH值為7，進水化學 需氧量C0D為6500mg/L，進水懸浮物SS為2000mg/L，出水化學需氧量⑶D為900mg/L，出水懸 浮物SS為400mg/L，所述第一反應室去除總C0D的q^80%，第二反應室去除總C0D的q2為 20% ;所述第一反應室容積負荷率Nn為15-25kg/m3 · d，所述第二反應室容積負荷率NV2為 5-10kg/m3 · d;當NvlS22kg/m3 · d，NV2為8kg/m3 · d，第一反應室的有效容積為Vi = QX (CODo-CODe) · qJ(NvlX 1000) = 102m3,所述第二反應室的有效容積為￥2 = 0父（(：〇〇0- C0De) · q2/(NV2 X 1000) =70 · lm3，V2取70m3;所述 1C厭氧反應器的總容積V為:Vi+V2 = 172m3; 所述1C厭氧反應器的高度Η為13m，所述1C厭氧反應器的面積為A = V/H=13.2m2,所述1C厭 氧反應器的直徑D = 2(AAi)1/2 = 4.069m;所述1C厭氧反應器的裕量系數k=1.2,則1C厭氧反 應器的實際總容積V ' = VX1.2 = 206m3，所述IC厭氧反應器的總容積負荷~=〇\((：000- C0De)/V=13.6kg/m3 · d。
[0054] 1C厭氧反應器的面積A' =V'/H = 206/13 = 15.8m2,所述第一反應室有效高度
，所述第二反應室有效高度
，所述第一反應室內水力停 留時間
所述第二反應室內液體上升流速V2 ' = ( Q/24) /A ' = ( 500/24) / 16 = 1.3m/h，所述第一反應室內液體推薦流速Vi ' = 10-20m/h，所述第一反應室所產生的沼 氣量為0?濟=0(〇?〇-〇)0(3)\去除率\0.44 = 985.61113，所述邙0去除率為80%，所述第一反 應室回流廢水量為986m3/d-1971m3/d，即41m3/h-82m 3/h，所述1C厭氧反應器的進水量為 20.8m3/h，因此第一反應室中總的上升水量為62m3/h-103m3/h，第一反應室中總的上升污水 流速達到了 3.9m3/h-6.4m3/h;設沼氣、混合液回流系數R=l，則(沼氣、）混合液回流量Q回=Q X R = 500 X 1 = 500m3/d;通過回流，所述第一反應室內液體上升流速Vi ' = 7.8m-l 5m/h，所述 第二反應室內液體上升流速V2 ' = 2.6m/h;所述第一反應室的氣液水流速度為2m/s時，則管 14x3600) ]V2 = 0.135m，所述第一反應室內的液體回流管中當水流速 度為 1 · 2m/s 時，則液體回流管的管徑 D?= [ (103x4)/( 1 · 2x3 · 14x3600) ]1/2 = 0 · 174m。
[0055] 每立方米沼氣上升時攜帶l_2m3左右的廢水上升至1C厭氧反應器的頂部，在頂部 經過氣液分離器氣液分離后，廢水從內循環回流管回流至反應器底部，與進水充分混合。由 于產氣量為986m3/h，則回流廢水量為986m3/d-1971m3/d，即41m 3/h-82m3/h，加上1C反應器的 進水量20.8m3/h，則在第一反應室中總的上升水量達到了 62m3/h-l 03m3/h，上升污水流速達 到了 3.9m3/h_6.4m3/h。
[0056] 由于1C厭氧反應器第一反應室升流速度的推薦值范圍為10_20m3/h，所以可在第 二反應室出口段設回流管向第一反應室進水口返回濃度為CODe處理液。
[0057] 取R= 1，則回流量為Q回=Q X R = 500 X 1 = 500m3/d，增加回流液返回工藝后，使回 流液中含有一定量的未處理干凈的有用的生物質以及未沉淀的絮狀污泥和微生物膠體，從 而既提高系統內混合液升流速度，保證底物充分地進行接觸反應，又使系統保持高污泥濃 度并使系統的處理能力進一步提高，通過這一反饋作用還改善了系統的運行條件使RST與 HRT分離，使系統結構更加緊湊。通過回流，第二反應器的液體上升速度V2 ' = 2.6m/h，第一 反應器的內循環裝置液體升速VI'為5.2-7.7m/h。通過射流曝氣攪拌器回流反應器頂部沼 氣，可使升流管流速進一步提高，本案R值通過回流裝置可調，R=l-3,可根據實際效果反饋 調整。
[0058] 1C厭氧反應器進水輸出栗的功率參數
[0059] 進水流量 Qa=500m3/d = 20.8m3/h
[0060] 回流水流量 Q@=500-100m3/h = 20.8-41.6m3/h，取最大值 Q回=41.6m3/h
[0061] Q^=(Q進+Q回)Κ Κ = 1·3(安全系數）
[0062] =81m3/h 取Q^=80m3/h
[0063] 厭氧反應器的進水壓力為Ρη(ι? · H2O)，H= 13m、則P= 1 · 3ba = 0.13MPa
[0064] 選單級離心栗CIS80-65-125,栗流量80m3/h，轉速2900r/min，揚程20m，電機功率 8.5kw.
[0065] 1C型UASB允許上升流速(平均流量)表5
[0068]從設計運行考慮：高度會影響上升流速，高流速增加系統攪動和污泥與進水之間 的接觸，但流速過高會引起污泥流失。為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限 值，從而使反應器高度受到限制，高度與C02溶解度有關，反應器越高，溶解的C02濃度越高， 因此PH值越低。如PH值低于最優值會危害系統的效率。
[0069]單元1C反應器的系列化和標準化
[0070]小城鎮污水和垃圾的總量各有不同，有機垃圾的來源和成分也有地域特點、差異， 自身的生態環境消納能力也各有不同。從經濟實力及所推行的環保政策、措施來看，各個小 城鎮的污水和垃圾處理工程既有差異化，又有一定程度的共同之處。針對不同小城鎮治污 工程中的共同點，可進行工程技術的規范化、工藝流程的模式化、工藝設備的標準化、系列 化和模塊化。因此，可以開發一種基本型工藝流程和工藝參數，使相關工藝設備標準化、模 塊化，進而針對不同小城鎮推出規范化、系列化的工程技術和工藝裝備。本1C厭氧反應器的 設計方案也遵循了這一標準化工作的基本原則。
[0071 ]進水分配系統設計要點
[0072]進水系統的合理設計對1C厭氧反應器至關重要。進水系統兼有配水和水力攪拌功 能，設計將遵循以下原則：1.確保單位面積的進水量基本相同，以防止短路等現象;2.盡可 能滿足水力攪拌需要，保證進水有機物與污泥迅速混合;3.容易觀察到進水管堵塞;4.當堵 塞發生后，很容易被清除。
[0073]采用連續進水方式(一管一孔）
[0074] 取5個布水點，每個進水口負荷2.5m2
[0075] 布水口帶有受進水水頭壓力驅動的渦輪，內循環回水管出水口混合液也在渦輪盤 與進水匯合，渦輪旋轉攪拌進水與污泥混合，并在局部產生上升旋流并引起紊流和喘流
[0076] 回流管也在第一反應器下部沿1C罐壁均勻布置4個射流曝氣栗，利用栗抽取1C頂 部氣體及回流管射流噴口的射流、曝氣作用，通過流體動能和氣體的升力，共同攪拌第一 反應器內的混合液，從而提高反應器的傳質速度和生化效力。
[0077] 每一布水分管路均設計配裝流量計或流量傳感元件，以及時獲取布水口是否堵塞 的信息
[0078]每個布水口裝高壓水反沖洗裝置
[0079]布水分管路的垂直管路直徑設計應使其過流速度小于0.2-0.3m · S^1
[0080]表 6
[0082] 注:表中DS是溶解性固體。
[0083]當需將污水進行加熱時，則將500噸污水加熱溫度15°C所需熱量為0^=500 X 103\15\〇 = 500000\15\4.187 = 31，402,500111，其中(：為水的比熱，〇 = 4.1871〇/1^.°(：;所 述太陽能集熱器中的集熱板面積計算值A為Cfe/13.7 X 0.52 = 4234m2，若太陽能集熱板為 30°傾角布置，則功率系數k3Q = 0.84，因此實際太陽能集熱板面積A3Q=A X 0.84 = 3557m2，所 述太陽能集熱板每塊的采光面積為2m2,則太陽能集熱板所需數量為A3Q/2 = 3557/2 = 1779 塊;所述儲熱水箱的容積Vw=太陽板集熱量/(85-35) °C = 150m3，其中儲熱水箱低溫為35 °C，高溫為85°C，則儲熱水箱的總容積不小于150m3。
[0084] 1C厭氧反應器的生化反應工作溫度為30-35Γ。以我國南方地區氣象條件考慮，一 般冬季污水平均溫度在12-18Γ，平均氣溫常年可達25°左右，每年除冬季外，污水溫度均可 在22°C以上。以武漢漢南為例，漢南地區夏季平均氣溫28-36Γ，冬季平均氣溫為4-12Γ。因 此，要使厭氧反應器正常平穩地工作，必須設計厭氧反應系統的加熱保溫工藝，提供系統加 熱設備。
[0085] 考慮生態影響、節能要求以及降低系統的運行費用，本案走資源循環利用的技術 路徑，踐行綠色環保的理念，設計提出利用太陽能熱水器作為加熱熱源的技術構想。
[0086] 本專利以湖北地區為例
[0087] 湖北省是我國太陽能資源量的第四類地區，年太陽能輻照總量4200-5000MJ/m2， 相當于日輻射量3.2-3.8kwh/m2取日輻射量為3.5kwh/m2，太陽輻射吸收率彡93%，發射率彡 6 %，集熱器效率彡53 %本專利設計被加熱介質的容量為Q = 500m3/d，設冬季需將污水加熱 的溫度增量為15°C，則將Q = 500噸水加熱提溫15°C所需熱量為：Q^=500 X 103 X 15 XC = 500000 X 15X4.187 = 31，402,500(MJ)(C為水的比熱，C = 4.187KJ/kg · °C)A = Q^/13.7X 0.52 = 4234(m2)，即太陽能集熱板面積計算值，將太陽能集熱板按30°傾角布置，則功率系 數k3Q = 0.84,實際太陽能板面積A3Q=AX0.84 = 3557(m2)，太陽能集熱板(器)類型選平板集 熱器YAS0L-PM-111114，采光面積2m2，則太陽能集熱板數量為
，太陽能 熱水器選型可選集中集熱一集中儲熱、輔熱或太陽能熱水系統
[0088]該系統是指太陽能集熱器、儲熱箱、輔熱設備全部集成化、統一安裝的儲熱器。
[0089]太陽能集熱器儲熱水箱的容積
[0090] 設儲熱水箱低溫35°C，高溫85°C，則:Vw= 150m3即儲熱水箱的總容積不小于150m3。 [0091]沼氣垃圾焚燒鍋爐中垃圾產生的熱量通過換熱器補充給儲熱水箱，可燃燒垃圾中 所含熱值為2100-3200大卡/kg，若每公斤垃圾含熱量2600大卡/kg = 2600 X 4.187KJ，換熱 器熱交換效率為60%，則需燃燒的垃圾量為
：若燃燒沼氣所產生的 熱值為19344KJ/kg，取燃氣熱交換器效率為0.80,則完全用沼氣補熱所需的沼氣量為： ^ + 8=203?'/d。當遇到陰雨天氣時，需要對太陽能熱水器的儲熱箱補充熱量。可 用沼氣焚燒爐焚燒垃圾產生的熱量通過熱交換供給儲熱水箱。可燃燒垃圾，所含熱值為 2100-3200大卡/kg，取每公斤垃圾含熱量2600大卡/kg = 2600X4.187KJ，換熱器熱交換效 率60 %
[0092] 需燃燒的垃圾量：
，燃燒沼氣所產生的熱值為li)344Kl/k3. 取燃氣熱交換器效率為0.80，則完仝用沼氣補熱所需的沼氣量為：
^用沼氣焚燒爐焚燒垃圾所產生的熱量補熱，只需沼氣作助燃劑，則沼氣 需量700m3/d，垃圾需要量4808-1246 = 3567kg。
[0093]我國各地小城鎮的資源條件、經濟實力、技術和管理水平以及自然條件差別很大， 因此對可再生能源的開發利用能力也參差不齊，也要按自身的優勢，因地制宜，按價值規 律、市場機制配置資源，選擇較經濟的能源配置模式。
[0094]就本專利而言，如以太陽能作主要能源將大大增加系統的工程設備投資并占據較 多的土地資源。因此，有必要優化能源結構，使太陽能熱水器和沼氣-垃圾焚燒所生熱源各 占一半，使這兩種設備的組合達到較經濟和高效的匹配，使各設備的投資組合得到優化。按 照這一模式，則有：
[0095]⑴太陽能集熱板總面積1800m2,需太陽能集熱板需要量為900塊；
[0096]⑵沼氣-垃圾焚燒，每天需要沼氣量350m3/d，可燃燒垃圾需要量1800kg/d;
[0097] ⑶儲熱箱(罐)容積為70m3
[0098] 如果當地可焚燒垃圾量較大，供應較穩定，還可以進一步提高焚燒垃圾供熱在能 源結構中的比例，對資金較困難的地方，太陽能熱水器供熱可做輔助性能源，這樣可減少工 程投資。
[0099] 有機垃圾(有機固體廢棄物）的主要部分是餐廚垃圾，成分是淀粉、蛋白質、脂肪、 碳水化合物，還有氮、磷、鉀、鈣以及各種微量元素，游離態脂肪(干態:20-30%)等，比重大， 含水率高(65-95 % )。餐飲垃圾的近似分子式為C32H5QO16，產氣量(沼氣）與其有機物含量和 發酵過程直接相關。
[0100] C32H50O16+11.5H20^18.25CH4+13.75C02
[0101] 在標準狀態下，1kg的餐廚垃圾完全發酵后，甲烷的理論產率為0.41m3/kg，二氧化 碳為0.31m3/kg，若按硫化氫、氮氣和一氧化碳等氣體的含量為5%計算，則餐廚垃圾的產沼 氣量為 〇.76m3/kg。
[0102] 餐廚垃圾C、H、0元素百分比（％)如表7
[0104] 影響1C厭氧反應器沼氣產量的因素很多：原材料的成分，工藝流程和工藝參數，1C 反應器的結構、操作方法、反應溫度和時間、混合液的各種理化指標等等，因此，lkgCOD有機 質的沼氣產量在〇. 20-0.76m3/kg。本專利的沼氣設計產量為lkgCOD物質產沼氣0.55m3/h，BP 以500m3/d污水，C0D:6500mg/L，降解率85%計，系統沼氣產量[Q · (So-Se)] · 0.55 = 1540 (m3/d)
[0105] 沼氣作為清潔能源，是小城鎮居民喜愛的生活燃料。高效利用沼氣提高沼氣的使 用價值和經濟價值的途徑是提純沼氣。沼氣提純凈化的內容是:脫去沼氣中的冷凝水，硫化 氫和二氧化碳等雜質，使沼氣的質量達到高燃燒值(8500大卡/kg)的使用要求。傳統的沼氣 提純方法有低溫深冷分離法(利用各組分的冰點不同的分離技術），變壓吸附PSA法(利用組 分在不同壓力下對固體吸附材料的吸附特性差異的分離技術)等工藝方法，但都只適合大 規模的工業化場合。顯然對小城鎮小規模、低成本的沼氣提純不合適。
[0106] 沼氣在壓力驅動下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力的不同，以 及在膜內溶解、擴散上的差異，即滲透速率差來進行分離。與傳統分離方法相比，膜分離法 是新一代低投入、低耗能、低成本的氣體分離技術，有分離效率高、體積小、能耗低、操作維 修便捷等優點。在分離c〇2/ch4的領域中，主要有以下三方面的應用:①石油采集中c〇 2的分 離和回收;②生物氣體中甲烷的回收;③天然氣中〇)2和出〇等地去除。膜技術可將甲烷提純 到95%以上。
[0107] 本專利中提出采用中國科技學院大連化學物理研究所研制的c〇2/ch4高性能氟化 聚酰亞胺中空纖維氣體分離膜及工藝設備。
[0108] I級膜處理裝置和II級膜組結構為中空纖維式膜，其制作方法為將幾萬至幾十萬 根中空纖維膜裝入圓筒形耐壓容器內，纖維束的開口端用環氧樹脂澆鑄成管板;所述中空 纖維式膜采用聚酰亞胺制作而成，所述中空纖維式膜的滲透率為
J為滲透速度 cm3/cm2 · S · cm Hg，其中Sm為膜表面積cm2，AP為壓力差cmHg，q為氣體通過量cm3,當沼氣 成分為35 %⑶2及60 %CH4，壓力差為0.6Mpa時；中空纖維式膜在工作時，進氣1.5MPa，溫度 40°C，I級膜處理裝置分離效率n>50%，產生的甲烷氣體的純度為85 %，單支膜滲余氣流量 不小于3L/S，則所需膜面積為：
[0109] Sm(m2) = q(m3/h)/Jco2(cm3/cm2 · S · cm Hg)XAP(cm Hg)
[0110] =18. lm2
[0111] 若C02/CH4分離膜長度為1 .2m，每根膜面積A = 894.9mm2,則需要膜束根數
[0112] 所述I級膜處理裝置進氣壓力1 · 5MPa，出氣口壓力1 · 2MPa，滲透膜壓降ΛΡ = 0· 3Mpa;所述II級膜組進氣口壓力1 · 2MPa，出氣口壓力0·8MPa，CH4儲柜氣體壓力0·8MPa，CH4 成分大于95 %，
[0113] 膜組件的選擇:選取中空纖維式膜組件。中空纖維膜組件的結構特點是：將大量 (幾萬-幾十萬根）中空纖維膜，裝入圓筒形耐壓容器內，纖維束的開口端用環氧樹脂澆鑄成 管板，中空纖維膜是一種極細的空心膜管，其本身不需要支撐材料即可耐受很高的壓力。纖 維的外徑很細，約〇. 2-0.4mm，內徑為0.1-0.2mm，具有在高壓下不產生變形的強度。本專利 所用的中空纖維材料為聚酰亞胺，壽命可達6年。
[0114] C02-CH4分離膜聚酰亞胺的工作參數如表8

[0118] 式中：Sm膜表面積cm2，AP壓力差cmHg，q氣體通過量cm3
[0119] 本專利中沼氣成分設為:35 % C02，60 % CH4，壓力差為0.6MPa。
[0120]膜組件工作條件下，進氣1.5MPa，溫度40°C，分離效率一級膜設計n>50 %，產生的 甲烷氣體85 %的純度。單支膜滲余氣流量不小于3L/S，則所需膜面積為：
[0121] Sm(m2) = q(m3/h)/Jco2(cm3/cm2 · S · cm Hg)XAP(cm Hg)
[0122] =18. lm2
[0123] 則C02/CH4分離膜長度1.2m，每根膜面積A = 894.9mm2
[0125] 考慮綜合評估安全系數，取2.3萬根中空纖維膜絲制成膜分離器芯件。
[0126] 每只膜組件的氣體流量為15m3/h，本專利工藝流程為二級膜分離，如日處理沼氣 量1500m3,則每一級膜組件為并聯5個膜組件，共10個膜組件。具體膜組件工作參數：1級膜 處理裝置進氣壓力1 · 5MPa，出氣口壓力1 · 2MPa，滲透膜壓降ΛΡ = 0 · 3Mpa。II級膜組進氣口 壓力1 · 2MPa，出氣口壓力0 · 8MPa，甲烷儲氣罐氣體壓力0 · 8MPa，CH4成分大于95 %。
[0127] 由于厭氧消化過程微生物的不斷增長，或進水不可降解懸浮固體的積累，必須在 污泥區定期排除剩余污泥。本案在1C厭氧反應器上設計上、中、下三處排污污點。設置在污 泥床區池底的排泥設備，由于污泥的流動性差，必須考慮排泥均勻，在底部罐體周邊均勻設 置4處排泥點，排泥管直徑200_。中部，在反應器1/2高度處，設置1處排泥口，管徑為100mm; 上部，在三相分離器下0.5m處的罐體上，設置1處排泥口，管徑為100mm。在罐體全高上設置 6個取樣管，可以方便的取得反應器內的污泥樣，隨時掌握污泥在高度方向的濃度分布情 況，以計算反應器污泥總量，確定是否需要排泥。研究表明，餐廚垃圾含水率在72.3%- 78.87 %之間，平均值為75 %，相應的固形物含量為25.06 %，揮發性固體含量在19.43 % - 26.12%，平均值為 22.93%。
[0128] 本專利處理有機垃圾折算成⑶D的能力是3000kg，如以餐廚垃圾折算，即可處理 3000/25% = 12000(kg),
[0129] 干物質減量比計算表如表9
[0131] 沼渣沼液產量估算
[0132] -般情況下沼渣含水率為93%，沼液含水率為97%。厭氧階段污泥理論產率=沼 渣/日+沼液/日
[0133] 沼渣沼液產量計算表(kg/d如表10
[0134]
[0135] 則厭氧階段污泥日產量為3734+25436 = 29170(kg)
[0136] ⑶、本專利設計污泥池(污泥收集池)一座。
[0137] 利用板式過濾裝置(板式污泥壓濾機)對污泥進行脫水處理，經過脫水處理的污泥 含水率為90%左右，可得污泥15110kg/d。經過壓濾處理后的污泥再經過堆肥反應裝置實現 了垃圾資源化、減量化、無害化的循環轉變，含有對農業非常有用的N、P、K和其他微量元素 以及活性微生物基質，既可直接用作農業有機肥料，還可深化處理制作成特殊的生化肥料、 飼料等。同時污泥還可焚燒，其所含的能源可利用為本專利1C厭氧反應器的加熱保溫系統 的補充熱能。這一環節用電功率為3kw。
[0138] 好氧反應處理段：
[0139] 厭氧反硝化與脫磷池:該池是A-Ο除氮脫磷聯合工藝的前段組合設備，為厭氧池， 經1C厭氧反應段處理后的污水進入后，有機物濃度經好氧段回流水和硝化液稀釋后，濃度 降為Sa，污水在厭氧腸菌作用下，主要進行反硝化降解;原污水中的有機物為碳源，回流液 中硝酸鹽的氧作為受電體，將硝態氮還原為氣態氮具有明顯的脫氮功能，同時回流水中的 污泥所帶聚磷菌，利用污水中的營養物質和碳源進行自養代謝活動、細胞質合成、釋磷。該 池在結構上與好氧反應器構成一個整體，池容為30m3.
[0140] 好氧一體化膜反應器
[0141] (1)生化接觸氧化濾床反應池接觸氧化池采用二級串聯使用，即I級好氧反應池 和II級好氧反應池，分別為I級好氧反應池接觸、II級好氧反應池接觸氧化。池內采用推流 式和完全混合相結合的流態，各池內均設置有專用填料和高效曝氣裝置，濾料在氣流、水流 作用下形成流化濾床。第一段為高負荷段，污水中的大部分有機物[被降解和轉化，具有較 強的抗沖擊負荷能力;第二段為低負荷段，進一步對水中有機物進行降解，一方面繼續對有 機物深度降解，但主要作用是好氧硝化脫氮和降磷。
[0142] (2)沉淀池好氧池的出水含有一定濃度的溶解氧，直接回流厭氧除氮脫磷池，會 影響該處的反應條件，故在此略做停留以釋放余氧。出水口設在池體上部，回流口設在池體 下部。
[0143] (3)CFM膜微濾對前級已達到國家二級排放標準的處理水進行深度超微膜濾處 理。使難降解有機物、大分子有機物、微生物、細菌、病毒得到有效濾除并截留出水中的污 泥、絮凝物、膠體等使之返回到前段使系統保持較高的污泥濃度和容積負荷率，從而使處理 水水質達到國家一級排放標準，實現水資源的再利用，達致一定的經濟效益。
[0144] 一體化膜法反應器(包括一級膜處理裝置和二級膜處理裝置)的設計計算
[0145] 所述I級膜處理裝置和II級膜組中污泥返回系數R = S〇-Sa/Sa-Se，其中R = 3，Sa =(So+RSe)/( 1+3) = 240mg/L;濾床濾料總容積V = QR · Sa/Nw式中Nw為容積負荷，V為濾料 容積，Nw 取值= 5kg/m3，V = 2000X0.240/5 = 96m3,實際取 V=100m3、濾料高度 H=2.6m、濾床 寬度B = 2.2m;污水接觸氧化生化處理時間t = 0.33 XP/75XSaQ'46XLn · Sa/Se，取濾料容 積率P為75%，其中I級膜處理裝置反應時間11，取Sai = (So+R Se)/(1+R) = 240mg/L，Sei = 64mg/L，ti = 0 · 33 X 240°·46 X Ln240/64 = 5 · 2h，二級反應時間 t2 = 0 · 33 X 64°·46 X Ln64/20 = 2.6h，生化反應時間SRT = 5.2+2.6 = 7.8h，水力負荷時間HRT = 24V/[Q(1+R)] = 1.2h，校核 系統容積負荷Nv = Q(l+R)Sa/V，Nv = 4800(g/m3 · d)<5000(g/m3 · d);所述濾床總面積A = V/H= 100/2 · 6 = 38m2，其中 Η 為濾床高度，則實際水力負荷 Nq = Q( 1+R)/A = 2000/38 = 53m3/ m2 · d，所述實際水力負荷選取值為10-30m3/m2 · d時，所述濾床總面積A為2000/10至2000/ 30,即濾床總面積為67-200m2。
[0146] -、設計參數
[0147] ⑴.計算污泥返回系數R
[0148] R = S〇-Sa/Sa-Se R = 3
[0149] Sa = (So+RSe )/(1+3)= 240mg/L
[0150] ⑵·濾床濾料總容積V
[0151] V = QR · Sa/Nw式中Nw為容積負荷，V為濾料容積
[0152] Nw 取值= 5kg/m3
[0153] V = 2000X0.240/5 = 96m3 實際取V=100m3、濾料高度H=2.6m、濾床寬度B = 2.2m [0?54]二、性能計算與校核
[0155] ⑴.污水接觸氧化生化處理時間t
[0156] 七=0.33\?/75\5&°.46\1^.5&/^取濾料容積率？為75%
[0157] -級反應時間ti 取Sai=(So+R Se)/(1+R) = 240mg/L
[0158] Sei = 64mg/L
[0159] ti = 0.33X240°'46XLn240/64 = 5.2(h)
[0160] 二級反應時間t2 t2 = 0.33X64°.46XLn64/20 = 2.6(h)
[0161] 生化反應時間 SRT = 5.2+2.6 = 7.8(h)
[0162] 水力負荷時間 HRT = 24V/[Q(1+R)] = 1.2(h)
[0163] (2).校核系統容積負荷
[0164] Nv = Q(l+R)Sa/V,Nv = 4800(g/m3 · d)<5000(g/m3 · d)
[0165] 本裝置理論容積負荷為1.2-6kg/m3 · d Λ系統設計滿足處理能力要求。
[0166] ⑶·校核水力負荷
[0167] 設計濾床總面積A = V/H=100/2.6 = 38m2式中Η為濾床高度
[0168] 實際水力負荷峋=0(1+1〇/^ = 2000/38 = 531113/1112 .(1
[0169] 53m3/m2 · d超出本工藝推薦的取值范圍：10-30m3/m2 · d
[0170] 調整實際濾床面積為2000/30 = 67m2
[0171] ⑷.濾床濾料性能
[0172] 采用多面球濾料，其直徑0 50mm，比表面積260m2/m3，空隙率93.5%，
[0173] 堆積分數12000個/m3,負荷率可達6kg(B0D5)/m 3(濾床）· d。
[0174] 所述曝氣裝置直徑為150mm;氧利用率為15-20% ;氣孔密度:580-650個/只；曝氣 量:0-5m3/h;出孔氣泡直徑：1mm;出氣阻力：150-350mm水柱;服務面積:0 · 4-0 · 8m2/只；動力 效率:4.3-5.61^*02/1(1*11;污水曝氣生化降解過程的需氧量為 :02 = 〇(3()-36)1^/(1其中〇 為污水設計流量m3/d，So及Se分別是進水和出水的B0D5濃度.kg/m 3;根據需氧量，得出壓縮空 氣需要量Da，當空氣需要量按標準狀態時，即T = 20°C，760mmHg大氣壓，空氣容量ra = 1 · 205kg/m3，其中氧占 23 · 1 %，則曝氣空氣理論需要量Da = 02/( 1 · 205 X 0 · 231) = 3 · 6m3 · m3/d;當所述曝氣裝置的氧利用率E〇為15%時，貝帽氣空氣實際需要量Da'=Da/0.15 = 24m3/ d，氧當量空氣Qa = Q(l+30% ) = 650m3，Qa為考慮了波動系數污水流量，原污水濃度B0D5，So 取900mg/L，處理后出水B0D5濃度Se，取20mg/L，則污水曝氣生化降解過程的需氧量為:02 = Qa(S〇-Se)=650(90〇-20)/1000 = 572kg/d，生化氧當量空氣：Da'=24X572 = 13728m3/d = 572m3/h。
[0175] 所述曝氣裝置中氣栗容量Dk= 1.2Da S即Dk= 1.2 X 572 = 687m3/h;可選取選取氣 栗容量為700m3/h的羅茨氣栗，所述曝氣裝置輸氣干管氣流流速v = Q/A，其中Q為氣栗排量 700m3/h，A為輸氣干管流通面積jtR2 = 3 · 14 X 1602/4 = 0 · 020m2，v = 700/(0 · 020 X 3600)= 9.7m/s〇
[0176] 曝氣設備的選定
[0177] 選不宜堵塞，氧利用率高的多孔性擴散曝氣設備WB-150，WB_150型橡膠可變孔微 孔曝氣器技術參數：
[0178] 直徑：(2150mm 氧利用率:15-20%
[0179] 氣孔密度：580-650個/只曝氣量:0_5m3/h
[0180] 出孔氣泡直徑：1mm出氣阻力：150-350mm水柱
[0181] 服務面積:0.4-0,8m2/只動力效率:4.3-5.6kg · 02/KW · h
[0182] (6).供氧量計算及曝氣量計算
[0183] 理論上，氧化1公斤B0D5*質的需氧量為1公斤，污水曝氣生化降解過程的需氧量 為:02 = Q(So-Se)kg/d式中Q為污水設計流量m3/d，So、Se---進水，出水的B0D5濃度.kg/m 3
[0184] ①根據需氧量(02)，推導出壓縮空氣需要量Da
[0185] 設空氣需要量按標準狀態，即T = 20°C，760mmHg大氣壓，空氣容量ra= 1.205kg/m3， 其中氧占 23.1 %，則曝氣空氣理論需要量Da = 02/( 1.205 X0.231) = 3.6m3 · m3/d
[0186] ②考慮到曝氣器的氧利用率Eo
[0187] 則:Da' = Da/Eo，對橡膠可變孔微孔曝氣Eo取 15%，Da' = 3 · 602/0 · 15 = 24m3/d
[0188] ③氧當量空氣
[0189] Qa = Q(l+30%)=650m3 Qa為考慮了波動系數污水流量
[0190] 原污水濃度(B0D5)，So取900mg/L，處理后出水B0D5濃度Se，取20mg/L，
[0191] 貝 lj :〇2 = Qa(S〇-Se) =650(900-20)/1000 = 572kg/d
[0192] 生化氧當量空氣：Da'=24X572 = 13728m3/d = 572m3/h
[0193] ⑵.氣栗容量計算及選型
[0194] ①氣栗選型時，應考慮可能發生沖擊負荷、氣溫和氣壓的變化，漏氣等因素，因此 要留有余量。
[0195] 氣栗容量 Dk = 1.2Da Λ01? = 1·2Χ572 = 687πι3Λ
[0196] 選取羅茨氣栗，氣栗容量700m3/h，98kPa可滿足要求，
[0197] ②管徑的選擇
[0198] I、輸氣干管管徑的確定
[0199] 初選干管管徑(6200校核干管氣流流速v = Q/A
[0200] Q-氣栗排量700m3/h
[0201] A-輸氣干管流通面積 jtR2 = 3.14X 1602/4 = 0.020m2
[0202] v = 700/(0.020 X 3600) =9.7m/s
[0203] 滿足干道管氣流速度10-16m/s的控制范圍
[0204] Π 、通向曝氣器的布氣支管管徑確定
[0205] 本裝置從氣栗經干管出來的壓縮空氣分40路支管向2級接觸氧化濾床供氣 [0206]支管選(640直徑，校核支管氣流速度：
[0207] V2 = q/AZ = (Da/40) / (3 · 14 X 0 · 042/4 X3600) = 3.9(m/s)
[0208] 滿足布氣支管氣流速度3-5m/s的控制范圍，選擇支管0 40通徑可行
[0209] ③氣栗風壓的確定
[0210] 氣栗風壓按下式計算：
[0211] P = H+hd+hf
[0212] 式中：Η-曝氣器的淹沒水深m，本案取2.0
[0213] Hd一曝氣器的風壓損失m(水柱)取40 X 150mm=6m
[0214] Hf-管道中總風壓損失，m(水柱)取1.5m(水柱）
[0215] Λ水柱風壓PS:
[0216] Ρ = 2· 0+6+1.5 = 9,5m(水柱）=95KPa
[0217] (8).返送栗選型參數
[0218] 選排污栗用于污泥和處理水返送
[0219] 流量600m3/h、壓力 0.05MPa、電機 2.2KW、進、排口徑 100_
[0220] 能滿污水回返的要求。
[0221] (9).輸送栗選型參數
[0222] 選輸送栗用于處理水向下一級膜濾輸送或直接向外排放。
[0223] 流量 22m3/h、壓力 0.3MPa、電機 3KW、轉速 2880r/min、進、排口徑 65mm
[0224] 能滿足額定排放標準。
[0225] (10).膜處理裝置的膜元件選取
[0226] 0K-CMF-8040W系列膜產品，該中空纖維濾膜由高抗污染的聚偏氟乙烯PVDF材料制 成，耐強酸強堿，通量大，易清洗，使用壽命長，可實現在線氣水正洗、反洗，正向反洗并結合 化學清洗方法，操作壓力僅為ο. IMPa左右，能耗低，其技術指標為如下表：
[0231] 標準水通量為25°C，0.1 MPa時純水通量。
[0232] 根據0K-CMF-8040W膜產品性能指標，選擇該產品能滿足本裝置達到中水回用的目 的。
[0233] 選 4 套微濾 0K-CMF-8040W產品。
[0234] 水通量6 · 50 X 4 = 624m3/d> 日污水負荷500m3/d
[0235] 本專利采取錯流外壓進水逆流出水。每工作50分鐘后進行10分鐘的反沖洗循環。 膜分離技術的應用，使SRT時間與HRT時間分離，好氧系統內保持較高的污泥濃度，系統的容 積負荷可達1.2-6kg/m3d，可處理有機物濃度較高的廢水，一方面使反應器體積成倍減小， 節約土地，降低設備和工程投資；另一方面提高了出水水質并能滿足國家一級排放標準。因 此，膜法生化水處理工藝技術在小城鎮污水處理設備和工程市場有廣闊的應用前景。
[0236] 本專利系統用電總功率
[0237] 表13
[0239] 實施本專利所需主要設備投資清單
[0240] 表14
[0242] 主要工程投資清單[0243] 表15

[0246] 本裝置設備和工程建設投資
[0247] 項目投資：294.6+73 = 367.6(萬元）
[0248] 折舊、維修基金，財務費用及營運費用
[0249] ①項目總投資按15年折舊，年折舊24.50萬元
[0250] ②維修基金按每年4萬元提留
[0251] ③財務費用(投資資金成本）
[0252] 按15年等額"還本"（折舊）付息計算，年利率按5%
[0253] 15年平均資金年利息：
[0254] 15 年利息總額/15 = [15X367.6-(15 X7X 24.5) ]0·05/15 = 9·815(萬元/年）
[0255] 項目每日營運費用
[0256] 如表 16
[0259]污染物處理成本
[0260]⑴考慮收回投資，投資財務費用
[0261] 本項目日處理污水500噸，日處理垃圾30噸，按人均日排放污水100-150L計，可為 3500-5000人的小城鎮服務。項目每日營運費用2117.7元。則每噸水和垃圾的綜合處理費 用：
[0262] 2117.7/530 = 3.99(元）
[0263] ⑵不考慮收回投資，投資財務費用，則每噸水和垃圾的綜合處理費用：
[0264] (2117.7-671-269)/530 = 2.22(元）
[0265] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統，其特征在于:包括依次連接設置 的有機垃圾收集池、粉碎裝置、集水池、預處理池、調節加熱池、IC厭氧反應器、厭氧池、I級 好氧反應池、II級好氧反應池、沉淀池及膜處理設備，所述調節加熱池還與一儲熱水箱連通 設置，所述儲熱水箱還分別連接有熱水器及換熱器，所述熱水器采用太陽能集熱器進行供 熱，所述換熱器還連通設置有沼氣垃圾焚燒鍋爐，該沼氣垃圾焚燒鍋爐通過換熱器對儲熱 水箱進行供熱，所述IC厭氧反應器還連通設置有污泥池，該污泥池連接有板式過濾裝置，該 板式過濾裝置與沼氣垃圾焚燒鍋爐連通設置，所述板式過濾裝置還連接有堆肥反應裝置， 所述I級好氧反應池及II級好氧反應池均與曝氣裝置連通，所述沉淀池及膜處理裝置均與 厭氧池連通設置，所述IC厭氧反應器的沼氣出口連接有機械脫水裝置，所述機械脫水裝置 連接有沼氣低壓儲柜，所述沼氣低壓儲柜連接有壓力儲柜，所述壓力儲柜連接有I級膜組， 所述I級膜組連接有II級膜組，所述II級膜組連接有CH 4儲柜，所述I級膜組和II級膜組均連 接有CO2儲柜。2. 根據權利要求1所述城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統，其特征在 于:所述IC厭氧反應器包括罐體，所述罐體內由從下到上依次連接的第一反應室和第二反 應室組成，所述第一反應室和第二反應室之間設置有射流曝氣攪拌器，所述IC厭氧反應器 底部設置有底部排泥管，所述第一反應室內底部設置有進料管和攪拌渦輪，所述攪拌渦輪 設置在進料管的上方，所述第二反應室內并排設置內循環回流管和內循環升流管，所述內 循環回流管和內循環升流管的上端均連通設置有一氣液分離器，所述內循環回流管和內循 環升流管上還分別設置有三相分離器，所述內循環回流管和內循環升流管上還均設置有沼 氣吸孔，所述氣液分離器上端還連通設置有罐體頂部沼氣輸出管，所述第二反應室內還設 置有中部排泥管和上部排泥管，所述中部排泥管設置于射流曝氣攪拌器的上方，所述上部 排泥管與底部排泥管連通，所述上部排泥管上方還設置有罐體回流管，所述三相分離器的 上方設置有出水堰，所述出水堰連接設置有混合液出口，所述混合液出口上方還設置有罐 體側壁沼氣輸出管，所述罐體回流管和罐體側壁沼氣輸出管均與射流曝氣攪拌器連通設 置，所述罐體的頂蓋上，側壁上都設置有保溫層。3. 根據權利要求2所述城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統，其特征在 于:所述進料管與攪拌渦輪連通設置，所述進料管還連接設置有一高壓反沖洗水口，從高壓 反沖洗水口進入的水經渦輪攪拌及射流曝氣攪拌器的作用下進入內循環升流管對IC厭氧 反應器進行反沖洗。4. 根據權利要求3所述城鎮生活污水及垃圾一體化、循環型集中處理系統，其特征在 于:所述第二反應室內在出水堰上方設置有壓力傳感器，所述出水堰和三相分離器之間還 分別設置有PH值傳感器、溫度傳感器及流量傳感器，所述壓力傳感器、PH值傳感器、溫度傳 感器及流量傳感器均與一 PLC控制器電連接。
【文檔編號】C12M1/36GK205590522SQ201620406289
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】饒勇
【申請人】廣西神州環保設施運營有限責任公司