國外厭氧處理城鎮(zhèn)生活污水技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展

摘要:本文根據(jù)第八屆日本仙臺國際厭氧消化討論會論文集，綜述了國外厭氧處理生活污水技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析和討論了相關(guān)的技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞:厭氧消化,生活污水,后處理

國外厭氧處理城鎮(zhèn)生活污水技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢胡啟春（農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所610041）摘要：本文根據(jù)第八屆日本仙臺國際厭氧消化討論會論文集，綜述了國外厭氧處理生活污水技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析和討論了相關(guān)的技術(shù)問題。

厭氧消化生活污水后處理第八屆國際厭氧消化討論會于1997年5月在日本仙臺市舉行。會上，尤為引人注目的一項內(nèi)容就是，近年來在厭氧生物處理城鎮(zhèn)生活污水應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展。著名厭氧消化專家G.Letinga教授斷言：厭氧生物處理技術(shù)如果有合適的后處理方法相配合，可以成為分散型生活污水處理模式的核心手段。這一模式，較之于傳統(tǒng)的集中處理方法更具有可持續(xù)性和生命力，并正在逐步為世界各國所認(rèn)同。

本文主要參考這次日本討論會有關(guān)文獻(xiàn)，分析和綜述了這一技術(shù)領(lǐng)域在國際上的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。1部分國家應(yīng)用現(xiàn)狀德國gtz組織的一份全球調(diào)查報告中認(rèn)為，雖然荷蘭、比利時等國早已將厭氧消化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水處理之中，但至今在本國內(nèi)無一應(yīng)用規(guī)模的厭氧處理生活廢水裝置，其原因主要是由于氣候不適宜。在北美洲，美國的應(yīng)用規(guī)模厭氧裝置約有80座，加拿大約有25座，幾乎都是用于工業(yè)廢水處理。本文將選擇一些在厭氧生活污水處理領(lǐng)域有特色的國家給予重點介紹。

1. 1　印度
近年來, 印度在應(yīng)用厭氧消化技術(shù)處理城鎮(zhèn)生活污水方面, 取得了一定的進(jìn)展。1989年根據(jù)印度與荷蘭的一項合作計劃在印度kanpar 建成了第一套應(yīng)用規(guī)模的厭氧處理城鎮(zhèn)生活廢水的UASB 系統(tǒng)。這套系統(tǒng)日處理5000m3 生活污水。雖然裝置已運行數(shù)年,但出水水質(zhì)仍不理想, 不能達(dá)到當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求( BOD: 30mg/ L, TSS: 50mg / L) , 見表1。

根據(jù)印荷合作計劃, 之后又分別建成了生活污水日處理量分別為: 14000m3 裝置( 印度Mir zapur 地區(qū), 其中有1/ 4 來自制革廢水) ,36000m3 裝置( 印度Kanpar 地區(qū)) , 和50000m3 裝置( 印度Hy derabad 地區(qū)) 。從表1 可以看出, 這些裝置的運行情況,有機(jī)物去除率都顯然不高。裝置中也幾乎都沒有形成所希望的顆粒污泥。

1. 2　巴西、墨西哥、哥倫比亞
近年來, 巴西、墨西哥和哥倫比亞等南美洲國家在應(yīng)用厭氧技術(shù)處理生活污水方面發(fā)展最為迅速, 并已有了突破性進(jìn)展。這些南美洲國家炎熱的氣候環(huán)境可能是一個重要原因。這三個國家在技術(shù)上的起步幾乎都是從與荷蘭等歐州國家合作開始的。在巴西, 應(yīng)用厭氧濾池處理居民小區(qū)生活污水已有多年時間, 這類厭氧裝置是在傳統(tǒng)化糞池的基礎(chǔ)上開發(fā)的。但是近10 年來,在已建成的大、中型厭氧裝置中, 都是采用的UASB 工藝。第一套120m3UASB 裝置建成于1986 年, 整個系統(tǒng)還包括格柵、泵站、沉砂池等設(shè)施。可日處理3600 人的生活污水。到1993 年, 根據(jù)德國GT Z 的統(tǒng)計, 已建成14套大、中型厭氧處理城市生活污水系統(tǒng)。delemos Chernicharo, C. A . 等人在日本第八屆厭氧消化討論會上介紹了一套用于處理7000 人生活污水的UASB 加氧化塘系統(tǒng)的啟動和運行情況, U ASB 裝置容積是477m3 ,厭氧部分COD 去除率為68% 。墨西哥從1987 年建成第一套厭氧裝置起, 到1996 年一共建成了75 項沼氣工程, 其中, 用于處理城市生活污水的裝置有34 項。于1994 年投入運行的總?cè)莘e為83700m3 的厭氧生物處理生活污水工程, 是目前世界上最大的同類項目。該工程中, 包括5 個U ASB反應(yīng)器, 每個容積為16740m3 , 整個工程日處理生活污水105000m3。目前這套工程系統(tǒng)運行狀況良好, 并計劃在1997 年將總池容擴(kuò)大到133920m3。目前, 厭氧消化處理量占墨西哥生活污水處理總量的2. 97% , 這一比例現(xiàn)在也是世界第一。同樣是與荷蘭合作, 于80 年代中期, 在哥倫比亞建成了第一套應(yīng)用規(guī)模的U ASB裝置, 容積為64m3。此后在1989 年又建成了日處理16000 人生活污水的厭氧處理系統(tǒng)。其中包括兩口容積同為3300m3 的UASB 裝置, 和作為后處理手段的兼性氧化塘。90 年代哥倫比亞著重研制本國設(shè)計的組合型推流式厭氧反應(yīng)器( RA P 反應(yīng)器) , 經(jīng)過小試、中試, 于1992 年建成了裝置容積為394m3 , 日處理5000 人當(dāng)量城市污水( 包括一半奶酪工業(yè)廢水) , 滯留時間10 小時, 平均裝置溫度15℃, 目前, 厭氧部分COD 去除率為75%。于1997 年, 另一套日處理16000 人生活污水的RAP 裝置將在哥倫比亞投入使用。

1. 3　日本、韓國
兩國應(yīng)用厭氧消化技術(shù)處理剩余污泥、人糞尿和工業(yè)高濃度有機(jī)廢水已有幾十年歷史。日本在60 年代使用厭氧消化方法集中處理人糞尿曾達(dá)到占處理總量的90%; 在1991年, 仍占到26% 。韓國在1969～1975 年期間共發(fā)展了近3 萬口農(nóng)村家用沼氣池( 方形5. 8m3 ) 。1976 年以后發(fā)展了一批150m3 左右的村級規(guī)模的處理農(nóng)牧業(yè)廢棄物的沼氣裝置。Mikami, E. 等人報道, 在日本, 城鎮(zhèn)生活污水采用厭氧消化集中處理起始于1989年。在1993 年, 有7 套厭氧消化加好氧活性污泥法聯(lián)合處理生活污水的裝置和9 套小規(guī)模的厭氧濾池加好氧濾池組合系統(tǒng)在運行。此外, 在分散處理生活污水方面, 日本成功地研制和發(fā)展了一種稱為“JOHKASO”的小型家用生活污水凈化器。到1994 年, 已有7. 7百萬個這樣的裝置投入使用�！癑OHKASO”廢水凈化器分為幾種類型。專門處理人糞尿的, 稱為N 型JOHKASO, 該類型使用量最多, 處理方法主要是采用好氧曝氣法。兼有同時處理生活污水和人糞尿的, 稱為D 型JOHKASO, D 型采用厭氧濾池和接觸氧化法聯(lián)合處理。最近日本又在研制和開發(fā)高級型的JOHKASO, 其出水指標(biāo)除了BOD 等常規(guī)的指標(biāo)之外, 還包括磷和氮去除指標(biāo)。韓國約有29 處糞便集中處理裝置采用厭氧消化作為第一級處理, 裝置消化溫度除了有兩個高溫, 和三個常溫之外, 其余都是中溫。有機(jī)負(fù)荷約為0. 7kg / ( m3 . d) , BOD 去除__率為70% , 再經(jīng)過二沉池沉淀可達(dá)到80% 去除。產(chǎn)氣率為1. 0m3/ kgBOD 去除。

2　有關(guān)技術(shù)問題

2. 1　厭氧工藝選擇

2. 1. 1　UASB 工藝
此工藝是目前世界上城市生活污水厭氧處理應(yīng)用最多的工藝, 由荷蘭G. Let t ing a 等人于1979 年開始研制。在80 年代初期完成了中試規(guī)模試驗研究, 并取得了良好的結(jié)果。從80 年代中期起, 荷蘭公司選擇在熱帶地區(qū)和亞熱帶地區(qū)( 如印度、巴西、墨西哥、哥倫比亞等國) 進(jìn)行了推廣應(yīng)用。裝置規(guī)模從初期的100m3 左右, 逐步發(fā)展到數(shù)千立方米, 甚至更大。經(jīng)過10 年的生產(chǎn)應(yīng)用, 這些國家對UASB 工藝的啟動和運行特點已基本掌握,并有自己的改進(jìn)。Vino d T are 等人比較和總結(jié)了印度目前正在運行的幾套U ASB 裝置的運行效果( 見表1) 他們認(rèn)為其中部分裝置有機(jī)物去除率較低, 與運行中有機(jī)物負(fù)荷低和泵進(jìn)料時上流速度過高( > 1. 0m/ h) 有關(guān)。此外, 水中硫化物濃度過高( 由于制革廢水進(jìn)入) 也會影響運行效果。這些裝置在啟動時未接種厭氧污泥, 而采用自然啟動也是原因之一。de Lemos Cherni Charo , C. A. 　A 等人( 巴西) 認(rèn)為UASB 裝置啟動所涉及的參數(shù)有: 􀀁 污水的水量和濃度; 􀀁 接種污泥; 􀀁進(jìn)料方式和提升水力負(fù)荷的步驟; 􀀁取樣。關(guān)于接種污泥, 他們認(rèn)為, 在三種情況下裝置都可以啟動, 即: 􀀁 用馴化過的厭氧消化污泥;􀀁 用未經(jīng)馴化的普通污泥; 􀀁 不使用接種污泥。而在第三種情況時, 啟動時間約需半年。他們評價了一套477m3UA SB 裝置的啟動和運行情況。這套裝置啟動時所使用的污泥量占裝置總?cè)莘e的30%, 污泥比重為1020kg /m3。談到這套裝置的運行效果不理想時, 他們認(rèn)為與該裝置的三相分離器集氣間孔隙過小有關(guān), 從而造成過隙上流速度過高( 5. 4～13. 0m/ h) , 而正常的過隙上流速度應(yīng)低于4m/ h, 由此, 必然造成污泥溢出。一般而言,在U ASB 設(shè)計中, 沉淀區(qū)的表面負(fù)荷應(yīng)保持在0. 7m3/ ( m2•h) 以下, 沉淀區(qū)斜壁角度應(yīng)在50°～60°。對于不同水質(zhì), 上述幾項參數(shù)應(yīng)有所調(diào)整。

2. 1. 2　組合型工藝
將不同的幾種厭氧消化工藝的特點揉合在一套裝置中, 就稱為組合型工藝。比如國內(nèi)外常見的上流式污泥床—濾器厭氧反應(yīng)器( U BF) 就是這種類型的代表。RAP 工藝, 也稱組合型推流式厭氧反應(yīng)器工藝。從1985 年起哥倫比亞Andes 大學(xué)就致力于開發(fā)RAP 工藝。經(jīng)過小試、中試,于1991 年建成了第一套裝置容積為394m3的RA P 反應(yīng)器。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖見下圖。反應(yīng)器由8 個折板分隔, 內(nèi)設(shè)塑料填料, 出水間有三相分離裝置。反應(yīng)器頂部無蓋, 暴露于空氣中, 設(shè)計數(shù)據(jù)見表2。

實驗室中, 曾對RAP 反應(yīng)器是否暴露于空氣中作了對比試驗。結(jié)果是, 暴露的裝置比對照對COD 的去除還好一點, 而且造價也相應(yīng)低一些。因此, 在生產(chǎn)應(yīng)用時, 選擇了反應(yīng)器不加蓋。對于RAP 反應(yīng)器的啟動和操作運行,參照了當(dāng)?shù)貙�U ASB 反應(yīng)器管理的經(jīng)驗。經(jīng)過幾個月正常運行后的RAP 反應(yīng)器中, 也形成有顆粒污泥, 此時COD 去除率為75% ,滯留時間為12 小時。Orozco, A. 認(rèn)為在哥倫比亞推廣應(yīng)用RAP 工藝很有前景。從工程投資上講, RAP反應(yīng)器較U ASB 反應(yīng)器便宜約20% , 與使用好氧活性污泥法的市政廢水處理設(shè)施比較,( 建于當(dāng)?shù)亓硪粋�小鎮(zhèn)) , 則RAP 反應(yīng)器的造價僅為前者的1/ 5。

2. 1. 3　AF 工藝
也稱厭氧生物濾池。該工藝是世界上最早使用的生活污水生物處理裝置之一, 已有百年歷史。60 年代, 美國Yo ung 和McCarty為這一工藝奠定了理論基礎(chǔ)。AF 工藝的特點是在裝置內(nèi)部填充有供微生物附著的填料。評價填料優(yōu)劣的指標(biāo)包括比表面積和空隙度等。早期的填料是石塊, 今天填料種類繁多, 有軟、硬之分。目前, 這種工藝常見于家用、小型厭氧生活污水凈化裝置中。日本JOHKASO 污水凈化器中的厭氧段就是采用的厭氧濾池。墨西哥在1994 年建造了兩套用于處理生活廢水的AF 裝置。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2. 2　后處理技術(shù)
印度和南美國家在積極推廣應(yīng)用厭氧生活廢水處理技術(shù)的同時, 普遍意識到由于厭氧處理后的出水仍不能滿足直接排放的要求, 即BOD 和T SS 值仍然偏高, 氮和磷基本上沒有去除, 而衛(wèi)生問題依然存在, 因此對厭氧出水進(jìn)一步處理很有必要。日本H. Harada等人也認(rèn)為缺乏合適的后處理技術(shù), 是導(dǎo)致厭氧生物處理技術(shù)在生活污水處理領(lǐng)域應(yīng)用緩慢的主要原因之一。在印度, 氧化塘是最常用的后處理方法。在kahpar 工程中( 見表1) , 對于處理厭氧出水所設(shè)計的氧化塘水力滯留時間為1 天, 由此, 總大腸桿菌數(shù)和糞大腸桿菌數(shù)降低到104 以下, 而線蟲的去除率在22%～61%。從衛(wèi)生學(xué)上考慮, 要盡量避免以低污染的水稀釋高污染的人糞尿。在Mirzr pur 工程中( 見表1) , 也是采用了氧化塘后處理技術(shù), 經(jīng)厭氧、氧化塘兩級處理后的出水BOD、COD 和T SS 去除率分別為87%、81% 和90% 。在巴西No va Vista 市的7000 人生活污水處理工程中, 后處理是采用的兼性氧化塘。在哥倫比亞Bucarmang a 鎮(zhèn)的160 000 人生活污水處理工程中, 后處理也是采用的兼性氧化塘技術(shù)。該兼性塘占地2. 7 公頃, 塘深1. 5 米, 水力滯留時間為30 小時。經(jīng)兩級處理后的BOD 總?cè)コ�率�?5%。在墨西哥的厭氧生活污水處理工程中,后處理方法比較多樣化, 見表3, 最后直接排入城市污水管網(wǎng)或用于農(nóng)灌。G. Let t ing a 等人認(rèn)為, 厭氧和好氧生物處理技術(shù)的組合將能夠處理絕大多數(shù)所涉及的有機(jī)和無機(jī)污染物。在這一組合系統(tǒng)中, 由厭氧消化過程所生成的硫化物在好氧生物處理階段將轉(zhuǎn)換成可沉淀的粒狀單質(zhì)硫, 硫化物的去除率將達(dá)到90%。這一方法對去除重金屬也同樣有效, 終產(chǎn)物將以硫化物的形式沉淀下來。而對于氨氮和磷酸鹽的去除和回收, 厭氧生物處理系統(tǒng)最好與物化處理技術(shù)結(jié)合, 比如采用堿化吹脫法以有效去除氨氮,需要高pH 環(huán)境, 通常采用加石灰的方法, 同時也因為形成了CaHPO4 而去除掉了磷酸鹽。日本的小型分散處理生活污水裝置JOHKASO 系統(tǒng)中, 既考慮了BOD 的去除。(農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所)

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