厭氧消化反應器的主體結構為頂蓋、筒體和攪拌設備，因此可按照這三部分的差異進行分類。

按照頂蓋型式分為固定蓋、浮動蓋和膜式蓋，三種型式的頂蓋主要對池容是否變化產生影響，其中固定蓋顧名思義為蓋固定不動，為定容式；浮動蓋和膜式蓋頂蓋隨池內沼氣壓力的高低變化而上下浮動，屬于變容式。

按照筒體型式分為平底圓柱形、錐底圓柱形和卵形。平底圓柱形在歐洲應用較為普遍，其高度∶直徑=1。這種平底對循環攪拌系統要求較為單一，多采用在池內多點安裝的懸掛噴入式沼氣攪拌技術。錐底圓柱形在我國應用較多，其中部高度∶直徑=1，上下皆為圓錐體，下底坡度1.0～1.7，頂部坡度0.6～1.0，這類消化池有利于內循環，熱量損失相對于平底圓柱形要小，攪拌系統可選擇性好，存在的缺點是底部容積較大，易堆積砂料，需要定期進行清理。另外從結構上看，圓錐部分難以施工，且受力集中，需要特殊處理。卵形消化池是在錐底圓柱形的基礎上進行的改進，該池形相對于上兩類消化池有很多優點，如攪拌效果好，池底不容易板結；一定池容條件下，池體總表面積小，熱量損失少；池頂部表面積小，易于去除浮渣和易于沼氣收集；從結構上看，卵形結構受力好，節省建材。

按照攪拌方式分為氣體攪拌、機械攪拌（提升式、葉槳式等攪拌機械）和污泥循環攪拌三大類。在氣體攪拌中又分為蒸汽攪拌和沼氣攪拌。蒸汽攪拌的特點是熱效率高，但會增大污泥量；沼氣攪拌是將沼氣經壓縮機壓縮后，再經消化池內的噴嘴或噴管從消化池底部噴入池內來實現攪拌。機械葉輪攪拌（葉槳式）有渦輪槳葉攪拌和直板槳葉攪拌。污泥循環攪拌是一種在池中間帶垂直導流管式機械攪拌的系統，消化污泥可以在導流管內外向上或向下混合流動，特點是攪拌效果好，池面浮渣和泡沫少。

在實際情況中有4種常用的厭氧消化工藝。

1）常規中溫厭氧消化工藝　

此種工藝也成為普通或標準厭氧消化工藝，如圖4-8所示。脫水污泥無需預熱直接進入間歇式消化池內，系統通常不另設攪拌裝置，而采用沼氣攪拌。由于攪拌不夠充分，消化池內的污泥分為三層漂浮污泥層、中部液體層和下部污泥層。由于消化池總體積僅很小一部分含有活性消化污泥，因此若要取得良好的污泥消化效果，需要很大的池容。此外，由于在消化池內環境條件不易控制，消化過程不穩定，效率低。因此，這一工藝幾乎不用于初沉污泥的穩定化。

無加熱和沒有攪拌的低負荷消化池有時用于高負荷消化池之后，用于脫水前的污泥濃縮。在這種工藝中，初沉污泥被厭氧消化，二級消化池中發生顯著的污泥濃縮現象。如果二級處理廠的剩余污泥與初沉污泥混合在一起消化，二級消化池固液分離效果很差。若初沉污泥與剩余污泥混合消化，在消化之前把污泥濃縮至4%～6%，二級消化池內的重力濃縮通常也非常困難。由于這些原因，目前多數設計者避免在剩余污泥消化后用二級消化池來濃縮消化污泥。

2）高負荷厭氧消化工藝　

高負荷厭氧消化是在研究證實可以控制消化池內環境條件的優點后發展起來的。其工藝見圖4-9。高負荷消化池的特征是進料含固率高，具有加熱和攪拌裝置，進料速度穩定，消化穩定性高。高負荷消化池的消化時間為10～15d，約為常規中溫厭氧消化時間的1/3，固體負荷提高4～6倍，通過合理的設計和操作，消化池容積可減少30%。

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高負荷消化池既可用于中溫消化過程也可用于高溫消化過程，大部分消化池在中溫條件下操作，需要的熱能較少，過程穩定性更好。如存在難于消化的固體或油脂含量高，可采用高溫消化。在高溫操作條件下，可提高消化速率、減少消化池體積、增加病原微生物的殺滅率，但工藝穩定性變差，控制較困難。

高負荷消化通常設置有攪拌裝置，以便達到規定百分比的活性（工作）體積，維持消化池內穩定的環境條件，避免沖擊負荷和營養過剩與營養不足，改善消化過程的穩定性和消化效率。工作體積定義為消化池總體積減去用于砂石、浮渣積累和超高的體積余量。典型設計要求的工作體積為消化池總體積的85%～95%（即污泥占總體積的85%～95%）。

均勻的攪拌有助于維持消化池內穩定的環境條件，避免沖擊負荷和“營養過剩與營養不足”，改善過程的穩定性和消化效率。高負荷消化池很少采用連續進料，通常的做法是把污泥按一定的時間間隔間歇投加到消化池中（例如每1～2h）。其進料方式有兩種：第一種為在消化污泥排出之前短時間攪拌和進料；第二種為污泥排出后進料和攪拌。如果消化池以第二種進料方式操作，而不是以第一種進料方式操作，那么病原微生物的殺滅效果就會顯著的改善。污泥濃縮則可以減少通過消化池的污泥量，那么對于給定的停留時間可以采用體積更小的消化池體積。但過分濃縮則可能會使消化池的混合變得困難，對毒物或負荷引起的沖擊更加敏感。

3）兩級厭氧消化工藝　

為了對厭氧消化過程的污泥進行重力濃縮，在一級厭氧消化工藝的基礎上引入二級消化。在第二級消化池中污泥有機質的減量和產生氣體均很少，但是出泥體積降低很多。

在第一消化池消化7～12d左右，然后將污泥排入第二消化池繼續消化，在第二消化池依靠剩余熱量繼續消化，不加熱、不攪拌，消化溫度20～26℃，消化時間15d左右。每立方米污泥可利用熱量8×103kcal/d（1cal=4.18J）。若以每日100m3新鮮污泥計，共可利用8×105kcal/d，相當于160kg煙煤的發熱量（煙煤熱值以7000kcal/kg，燃燒效率以70%計）。在第二消化池，由于不攪拌，還可起濃縮污泥的作用。二級消化池的污泥相對穩定，也較容易脫水。池中不同深度處污泥含水率與有機物含量見表4-6。通過兩級消化過程可以減少消化池總體積，但基建費用和操作費用會有所增加。

污泥的面層為浮渣，主要成分是纖維素、油脂及果殼等；中層為澄清液，約占總深度的40%；下層為濃縮污泥，約占總深度的50%，因此，可在面層下約40%深度的范圍內設置澄清液排出管道。

兩級消化池的總容積可按定容式消化池計算，然后按消化時間分成兩個池子。加熱所需的總熱量與攪拌裝置都要比定容式省，消化池的集氣管尺寸要保證要求，否則排氣不暢，池內氣壓增加，導致污泥氣外泄。

如果第二級消化池有集氣罩，則每立方米新鮮污泥可回收污泥氣2m3左右，污泥氣的組成見表4-7。

4）中溫/高溫兩相厭氧消化工藝　

兩相消化工藝是根據厭氧消化過程分為產酸和產甲烷兩階段原理開發的，具體見圖4-10。

此工藝的基本特點是沼氣消化過程中的產酸和產甲烷過程分別在不同的裝置中進行，并分別給出最適條件，實行分步的嚴格控制，以實現沼氣消化過程的最優化，因此單位產氣率及沼氣中的甲烷含量較高。兩個階段在兩個反應器中進行。第一個反應器的功能是水解和液化固態有機物為有機酸；緩沖和稀釋負荷沖擊與有害物質，并截留難降解的固體物質。第二個反應器的功能是保持嚴格的厭氧條件和pH值，以利于產甲烷菌的生長；消化、降解來自前段反應器的產物，把它們轉化成甲烷含量較高的消化氣，并截留懸浮固體、改善出料性質。因此，此工藝可大幅度地提高產氣率，氣體中甲烷含量也有提高。同時實現了渣和液的分離，使得在固體有機物的處理中，引入高效厭氧處理器成為可能。

此工藝的特點是在中溫厭氧消化工藝前加設高溫厭氧消化工藝，其中污泥進泥的預熱溫度為50～60℃，在前置高溫段中污泥停留時間為1～3d，而后續厭氧中溫消化工藝時間可從20d減少到12d左右，總停留時間為15d左右。此工藝可同時增加有機物去除率及產氣率，并完全殺滅病原菌。