厌氧消化设备。选择和操作的最佳实践

Anaerobic Digestion在将废水处理厂（WWTPS）转换为水资源回收设施（WRRF）的关键部分。传统上称为“废气”的副产品用作沼气 - 一种可再生，清洁，绿色能源。有些设施能够产生足够的可再生天然气（RNG）进入管道和/或将电源发送回电网。

虽然在某些领域创新有所改善，但自19世纪初以来，厌氧消化器的基本配置仍然大致相同。

它并没有太多开始厌氧消化有一些初级和次级污泥的槽内处理过程。进来的微生物只需要一个无氧的、均匀的、温暖的环境和大约15-20天的时间就可以茁壮成长，分解固体，产生沼气。要做到这一点，需要对燃料箱进行覆盖、混合和加热。

选择正确类型的蒸煮器盖，混合器和加热系统，然后有效地使用设备，减少了低效率，过程挑战和灾难性失败的机会。

盖住我：沼气储存，遏制或两者？

乍一看，消化池的盖子可能看起来很简单——一个位于(或在)一个容器上的结构，用来保存沼气和氧气。与WRRF的许多其他穹顶不同，这些钢结构或薄膜结构是气密的，并在压力下工作。一些设计提供了可以作为可再生能源利用的沼气的存储。

钢盖通常在8-12英寸的水柱之间运行，其在½psi下方。这可能似乎似乎很多，但是这种规模的由此产生的力量足以漂浮钢盖，这重量数十万磅。浮动钢盖与混凝土块镇流，以在这些典型的压力下运行。钢盖设计包括固定，Gasholder或浮力。

双膜Gasholder Digester覆盖使用高强度，PVC涂层织物和充气风扇，以维持外膜结构并加压沼气。该技术还可用于独立沼气储存，与蒸煮器分开。

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什么类型的挖掘机覆盖是最好的？

许多因素进入了这一决定，每个工厂或项目都有影响这一答案的独特驱动因素。从历史上看，将主要消化器混合，加热，保持在恒定体积，并使用固定钢盖。二次消化器未混合或加热，使用浮力或Gasholder盖，以容纳来自生物溶解和/或牵引的生物溶解的液体水平变化。

3台起重机将一个组装好的100英尺桁架储气罐吊到南方粉红色的天空下

随着设备升级或操作的改变，传统的定义经常变得模糊。许多二次消化池已经被改造为加热和混合，以提高沼气产量和固体破坏。主要或次要名称不能有效地用于建议设备选择。

选择挖掘机盖时需要考虑几个关键的事情。

• 目前安装了哪种类型？
• Digester污泥水平是否保持不变，也是可变的吗？
• 沼气池储气是否有利于工厂操作、加热或热电联产?
• 安装的成本和时间范围是多少？
• 增加一些复杂性是否可以接受?
• 封面持续多久？
• 什么是所需的维护（检查，涂料等）？

下面的图表将这些因素与保险种类进行了比较，有助于缩小选择范围。对具体项目进行更详细的评估是有意义的。

混合起来：选择最好的蒸煮器混合器

混合技术已经改进并进化，使蒸煮器混合器更安全，更有效，更可靠。

选择适当的混音器主要基于经验和广泛接受的蒸煮器混合器设计的拇指规则。然而，高级工具如计算流体动力学（CFD）斗争，以有效地模拟化妆蒸煮污泥的固体，砂砾，液体和气体的复杂相互作用。

这种经验方法在历史上足以用于低速，常规消化器，但近期对具有多种原料（油脂，乳清等）的尖刺消化器的兴趣，以产生更多的沼气需要更多的复杂性。

更换蒸煮污泥流变学和增加天然气生产的热水解过程（THP，AKA污泥压力炊具）的游戏变更器表明，应更多的思考与各种选择的混合性能和限制。

防止气泡溢出，一个常见的消化问题。

飞过几种废水处理厂消化器（或使用谷歌地图），您可能会发现几个浮动盖子，盖子周边周围的污泥或泡沫。研究人员传统上将其归因于发泡事件，由过度喂养，过混或丝状细菌引起，但最近的研究表明一些发泡问题是由于快速膨胀（RVE）。

这种现象发生时，气泡的沼气得到保持在基质的液体和固体在一个消化。RVE会导致污泥的整体比重下降，蒸煮器内容物的体积突然增加，淹没溢出物，在盖子周围喷涌，有时还会导致溢出。

发表的研究表明，由于混合或突然的混合器停机（Chapman和Krugel，2011），这种问题的一个来源是污泥粘度的增加（Chapman和Krugel，2011）。其他研究表明，一些混合的消化器实际上具有与污泥深度变化的比重（SG），并且可以低至0.6（Willis等，2016）附近的Digester污泥表面。一个显着的副作用是设计用于漂浮在水面（SG = 1）的封面将部分地吸收到该低密度污泥中，从而创建先前描述的签名谷歌地图“污泥环”。

有效的Anaerobic Digester气体混合系统设计

选择右键器将改善整体蒸煮器性能，可靠，防止泡沫，砂砾和持续的问题，并确保罐体从上到下充分混合。有几种类型的混合器需要考虑。

牵引管混合

导流管混合器本质上是专为蒸馏炉设计的高流量、低扬程轴流泵。它们是可逆的，所以它们可以泵上或下，并可以通过盖或通过消化池的侧面安装。流量范围从5,000至25,000 gpm +，标准罐周转时间为20-30分钟，但可以通过变频驱动器调整。

几十年前，这些搅拌机利用青铜衬套和劣质轴承，并密封，以创造可靠性问题。目前的设计保证五年，经常在轴承和密封件需要更换之前运行10年。这可以完成现场，可以在几个小时内重新安装和操作混音器。

选择Westech的ExtremeDuty™污泥搅拌机，用于有效，可靠的混合

外牵伸管搅拌机和钢Gasholder封面（注意高载玻片导轨）

泵混合

泵和喷嘴或喷射混合是一种简单的方法，最适合极端可变水平消化器(或持有罐)。地板上的喷嘴非常有效地旋转罐内的内容物，但几乎没有能力淹没浮渣或低密度污泥附近的表面。泡沫buster喷嘴可以添加到表面来帮助解决这个问题。

CFD模型通常用于这些系统，因为相对流量（通常小于1000GPm）远低于其他设计，并且混合效率非常依赖于喷嘴放置。

这些系统依赖于大多数其他混频器类型的较大的马力泵。这种在废物到能量系统上的这种混合可以否定在混合蒸煮器中产生的额外沼气的益处。通过关闭泵关闭的间歇混合可以节省能量，但它可以加剧前面描述的RVE问题。

线性运动混合

线性运动混合器（LMMS）是一种相对较新的混合方法，其作为非旋转，低能量的替代方案受到关注。有些研究表明，消化器可以产生气体并运行良好（在短期内），没有混合（Dineen等，2015）。

然而，混合太少可能导致长期问题，包括过程不稳定，砂砾沉降，浮渣浮选和其他因素，抑制长期有效性并减少蒸煮器的活性体积。最小化能量使用非常诱人，但可能会显着降低混合器的有效性。

LMM的振荡盘提供平缓的气流，所增加的能量不显著，也不接近地面或地面，以减少浮渣或沙砾的堆积。由于这不是一个泵，混合流量不能测量，所以没有办法计算罐周转。在这种情况下，WEF MOP 8建议计算速度梯度或单位体积能量来比较混合器设计，但这种设计通常低于推荐范围。(论坛,2019)

气体混合

已经尝试了各种类型的气体混合系统，主要是减轻在污泥中移动部件的历史挑战。限制（在草稿管中）或无凝结的吊枪设计从顶部注射泡泡，但具有收集抹布和碎片的倾向。

“泡泡枪”（喷射到管道中的气体）方法可以对具有恒定液体水平的消化器有效。然而，一些泡沫发生器具有粗糙或堵塞问题。总的来说，维护和运行具有湿润，腐蚀性和爆炸性沼气的压缩机的挑战可能是滋扰和主要的安全问题。

密闭式喷枪式气体混合系统

保持热量以保持最佳条件

有效的加热，混合和喂食制度可以在保持最佳过程条件下发挥作用。嗜液体消化器在95华氏度（35摄氏度）上运行。该温度设定值可以略有不同，但随着温度的任何快速变化都会破坏消化器内的生物学。

厌氧消化是一个轻微放热的过程。与堆肥或自热好氧消化(ATAD)等有氧过程不同的是，没有足够的热量产生来自我加热并保持所需的温度。大多数厌氧消化器使用热交换器(HXs)，将热量从热水转移到污泥，而不混合液体。水由锅炉或热电联产(CHP)发动机加热。后者，也被称为热电联产(cogen)，从沼气中产生可再生电力。

未经处理的污泥被(尽可能稳定和持续地)直接送入蒸煮池，并通过通过热交换器循环槽内的内容物来增加热量。通常不建议通过HX喂养消化器，因为设计这种过度的短期需求将需要一个更大的HX。冷的，未消化的污泥也更有可能污染热交换器或引起其他流动问题。

由于其简单性和稳健性，常用管 - 管热交换器。将污泥泵送到较大直径管内的4英寸或6英寸管道，在相反的方向（逆流）上流动热水（通常为150°C）。必须考虑流动和温度以防止污泥太热，这可以抑制生物学或“烘烤”污泥到管的壁中。

准备安装的管中换热器

换热器夹套可以安装在牵伸管混合器上以轻轻转移热量。通过让混合流动移动污泥，这些是非常有效的，从而消除了其他设计所需的建筑物中的污泥再循环泵，管道和空间。而且，由于污泥非常快地通过HX，因此通过过度的温度抑制微生物。

请参阅Westech的热交换器选择

螺旋换热器使用卷笔式钢板在含有热水和污泥的交替间隙之间传递热量。板之间的较小，1英寸的间隙产生了增加的头部，并且比其他选择更容易堵塞。该设计提供比管内选项更小的脚印传热。

Many factors should be considered in properly choosing equipment and operating a digester.无论您是否参与广泛的沼气 - 能源升级，Biosolids管理项目，要么只需要更换旧封面，了解设备将有助于实现项目特定目标，解决操作需求，并保持您的消化器在其上运行长跑。

请与Westech联系任何问题或进一步讨论您的特定项目。

参考

查普曼，汤姆和史蒂夫克鲁格尔。快速扩张 - 蒸煮器溢出和安全的调查(会议演示)。水环境联合会(WEF)残留物和生物固体会议，加州萨克拉门托。

Dineen等。al。（2015年5月19日）。全尺寸蒸煮器混合性能(会议演示)。CSWEA 88^TH.年度会议。Oakbrook Terrace，IL。

水环境联合会。水资源回收设施设计，水环境联合会，2019年（https://www.wef.org/MOP8）

威利斯等人。（2016）你的消化器是破坏，泡沫或其他不起作用吗？- 让我们谈谈解决方案，而不是重复你已经听过的“挖掘机泡沫”纸张[会议演示]。水环境联合会（WEF）残留物和生物溶解会议，密尔沃基，WI。