國外厭氧處理城鎮生活污水技術(shù)應用和發(fā)展

摘要:本文根據第八屆日本仙臺國際厭氧消化討論會(huì )論文集，綜述了國外厭氧處理生活污水技術(shù)的應用現狀，并分析和討論了相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:厭氧消化,生活污水,后處理

國外厭氧處理城鎮生活污水技術(shù)的應用現狀和發(fā)展趨勢胡啟春（農業(yè)部沼氣科學(xué)研究所610041）摘要：本文根據第八屆日本仙臺國際厭氧消化討論會(huì )論文集，綜述了國外厭氧處理生活污水技術(shù)的應用現狀，并分析和討論了相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。

厭氧消化生活污水后處理第八屆國際厭氧消化討論會(huì )于1997年5月在日本仙臺市舉行。會(huì )上，尤為引人注目的一項內容就是，近年來(lái)在厭氧生物處理城鎮生活污水應用領(lǐng)域已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展。著(zhù)名厭氧消化專(zhuān)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，較之于傳統的集中處理方法更具有可持續性和生命力，并正在逐步為世界各國所認同。

本文主要參考這次日本討論會(huì )有關(guān)文獻，分析和綜述了這一技術(shù)領(lǐng)域在國際上的應用現狀和發(fā)展趨勢。1部分國家應用現狀德國gtz組織的一份全球調查報告中認為，雖然荷蘭、比利時(shí)等國早已將厭氧消化技術(shù)應用于工業(yè)廢水處理之中，但至今在本國內無(wú)一應用規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，美國的應用規模厭氧裝置約有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(diǎn)介紹。

1. 1　印度
近年來(lái), 印度在應用厭氧消化技術(shù)處理城鎮生活污水方面, 取得了一定的進(jìn)展。1989年根據印度與荷蘭的一項合作計劃在印度kanpar 建成了第一套應用規模的厭氧處理城鎮生活廢水的UASB 系統。這套系統日處理5000m3 生活污水。雖然裝置已運行數年,但出水水質(zhì)仍不理想, 不能達到當地環(huán)保要求( BOD: 30mg/ L, TSS: 50mg / L) , 見(jiàn)表1。

根據印荷合作計劃, 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, 其中有1/ 4 來(lái)自制革廢水) ,36000m3 裝置( 印度Kanpar 地區) , 和50000m3 裝置( 印度Hy derabad 地區) 。從表1 可以看出, 這些裝置的運行情況,有機物去除率都顯然不高。裝置中也幾乎都沒(méi)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(lái), 巴西、墨西哥和哥倫比亞等南美洲國家在應用厭氧技術(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(gè)重要原因。這三個(gè)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(kāi)始的。在巴西, 應用厭氧濾池處理居民小區生活污水已有多年時(shí)間, 這類(lèi)厭氧裝置是在傳統化糞池的基礎上開(kāi)發(fā)的。但是近10 年來(lái),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(gè)系統還包括格柵、泵站、沉砂池等設施�？扇仗幚�3600 人的生活污水。到1993 年, 根據德國GT Z 的統計, 已建成14套大、中型厭氧處理城市生活污水系統。delemos Chernicharo, C. A . 等人在日本第八屆厭氧消化討論會(huì )上介紹了一套用于處理7000 人生活污水的UASB 加氧化塘系統的啟動(dòng)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 年投入運行的總容積為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(lèi)項目。該工程中, 包括5 個(gè)U ASB反應器, 每個(gè)容積為16740m3 , 整個(gè)工程日處理生活污水105000m3。目前這套工程系統運行狀況良好, 并計劃在1997 年將總池容擴大到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用規模的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。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(zhù)重研制本國設計的組合型推流式厭氧反應器( RA P 反應器) , 經(jīng)過(guò)小試、中試, 于1992 年建成了裝置容積為394m3 , 日處理5000 人當量城市污水( 包括一半奶酪工業(yè)廢水) , 滯留時(shí)間10 小時(shí), 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(wàn)口農村家用沼氣池( 方形5. 8m3 ) 。1976 年以后發(fā)展了一批150m3 左右的村級規模的處理農牧業(yè)廢棄物的沼氣裝置。Mikami, E. 等人報道, 在日本, 城鎮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 套小規模的厭氧濾池加好氧濾池組合系統在運行。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(chēng)為“JOHKASO”的小型家用生活污水凈化器。到1994 年, 已有7. 7百萬(wàn)個(gè)這樣的裝置投入使用�！癑OHKASO”廢水凈化器分為幾種類(lèi)型。專(zhuān)門(mén)處理人糞尿的, 稱(chēng)為N 型JOHKASO, 該類(lèi)型使用量最多, 處理方法主要是采用好氧曝氣法。兼有同時(shí)處理生活污水和人糞尿的, 稱(chēng)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(kāi)發(fā)高級型的JOHKASO, 其出水指標除了BOD 等常規的指標之外, 還包括磷和氮去除指標。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(gè)高溫, 和三個(gè)常溫之外, 其余都是中溫。有機負荷約為0. 7kg / ( m3 . d) , BOD 去除__率為70% , 再經(jīng)過(guò)二沉池沉淀可達到80% 去除。產(chǎn)氣率為1. 0m3/ kgBOD 去除。

2　有關(guān)技術(shù)問(wèn)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用最多的工藝, 由荷蘭G. Let t ing a 等人于1979 年開(kāi)始研制。在80 年代初期完成了中試規模試驗研究, 并取得了良好的結果。從80 年代中期起, 荷蘭公司選擇在熱帶地區和亞熱帶地區( 如印度、巴西、墨西哥、哥倫比亞等國) 進(jìn)行了推廣應用。裝置規模從初期的100m3 左右, 逐步發(fā)展到數千立方米, 甚至更大。經(jīng)過(guò)10 年的生產(chǎn)應用, 這些國家對UASB 工藝的啟動(dòng)和運行特點(diǎn)已基本掌握,并有自己的改進(jìn)。Vino d T are 等人比較和總結了印度目前正在運行的幾套U ASB 裝置的運行效果( 見(jiàn)表1) 他們認為其中部分裝置有機物去除率較低, 與運行中有機物負荷低和泵進(jìn)料時(shí)上流速度過(guò)高( > 1. 0m/ h) 有關(guān)。此外, 水中硫化物濃度過(guò)高( 由于制革廢水進(jìn)入) 也會(huì )影響運行效果。這些裝置在啟動(dòng)時(shí)未接種厭氧污泥, 而采用自然啟動(dòng)也是原因之一。de Lemos Cherni Charo , C. A. 　A 等人( 巴西) 認為UASB 裝置啟動(dòng)所涉及的參數有: 􀀁 污水的水量和濃度; 􀀁 接種污泥; 􀀁進(jìn)料方式和提升水力負荷的步驟; 􀀁取樣。關(guān)于接種污泥, 他們認為, 在三種情況下裝置都可以啟動(dòng), 即: 􀀁 用馴化過(guò)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(shí), 啟動(dòng)時(shí)間約需半年。他們評價(jià)了一套477m3UA SB 裝置的啟動(dòng)和運行情況。這套裝置啟動(dòng)時(shí)所使用的污泥量占裝置總容積的30%, 污泥比重為1020kg /m3。談到這套裝置的運行效果不理想時(shí), 他們認為與該裝置的三相分離器集氣間孔隙過(guò)小有關(guān), 從而造成過(guò)隙上流速度過(guò)高( 5. 4～13. 0m/ h) , 而正常的過(guò)隙上流速度應低于4m/ h, 由此, 必然造成污泥溢出。一般而言,在U ASB 設計中, 沉淀區的表面負荷應保持在0. 7m3/ ( m2•h) 以下, 沉淀區斜壁角度應在50°～60°。對于不同水質(zhì), 上述幾項參數應有所調整。

2. 1. 2　組合型工藝
將不同的幾種厭氧消化工藝的特點(diǎn)揉合在一套裝置中, 就稱(chēng)為組合型工藝。比如國內外常見(jiàn)的上流式污泥床—濾器厭氧反應器( U BF) 就是這種類(lèi)型的代表。RAP 工藝, 也稱(chēng)組合型推流式厭氧反應器工藝。從1985 年起哥倫比亞Andes 大學(xué)就致力于開(kāi)發(fā)RAP 工藝。經(jīng)過(guò)小試、中試,于1991 年建成了第一套裝置容積為394m3的RA P 反應器。該反應器結構簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖。反應器由8 個(gè)折板分隔, 內設塑料填料, 出水間有三相分離裝置。反應器頂部無(wú)蓋, 暴露于空氣中, 設計數據見(jiàn)表2。

實(shí)驗室中, 曾對RAP 反應器是否暴露于空氣中作了對比試驗。結果是, 暴露的裝置比對照對COD 的去除還好一點(diǎn), 而且造價(jià)也相應低一些。因此, 在生產(chǎn)應用時(shí), 選擇了反應器不加蓋。對于RAP 反應器的啟動(dòng)和操作運行,參照了當地對U ASB 反應器管理的經(jīng)驗。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月正常運行后的RAP 反應器中, 也形成有顆粒污泥, 此時(shí)COD 去除率為75% ,滯留時(shí)間為12 小時(shí)。Orozco, A. 認為在哥倫比亞推廣應用RAP 工藝很有前景。從工程投資上講, RAP反應器較U ASB 反應器便宜約20% , 與使用好氧活性污泥法的市政廢水處理設施比較,( 建于當地另一個(gè)小鎮) , 則RAP 反應器的造價(jià)僅為前者的1/ 5。

2. 1. 3　AF 工藝
也稱(chēng)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。AF 工藝的特點(diǎn)是在裝置內部填充有供微生物附著(zhù)的填料。評價(jià)填料優(yōu)劣的指標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(lèi)繁多, 有軟、硬之分。目前, 這種工藝常見(jiàn)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(jiàn)http://www.sharpedgetext.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用厭氧生活廢水處理技術(shù)的同時(shí), 普遍意識到由于厭氧處理后的出水仍不能滿(mǎn)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(méi)有去除, 而衛生問(wèn)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等人也認為缺乏合適的后處理技術(shù), 是導致厭氧生物處理技術(shù)在生活污水處理領(lǐng)域應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(jiàn)表1) , 對于處理厭氧出水所設計的氧化塘水力滯留時(shí)間為1 天, 由此, 總大腸桿菌數和糞大腸桿菌數降低到104 以下, 而線(xiàn)蟲(chóng)的去除率在22%～61%。從衛生學(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(jiàn)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(shí)間為30 小時(shí)。經(jīng)兩級處理后的BOD 總去除率為85%。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(jiàn)表3, 最后直接排入城市污水管網(wǎng)或用于農灌。G. Let t ing a 等人認為, 厭氧和好氧生物處理技術(shù)的組合將能夠處理絕大多數所涉及的有機和無(wú)機污染物。在這一組合系統中, 由厭氧消化過(guò)程所生成的硫化物在好氧生物處理階段將轉換成可沉淀的粒狀單質(zhì)硫, 硫化物的去除率將達到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(lái)。而對于氨氮和磷酸鹽的去除和回收, 厭氧生物處理系統最好與物化處理技術(shù)結合, 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(shí)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 系統中, 既考慮了BOD 的去除。(農業(yè)部沼氣科學(xué)研究所)

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